2004-06-29 1

Development Implementation on Embedded uClinux

新華電腦 總經理 陳明福

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Topics

1.SOC 嵌入式系統介紹

2.SOC 嵌入式系統應用、開發考量

3.技術門檻與工具

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SOC 嵌入式系統介紹

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1. uClinux/Linux 存在的理由

• Open source

• 創造競爭，大家受惠• SOC 強烈的需求

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2.何謂 SOC Embedded system

• SOC Chip

• S/W Embedded in system chip

• Fixed purpose of application

• Application type vs. Development type

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• 穩定的系統• 免費或少許費用• 安全性、漏洞修補• 多工、多使用者• 使用者與群組的規劃• 相對較不耗資源

3. uClinux / Linux 優點

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• 無特定廠商支援• GUI 不夠成熟• 學習門檻高

4. uClinux / Linux 劣點

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5. Embedded Linux Structure

USER

Application utilities

Linux OS

BIOSBootloader

H／Winitialization

Devicedriver

Hardware

Tool

CompilerDebugger

ICECompilerDebugger

ICELA. SCOPEIC Tool

USER

AP S/W

EmbeddedLinux

H/W

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6.在 SOC 中會含有那些 IP 元件

• CPU core (ARM7, ARM9, ARM10, ARM11)

• Memory: Cache, RAM, Flash

• Communication: UART, USB, Ethernet

• Bus Interface:I2C,CAN, SPI, PCI

• I/O Peripheral: GPIO, LCD, PWM, ADC

• System control: MMU, DMA, WDT, RTC

弱水三千，只取一瓢飲弱水三千，只取一瓢飲

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SOC 嵌入式系統應用、開發考量

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7. SOC 嵌入式應用型的考量因素

• Turn-key Solution vs. Self-construct• SOC Selection• OS Selection• Assembly, C• Development

---ICE---Debugger---Compiler---Programmer (In-System programming)

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8. SOC 嵌入式開發型的考量因素

• OS selection or Self-Construct • Tool & S/W Development • Co-design verification 的難題

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技術門檻與工具

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9.良師與工具

• SOC E. S. 軟硬體整合技術門檻高----- 老師的辛苦

• 老師的辛苦成就學生一生的感恩• 何種工具是老師的幫手 - Hardware Platform

- uClinux / Linux debugging tool

- FPGA tool

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10.SOC Embedded System開發平台

• Debugger for uClinux / Linux

• ICE

• Motherboard- CreatorModule Changeable Architecture in ARM7, ARM9, SOPC, FPGA, DSP etc. (NIOS, MIPS in the future )

• Daughter Board- Create S3C4510, Create ARM920T-S3C2410, Create ARM922T-EPXA1, Create FPGA-XC2S, Create FPGA-EP1C6, Create TIDSP-5502

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11.Pre-SOC 嵌入式開發、訓練平台

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12.在 Creator 上的硬體架構

U5

JP11JP12

JP13

JH2

P2 P1

JH1 J4

UARTPort

ExpansionMemory

Connector

FPGAConnector

CF CardSlot

128*128LCD

4*4Key Pads

CMOSCameraModule

Master BusSlaveBus

Creator

J65VDC

Top view on Creator

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Embedded uClinuxEmbedded uClinux實作解析實作解析

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Topics

1. Linux 跟 uClinux 有什麼不同2.系統環境的模擬 – Cygwin

3. Build uClinux Image

4.啟動 uClinux

5. Boot loader

6. Device Driver

7. User Application

8. Debugging

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Linux 跟 uClinux 有什麼不同

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核心 (kernel)

• no MMU

• no fork(), vfork()

• romfs

• uclibc

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Filesystem

• Ext2–Linux 標準的配備

• JFFS2–適用嵌入式系統

• Tmpfs–不需要久存的

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系統環境的模擬 — Cygwin

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Cygwin 安裝

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Cygwin 安裝

• DLL(cygwin1.dll)

• Toolchain

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環境的模擬

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Build uClinux Image

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uClinux Image 裡有什麼 ?• Bootloader

• Root File System

• Kernel

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Toolchain

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make xconfig

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Start building

• make dep

• make lib_only

• make user_only

• make romfs

• make image

• make

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啟動 uClinux

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載入程式

• Debugger –

Domingo for uClinux

• 載入至 RAM 區或燒錄至 flash ROM

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建立 UART console monitor

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執行與觀察

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Boot loader

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• 初始化 CPU 速度• 初始化記憶體• 初始化序列埠• 啓用指令／資料快取記憶體• 設置堆疊指標• 設置參數區域並構造參數結構和標記• 跳轉到 Kernel 的開始

Boot loader 的作用

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Device driver

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Device Driver 的作用

• 對設備初始化和釋放 .

• 把資料從 kernel 傳送到硬體和從硬體讀取資料 .

• 讀取應用程式傳送給設備文件的資料和回送應用程式請求的資料 .

• 檢測和處理設備出現的錯誤 .

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Device Driver 的類型

• Character Devices– 以不定長度的字元傳遞資料– 印表機、終端機

• Block Devices– 以固定大小長度傳遞資料– 硬碟機、光碟機

• Network interfaces

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Kernel 與 device driver 的連結

• 靜態連結• 動態載入

– NFS (Network FileSystem)

– TFTP (Trivial File Transfer Protocol)

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User Application

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Examples – Creator CCM demo

CreatorCCM

ARMCPU

RJ-45 網 路線

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Requirements

• NFS 的安裝• ifconfig 的設定• 編譯 device driver 和 Application

– config.in

– Makefile

• Make new kernel

• Make module

• Make user application – make user_only

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Debugging

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• Debugging by Printing– 優點 : kernel 提供函數 printk– 缺點 : 需修改程式並重新編譯 , 且影響效率

• Debugging by Querying– 優點 : 可於 kernel 中選擇加入 proc 檔案系統– 缺點 : 僅提供相關系統資訊

• Debuggers and Related Tools– Using gdb

– 優點 : free, 有進一步的除錯功能– 缺點 : 需在 Linux 環境下執行 , 且無法做 kernel 與

device driver 的 debug…– Using Domingo for uClinux and Carrier ICE

– 優點 : GUI 介面 , 可於一般 PC 之 Windows 系統下執行 , 功能強大且有廠商之售後服務…

除錯的方式與優劣比較

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• 將兩台機器用通訊連接埠連接起來

• 將需要 debug 的程式放到遠端主機

• 在本地主機啟動 GDB ，讀入需要 debug 的程式的符號表和程式碼

• 使用 target remote 命令建立和遠端主機的連接

• 然後就可以和使用一般的 Debugger 一樣進行程式的debug 了

GDB 除錯

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• 可在 Windows 環境下針對 uClinux 或 Linux 的 Boot loader, Kernel, Device driver 及 user’s Application 除錯

• 所有程式 ( 包含 bootloader) 均直接透過 JTAG 下載 , 不需事先於目標板中燒錄啟動程式

• Multiple user application debugging

• 軟體斷點可設定於實體或虛擬記憶體之中• Linux system information browser ( 包含 pid, memory,

timer… 等 )

• 內建 UART console View, 方便觀察執行的狀況

Domingo Debugger for uClinux/Linux

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用 Domingo for uClinux/Linux 除錯

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用 Domingo for uClinux/Linux 除錯

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Q & A