基于HMS30C7202的嵌入式車載導航系統(tǒng)的設計

3.2 交叉編譯環(huán)境的建立
在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、可靠的基礎上，嵌入式產(chǎn)品的體積要盡可能小，從而不能夠提供足夠的資源供編譯過程使用，因此，必須建立一種交叉編譯的環(huán)境，即在高性能的宿主機上對即將運行于目標機上的程序進行編譯，生成可在目標機上可以運行的代碼格式，然后下載到目標機中運行。Linux 環(huán)境下使用GNU 工具完成編譯、鏈接等過程，包括針對目標系統(tǒng)的編譯器gcc、針對目標系統(tǒng)的二進制工具binutils 、針對目標系統(tǒng)的標準c 庫glibc 和針對目標系統(tǒng)的Linux 內(nèi)核頭文件。
在linux 的根目錄下，通過命令tar Ixvf cross-2.95.3.tar.bz2 進行解壓縮，執(zhí)行完畢之后在/usr/local/ 目錄下自動生成arm/2.95.3 目錄，進入2.93.3 目錄下可以看到arm-linux 、bin、include 、lib 等各種目錄，說明交叉編譯工具安裝完畢，編譯環(huán)境已經(jīng)建立起來了。
3.3 引導程序的移植
受嵌入式系統(tǒng)資源的限制，嵌入式系統(tǒng)的引導程序并不像PC 機上的引導程序一樣是由BIOS 和位于硬盤MBR 中的引導程序組成，整個系統(tǒng)的引導加載任務主要是由一個稱為BootLoader 的引導程序來完成的。BootLoader 是系統(tǒng)復位后首先要執(zhí)行的代碼，主要作用是初始化硬件設備、建立內(nèi)存空間的映射等，將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，從而為操作系統(tǒng)和應用程序的調(diào)用建立一個良好的環(huán)境。
系統(tǒng)的軟件設計中采用的引導程序是韓國Mizi 公司開發(fā)的BootLoader----vivi 。在嵌入式系統(tǒng)中，BootLoader 是高度依賴于硬件的，在嵌入式系統(tǒng)中建立一個通用的BootLoader 幾乎是不可能，因此對于每一種特定的平臺，都要移植一個BootLoader?？梢哉f建立一個與平臺配套的、易于使用的BootLoader ，是軟件設計的關鍵一步。
針對本系統(tǒng)的引導程序移植的思路是找到一個與所設計的平臺最相近的平臺的BootLoader，然后根據(jù)所設計平臺的硬件參數(shù)對BootLoader 進行修改，從而完成BootLoader 的移植。首先根據(jù)實際情況修改vivi 工程管理文件Makefile 文件中的相關參數(shù)，包括交叉編譯器庫和頭文件路徑，交叉編譯開關選項設置，Linux 內(nèi)核代碼中的庫和頭文件路徑等。然后根據(jù)硬件平臺的參數(shù)修改相應的配置，如處理器時鐘、存儲器初始化、通用I/O 初始化等等。然后進行配置、編譯生成可執(zhí)行的代碼。
3.4 內(nèi)核的移植
由于嵌入式系統(tǒng)是針對特定應用的，而且資源有限，所以標準Linux 無法應用到嵌入式系統(tǒng)中，因此必須根據(jù)實際情況對Linux 進行裁剪、配置，從而產(chǎn)生一個適用的嵌入式Linux 操作系統(tǒng)。Linux 內(nèi)核的移植包括獲取源代碼、修改設置、裁減配置和編譯。
3.4.1 獲取源代碼
Linux 內(nèi)核源代碼一般都有專門的機構負責維護，我們可以從這些機構的網(wǎng)站上下載下來使用。修改設置
嵌入式系統(tǒng)的應用的針對性很強，從站點上下載下來的內(nèi)核不可能包含針對所有嵌入式系統(tǒng)的代碼，因此需要對代碼進行修改設置，從而適合目標平臺。一般包含下面幾步。
① 編寫與處理器相關的代碼。主要包括時鐘設置、中斷設置、存儲器分配及其他一些寄存器的設置等等，這些與HMS30C7202 處理器相關的代碼放在/arch/arm/mach-s3c2440 目錄下。
② 修改根目錄下的工程管理文件Makefile ，指定所移植的硬件平臺和交叉編譯器的路徑。
③ 修改/ arch/arm 目錄下的工程管理文件Makefile ，指定內(nèi)核運行的虛擬地址，修改該目錄下的配置文件config.in，以便在執(zhí)行配置命令時能夠顯示HMS30C7202 的相關信息。
④在/arch/arm/def-configs 目錄下添加配置好的HMS30C7202 配置文件。在/arch/arm/boot/compressed 目錄下添加處理器的初始化代碼head-s3c2440.s 。
⑤ 修改/arch/arm/kernel 目錄下的工程管理文件Makefile ，確定文件類型之間的依賴關系。

3.4.2 裁減配置及編譯
修改完內(nèi)核設置后，就可以對內(nèi)核進行裁減配置及編譯了，在配置中剪裁掉冗余的部分，使編譯生成的最終的內(nèi)核的映像文件代碼量盡可能小。執(zhí)行如下命令：
# make menuconfig
進入配置菜單，選擇處理器類型和所需要的各種外設、協(xié)議的支持等等, 包含了LCD 、觸摸屏、串口、聲音、EXT2、FAT 和JFFS2 文件系統(tǒng)以及TCPIP 協(xié)議的支持.
# make dep
搜索Linux 編譯輸出與源代碼之間的依賴關系，并生成依賴文件。
# make zImage
編譯Linux 內(nèi)核，生成壓縮的內(nèi)核映像文件zImage 。存放在/arch/arm/boot/ 目錄下。
3.5 驅動程序的編寫
驅動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和底層硬件之間的接口，驅動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié)，通過驅動程序，應用程序對硬件的操作可以像對普通的文件操作一樣方便。驅動程序的主要作用是初始化和釋放硬件設備，檢測和處理硬件設備出現(xiàn)的問題，在應用程序、內(nèi)核和底層硬件之間傳輸數(shù)據(jù)。
由于嵌入式系統(tǒng)是針對具體應用的，因此，應該根據(jù)具體的平臺編寫相應設備的驅動程序，以方便應用程序對底層硬件的訪問。每一個系統(tǒng)調(diào)用都對應著file_operations 結構的每一個成員，編寫驅動程序主要是編寫底層設備需要的各個操作函數(shù)并填充結構file_operations ，該結構在/include/Linux/fs.h 文件中定義。
驅動程序通過設備名、主設備號和從設備號與具體的硬件相聯(lián)系。驅動程序可以以動態(tài)或者靜態(tài)方式加載到內(nèi)核當中，在調(diào)試階段，一般以動態(tài)的方式加載驅動程序，而在最終形成產(chǎn)品時，添加到內(nèi)核當中，每次啟動內(nèi)核時自動加載。
3.6 根文件系統(tǒng)
一個嵌入式產(chǎn)品的穩(wěn)定運行，除了引導程序、內(nèi)核之外，還必須有一個區(qū)域用來為用戶提供支持架構和用戶使用的應用軟件，存放數(shù)據(jù)讀寫的結果，這個區(qū)域就是根文件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)中通常使用的根文件系統(tǒng)有：Romfs 、Cramfs 、Ramfs 、JFFS2、EXT2 等，另外根文件系統(tǒng)既可以建立在RAMDISK 上，也可以建立在Flash 上，在RAMDISK 上建立根文件系統(tǒng)Cramfs 。
4.結束語
本研究具獲得了以下創(chuàng)新：
（1）設計了以HMS30C7202 為核心的車載導航裝置的硬件系統(tǒng)及其LCD 液晶顯示模塊、存儲器模塊（Flash、SDRAM）、GPS 模塊、串行接口、USB 接口、IrDA 紅外通訊接口河網(wǎng)絡接口等外圍部分。
（2）建立了軟件設計的交叉編譯的環(huán)境，完成了以HMS30C7202 為核心的車載導航裝
置的軟件設計。本研究得出以下結論：
1 （1）在車載導航系統(tǒng)中采用源代碼完全開放的嵌入式Linux 完全可以代替WinCE 等商業(yè)操作系統(tǒng)，從而減低了系統(tǒng)的成本，增加了市場的競爭力。通過對系統(tǒng)的開發(fā)，筆者有以下幾點感觸。
2 （2）在程序中加入一些輸出語句，以便在調(diào)試過程中，在超級終端上顯示一些通過串口打印的調(diào)試信息，可以對程序運行情況進行觀察。
3 （3）由于串口下載速度較慢，BootLoader 要盡可能支持網(wǎng)絡，通過網(wǎng)絡下載內(nèi)核和文件系統(tǒng)，加快開發(fā)進度。