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MCU单片机和ARM-Linux开发的差异

针对ARM-Linux程序的开发，主要分为三类：应用程序开发、驱动程序开发、系统内核开发，针对不同种类的软件开发，有其不同的特点。今天我们来看看ARM-Linux开发和MCU开发的不同点，以及ARM-Linux的基本开发环境。  

1.  ARM-Linux应用开发和单片机开发的不同
这里先要做一个说明，对于ARM的应用开发主要有两种方式：一种是直接在ARM芯片上进行应用开发，不采用操作系统，也称为裸机编程，这种开发方式主要应用于一些低端的ARM芯片上，其开发过程非常类似单片机，这里不多叙述。还有一种是在ARM芯片上运行操作系统，对于硬件的操作需要编写相应的驱动程序，应用开发则是基于操作系统的，这种方式的嵌入式应用开发与单片机开发差异较大。ARM-Linux应用开发和单片机的开发主要有以下几点不同：
（1）应用开发环境的硬件设备不同
单片机：开发板，仿真器（调试器），USB线；
ARM-Linux：开发板，网线，串口线，SD卡；
对于ARM-Linux开发，通常是没有硬件的调试器的，尤其是在应用开发的过程中，很少使用硬件的调试器，程序的调试主要是通过串口进行调试的；但是需要说明的是，对于ARM芯片也是有硬件仿真器的，但通常用于裸机开发。
（2）程序下载方式不同
单片机：仿真器（调试器）下载，或者是串口下载；
ARM-Linux:串口下载、tftp网络下载、或者直接读写SD、MMC卡等存储设备，实现程序下载；
这个与开发环境的硬件设备是有直接关系的，由于没有硬件仿真器，故ARM-Linux开发时通常不采用仿真器下载；这样看似不方便，其实给ARM-Linux的应用开发提供了更多的下载方式。
（3）芯片的硬件资源不同
单片机：通常是一个完整的计算机系统，包含片内RAM，片内FLASH，以及UART、I2C、AD、DA等各种外设；
ARM：通常只有CPU，需要外部电路提供RAM以供ARM正常运行，外部电路提供FLASH、SD卡等存储系统映像，并通过外部电路实现各种外设功能。由于ARM芯片的处理能力很强，通过外部电路可以实现各种复杂的功能，其功能远远强于单片机。
（4）固件的存储位置不同
单片机：通常具备片内flash存储器，固件程序通常存储在该区域，若固件较大则需要通过外部电路设计外部flash用于存储固件。
ARM-Linux: 由于其没有片内的flash, 并且需要运行操作系统，整个系统映像通常较大，故ARM-Linux开发的操作系统映像和应用通常存储在外部的MMC、SD卡上，或者采用SATA设备等。
（5）启动方式不同
单片机：其结构简单，内部集成flash, 通常是芯片厂商在程序上电时加入固定的跳转指令，直接跳转到程序入口（通常在flash上）；开发的应用程序通过编译器编译，采用专用下载工具直接下载到相应的地址空间；所以系统上电后直接运行到相应的程序入口，实现系统的启动。
ARM-Linux：由于采用ARM芯片，执行效率高，功能强大，外设相对丰富，是功能强大的计算机系统，并且需要运行操作系统，所以其启动方式和单片机有较大的差别，但是和家用计算机的启动方式基本相同。其启动一般包括BIOS，bootloader，内核启动，应用启动等阶段；
 (a)启动BIOS: BIOS是设备厂家（芯片或者是电路板厂家）设置的相应启动信息，在设备上电后，其将读取相应硬件设备信息，进行硬件设备的初始化工作，然后跳转到bootloader所在位置（该位置是一个固定的位置，由BIOS设置）。（根据个人理解，BIOS的启动和单片机启动类似，需要采用相应的硬件调试器进行固件的写入，存储在一定的flash 空间，设备上电启动后读取flash空间的指令，从而启动BIOS程序。）
(b)启动bootloader: 该部分已经属于嵌入式Linux软件开发的部分，可以通过代码修改定制相应的bootloader程序，bootloader的下载通常是采用直接读写SD卡等方式。即编写定制相应的bootloader,编译生成bootloader映象文件后，利用工具（专用或通用）下载到SD卡的MBR区域（通常是存储区的第一个扇区）。此时需要在BIOS中设置，或者通过电路板的硬件电路设置，选择bootloader的加载位置；若BIOS中设置从SD卡启动，则BIOS初始化结束后，将跳转到SD卡的位置去执行bootloader,从而实现bootloader的启动。
Bootloader主要作用是初始化必要的硬件设备，创建内核需要的一些信息并将这些信息通过相关机制传递给内核，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，最终调用操作系统内核，真正起到引导和加载内核的作用。
(c)启动内核 ：bootloader启动完成初始化等相关工作之后，将调用内核启动程序。这就进入了实际的操作系统相关内容的启动了，包括相应的硬件配置，任务管理，资源管理等内核程序的启动。
(d)启动应用：在操作系统内核启动之后，就可以开始启动需要的应用，去完成真正的业务操作了。
2.  Arm-Linux 基本开发环境

前面介绍了ARM-Linux应用开发和单片机开发的不同之处，相信你已经对ARM-Linux应用开发有了一个基本的认识了，下面将介绍一下ARM-Linux的基本开发环境。其主要包括硬件环境和软件环境两个部分，这里以iMX53和Ubuntu为例进行说明。

（1）硬件环境
开发板：ARM运行的硬件环境，或者是相应项目的ARM电路板；
计算机：作为开发主机使用，安装Linux(如Ubuntu)），或者采用虚拟机安装Ubuntu；
串口线：用于开发过程中采用终端进行串口调试或下载程序；
网线：用于连接arm-board和开发主机，实现tftp下载内核（程序等），通过网络nfs运行程序等。
 SD卡（及读卡器）或者其他存储设备：用于存储bootloader、内核映像等，以及最终的软件系统的存储；开发过程中，通常用于保存bootloader,引导系统启动。

（2）软件环境
Ubuntu： 作为操作系统，是整个软件开发环境的载体，相应的开发工具都布置在此系统中。
LTIB： 这是freescale的提供的一个编译工具链，能够很方便的将源代码文件编译为适合的程序代码，并对程序进行调试；用户也可以通过下载源码构建自己的编译工具链。
tftp： 用于从开发主机Ubuntu上向arm-board 下载内核文件、应用文件等。
nfs网络文件系统：用于在开发主机上建立网络nfs文件根系统，arm-board通过nfs网络文件系统读取开发主机上的虚拟根文件系统，完成系统的启动；方便系统的开发与调试。
minicom：串口调试工具，用于在开发主机上与arm-board通信，实现对arm-board上应用程序的操作与调试；
Eclipse：集成开发环境，主要方便代码的编辑、编译等，也可采用DS5，RealView等；或者采用gedit进行编辑，通过LTIB进行编译和管理。