• 5.1 交叉开发模式概述

• 交叉开发模式：宿主机（PC机：VMware下的Ubuntu）-目标板（FS3399M4实 验箱：超级终端Xshell）

• GNU软件：

        ① Shell：Shell基本上是一个命令解释器，类似于DOS下的command

        ② glibc：glibc是GNU发布的libc库，即c运行库

        ③ GCC：GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器套件）是由GNU 开发的编程语言编译器

        ④ gdb：UNIX及UNIX-like下的调试工具

        ⑤ vim：vim是一个类似于vi的著名的功能强大、高度可定制的文本编辑器，在vi的基础上改进 和增加了很多特性

        ⑥ Emacs：Emacs是著名的集成开发环境和文本编辑器

• 宿主机与目标板的连接方式：

        ① 串口（Debug_1，Debug_2）

        ② 以太网接口（RJ45）

        ③ USB接口

        ④ JTAG接口（Joint Test Action Group）

• 5.2 宿主机环境

5.2.1 串口终端

– Windows下的超级终端

        超级终端是Windows自带的一个串口调试工具，其使用较为简单， 被广泛使用在串口设备的初级调试上，如Xshell7。

– Linux下的minicom

        • minicom是一个串口通信工具，就像Windows下的超级终端。可 用来与串口设备通信，如调试交换机和Modem等。它的Debian软 件包的名称就叫minicom，用apt-get install minicom命令即可下载 安装。如果宿主机是纯Linux环境，则需要使用minicom作为串口 终端。

 

5.2.2 BOOTP

– BOOTP（Bootstrap Protocol，引导程序协议）是一种引导协议，基于 IP/UDP协议，也称自举协议，是DHCP协议的前身。BOOTP用于无盘工作 站的局域网中，可以让无盘工作站从一个中心服务器上获得IP地址。通 过BOOTP协议可以为局域网中的无盘工作站分配动态IP地址，这样就不需 要管理员去为每个用户去设置静态IP地址。

– BOOTP的一般工作流程就是BOOTP客户端（目标板，实验箱）和BOOTP服 务器（宿主机，PC机，Ubuntu）之间的交互，其流程如下：

        ① 由BOOTP启动代码来启动BOOTP客户端，这个时候BOOTP客户端还没有IP地 址。

        ② BOOTP客户端使用广播形式的IP地址255.255.255.255向网络中发出IP地址查 询要求。

        ③ 运行BOOTP协议的服务器接收到这个请求，会根据请求中提供的MAC地址 找到BOOTP客户端，并发送一个含有IP地址、服务器IP地址、网关等信息的 回应帧。

        ④ BOOTP客户端会根据该回应帧来获得自己的IP地址并通过专用文件服务器 （如TFTP服务器）下载启动镜像文件，模拟成磁盘来完成启动。

5.2.3 TFTP

– TFTP（Trivial File Transfer Protocol，简单文件传输协议）是TCP/IP协议族 中的一个用来在客户机与服务器之间进行简单文件传输的协议，提供不 复杂、开销不大的文件传输服务。

– TFTP是简化了的FTP，TFTP没有用户权限管理的功能。

– FTP：File Transfer Protocol，文件传输协议

5.2.4 交叉编译

– 交叉编译：在x86架构的宿主机（PC机，Ubuntu）上编译生成适用于ARM 架构（FS3399M4实验箱）的ELF格式的可执行代码。

• 交叉编译：aarch64-linux-gnu-gcc hello.c -o hello

• 本地编译：gcc hello.c -o hello_pc

• ELF：Executable and Linkable Format，可执行与可链接格式 ，是一种用于二进制文件、可 执行文件、目标代码、共享库和核心转储格式文件。

• 5.3 目标板环境

5.3.1 JTAG接口简介

– JTAG（Joint Test Action Group，联合测试工作组）是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都 支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。标准的JTAG接口是5线：TMS、TCK、 TDI、TDO、nTRST，分别为模式选择、时钟、数据输入、数据输出线、系统复位。

 TCK——测试时钟输入

TDI——测试数据输入，数据通过TDI输入JTAG口

TDO——测试数据输出，数据通过TDO从JTAG口输出

TMS——测试模式选择，TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式

NC——未用的管脚

VCC(TRGT)——电源（+5V）

GND——地线

5.3.2 Boot Loader简介

– 嵌入式Linux系统启动后，先执行Bootloader，进行硬件和内存的初始化 工作，然后加载Linux内核和根文件系统映像，完成Linux系统的启动。

– Bootloader：引导加载程序，是嵌入式目标板（实验箱）加电后运行的第 一段软件代码；是在操作系统内核运行之前用来初始化硬件设备、建立 内存空间的映射图的小程序。

–常见的Bootloader：

        • u-boot：Universal Boot Loader，是遵循GPL条款的开放源码项目，u-boot的作 用是系统引导。

        • vivi：韩国Mizi公司开发的Bootloader引导程序。

• 5.4 交叉编译工具链

5.4.1 交叉编译的构建

• 本地编译：在Ubuntu上，编译生成PC平台运行的程序。

        – gcc hello.c-o hello_

• 交叉编译：在Ubuntu上，编译生成目标机（ARM，实验箱）平台运行的程序。

        – aarch64-linux-gnu-gcc hello.c-o hello

• 交叉编译工具链：是一个由编译器、链接器、解释器组成的集成开发环境。

– 交叉编译工具链是一个由标准库、编译器、链接器、汇编器、调 试器组成的集成开发环境。

– ARM平台的交叉编译工具：aarch64-linux-gnu-gcc

制作交叉编译工具链的方法： ① 从头编译 ② 脚本编译 ③ 下载使用

5.4.2 相关工具

– 1、glibc（标准库）

• glibc是GNU发布的libc库，即C运行库（GNU C Library）

• glibc是Linux系统中最底层的API

– 2、gcc（编译器）

• gcc（GNU Compiler Collection，GNU编译器套件），是由 GNU 开发的编程语言编译器

• gcc编译过程的4个阶段：

        ① 预处理：生成“*.i”文件

        ② 汇编：用as命令，编译源文件，生成汇编文件（“*.s”文件）

        ③ 编译：用cc命令，生成目标文件（“*.o”文件）

        ④ 链接：用ld命令，生成可执行文件

① 预处理（-E）：

        • gcc -E -o hello.i hello.c

        • 生成“hello.i”文件

② 汇编（-S）：

        • gcc-S -o hello.s hello.i

        • 生成“hello.s”文件（汇编文件，即汇编语言程序）

③ 编译（-c）：

        • gcc-c -o hello.o hello.s

        • 生成“hello.o”文件（目标文件）

④ 链接（-o）：

        • gcc-o hello-pc hello.o

        • 生成“hello-pc”文件（可执行文件）

– 执行可执行文件：

        • ./hello-pc

                – hello world!

gcc 使用入门教程

• 例1：一个源文件（hello.c）

✓ gcc-g -Wall -o hello-pc hello.c

✓ ./hello-pc

        ✓ hello world!

✓-g：表示在生成的目标文件中带调试信息。

✓-Wall：选项-Wall开启编译器几乎所有常用的警告──强烈建议你始终使用该选项。

✓-o：机器码的文件名是通过-o选项指定的。该选项通常作为命令行中的最后一个参数。 如果被省略，输出文件默认为“a.out”。

✓ ./：路径./指代当前目录，因此./hello-pc载入并执行当前目录下的可执行文件“hello-pc”。

– 3、binutils（链接器+汇编器）（重要）

• binutils是与gcc配套的工具集，binutils工具集中的部分工具除了 被gcc在后台使用为我们创建程序文件之外，其他则有助于方便开 发和调试。

• binutils主要包括：

        ① addr2line：指令地址翻译器，用于得到程序指令地址所对应的函数， 以及函数所在的源文件名和行号。

        ② ar：静态库生成器，用于创建和修改档案文件，以及从档案文件中 抽取文件。静态库（.a文件）就是一种档案文件，需要用它生成和 管理。

        ③ as：汇编编译器，用于将汇编代码转换为目标文件。

        ④ ld：链接器。

        ⑤ nm：符号显示器，用于列出程序文件中的符号及符号在内存中（开始）地 址，符号包含C程序中的函数名和变量名。

        ⑥ objdump：信息查看器，能显示程序文件的相关信息和对程序文件进行反汇 编。

        ⑦ objcopy：段剪辑器，可以用来从程序文件中拷贝出我们所指定的段；在将 引导加载器烧至闪存中时，有时需要通过从程序中抽取段的方式生成烧写文 件，这时objcopy工具就能派上用场。

        ⑧ ranlib：库索引生成器，用于生成一个档案文件的内容索引，以加快对档案 文件的查找速度；将该工具运用于静态库能提高库参与链接的效率。

        ⑨ readelf：显示有关 ELF二进制文件的信息，通过readelf-h *.exe进行查看。

• 5.5 本地调试（gdb）

• gdb：GNU Debugger，GNU调试器

• 本地调试：

        – 调试ARM可执行文件（实验箱上运行的可执行文件）

                • 在“串口超级终端Xshell7”上运行：gdb

                • 此时“本地”是指实验箱

        – 调试x86可执行文件（Ubuntu上运行的可执行文件）

                • 在Ubuntu的“终端”上运行：gdb

                • 此时“本地”是指PC机（Ubuntu）

• 1、调试ARM可执行文件：

– 生成带调试信息（-g）的可执行文件，在Ubuntu的“终端”上执行：

        • aarch64-linux-gnu-gcc -g -Wall -o test test_main.c test_sum.c

• 将生成“test”可执行文件

– 将“test”可执行文件上传到实验箱中

– 在Xshell7中运行gdb调试工具：

        • 方法一：gdb test • 方法二：gdb

• 2、调试x86可执行文件：

– 在Ubuntu的“终端”下执行（-g表示包含调试信息）：

• gcc-g -Wall -o test-pc test_main.c test_sum.c

• 将生成“test-pc”可执行文件

• 方法一：gdbtest-pc • 方法二：gdb

• 5.6 远程调试（gdb+ gdbserver）

• 远程调试：

        – 用于调试ARM程序，即在Ubuntu（宿主机）上调试运行在实验箱（目标机）上的 程序

        – 在实验箱的“Xshell7超级终端”上运行：gdbserver

        – 在Ubuntu的“终端”上运行：arm-linux-gdb

• 5.7 内核调试（gdb+ kgdb）

• 使用printk函数：调试应用程序时，可以使用printf函数显示有关信息。调试Linux内核时，则是使用printk函数显示 有关信息。

• 使用kgdb内核调试工具：

        – 在目标机（实验箱，Xshell7）上运行kgdb

        – 在宿主机（PC机，Ubuntu）上运行gdb

• 5.8 网络调试

• 如果嵌入式系统（目标机，实验箱）上有网络通信程序， 则需要网络调试工具。

• 在传统的网络分析和调试技术中，嗅探器（Sniffer）是最 常见也是最重要的一种技术。

• tcpdump是一款功能强大、截取灵活的开源嗅探器工具。

• 除了tcpdump外，还有arp、ping、route、netstat等网络调 试与诊断工具。