论文谈GNU工具开发基于ARM的嵌入式系统问题(2)
引导程序将通过自举模式下载到MX1的片内RAM，从地址0x00300000开始并执行。完成串口和SDRAM的初始化后，引导程序将等待接收应用程序或操作系统内核，将接收到的数据放在SDRAM中。数据接收完毕后，引导程序将SDRAM中的数据写入Flash，下一次就可以从Flash中直接引导系统了。由于操作系统的内核比较大，如Linux有1 MB以上，下载过程必须考虑纠错。因此，接收部分采用Xmode协议，可以用Windows下超级终端的Xmode发送方式发送文件。
(1)编写C、C++语言或汇编源程序
通常汇编源程序用于系统最基本的初始化，如初始化堆栈指针、设置页表、操作ARM的协处理器等。初始化完成后就可以跳转到C代码执行。需要注意的是，GNU的汇编器遵循AT&T的汇编语法，汇编程序的缺省入口是start标号，用户也可以在连接脚本文件中用ENTRY标志指明其它入口点(见下文关于连接脚本的说明)。
(2)用gcc或g++生成目标文件
如果应用程序包括多个文件，就需要进行分别编译，最后用连接器连接起来。如笔者的引导程序包括3个文件：init.s(汇编代码、初始化硬件) xmrecever.c(通信模块，采用Xmode协议)和flash.c(Flash擦写模块)。
分别用如下命令生成目标文件：
arm-linux-gcc-c-O2-o init.o init.s
arm-linux-gcc-c-O2-o xmrecever.o xmrecever.c
arm-linux-gcc-c-O2-o flash.o flash.c
其中-c命令表示只生成目标代码，不进行连接;-o 命令指明目标文件的名称;-O2表示采用二级优化，采用优化后可使生成的代码更短，运行速度更快。如果项目包含很多文件，则需要编写makefile文件。关于makefile的内容，请感兴趣的读者参考相关资料。
(3)编写连接脚本文件
gcc等编译器内置有缺省的连接脚本。如果采用缺省脚本，则生成的目标代码需要操作系统才能加载运行。为了能在嵌入式系统上直接运行，需要编写自己的连接脚本文件。编写连接脚本，首先要对目标文件的格式有一定了解。GNU编译器生成的目标文件缺省为elf格式。elf文件由若干段(section)组成，如不特殊指明，由C源程序生成的目标代码中包含如下段：.text(正文段)包含程序的指令代码;.data(数据段)包含固定的数据，如常量、字符串;.bss(未初始化数据段)包含未初始化的变量、数组等。C++源程序生成的目标代码中还包括.fini(析构函数代码)和.init(构造函数代码)等。有关elf文件格式，读者可自行参考相关资料。连接器的任务就是将多个目标文件的.text、.data和.bss等段连接在一起，而连接脚本文件是告诉连接器从什么地址开始放置这些段。例如笔者的引导程序连接文件link.lds为：
ENTRY(begin)
SECTION
{ .=0x00300000;
.text : { *(.text) }
.data: { *(.data) }
.bss: { *(.bss) }
}
其中，ENTRY(begin)指明程序的入口点为begin标号;.=0x00300000指明目标代码的起始地址为0x00300000，这一段地址为MX1的片内RAM;.text : { *(.text) }表示从0x00300000开始放置所有目标文件的代码段，随后的.data: { *(.data) }表示数据段从代码段的末尾开始，再后是.bss段。
(4)用连接器生成最终目标文件
有了连接脚本文件，如下命令可生成最终的目标文件：
arm-linux-ld-nostadlib-o bootstrap.elf-T link.lds init.o xmrecever.o flash.o
其中，ostadlib表示不连接系统的运行库，而是直接从begin入口;-o指明目标文件的名称;-T指明采用的连接脚本文件;最后是需要连接的目标文件列表。
(5)生成二进制代码
连接生成的elf文件还不能直接下载执行，通过objcopy工具可生成最终的二进制文件：
arm-linux-objcopy-O binary bootstrap.elf bootstrap.bin
其中-Obinary指定生成为二进制格式文件。Objcopy还可以生成S格式的文件，只需将参数换成-O srec。如果想将生成的目标代码反汇编，还可以用objdump工具：
arm-linux-objdump-D bootstrap.elf
至此，所生成的目标文件就可以直接写入Flash中运行了。如果要通过自举模式下载，还需要转换为自举模式的文件格式，相关转换工具可以在摩托罗拉的网站上找到。
掌握了GNU工具后，开发者就可以开发或移植C或C++代码的程序。用户可以不需要操作系统，直接开发简单应用程序。但对于更复杂的应用来说，操作系统必不可少。目前流行的源代码公开的操作系统如Linux、μC/OS都可以用GNU工具编译。ARM的Linux已有很多成熟的版本，可以支持ARM720、ARM920、ARM1020等多种处理器。Linux移植过程中和处理器相关的代码都放在arch/arm目录下。对于内核，用户需要做的是设定自己系统的内存映像，RAM起始地址，I/O地址空间和虚拟I/O地址空间，参看arch/arm/mach-integrator/arch.c文件。除了内核外，用户还需要为自己的系统编制各种各样的驱动程序。
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