Embedded Linux. Dipl.-Ing. Thomas Brinker Dipl.-Ing. Heiko Degenhardt Dr.-Ing. Gerald Kupris. Praktische Umsetzung mit uclinux.

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1 Dipl.-Ing. Thomas Brinker Dipl.-Ing. Heiko Degenhardt Dr.-Ing. Gerald Kupris Embedded Linux Praktische Umsetzung mit uclinux mit CD-ROM VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach

2 1 uclinux als Beispiel für Embedded Linux Linux-Grundlagen Kenndaten und Begriffe Linux-Hilfe uclinux-grundlagen Linux in Embedded Systemen Einführung inuclinux Historie Besonderheiten eines Systems ohne MMU Aufbau einer Entwicklungsumgebung Entwicklungssystem (,,Host") Zielsystem ( Target") Beschaffung der Hardware Beschaffung der Software 28 2 Hardware für uclinux Der Aufbau von Embedded-Linux-Systemen Allgemeiner Aufbau Der Prozessor Der Festwertspeicher Der flüchtige Speicher Serielle Schnittstelle (UART) Das Ethernet-Interface Beispiele für verschiedene uclinux-systeme ucsimm-starterkit von Lineo ColdFire-Evaluation-Boards von Freescale ucleopatra-board von Feith COBRA5272-Modul von sentec Elektronik DIL/NetPC von SSV Embedded COBRA5282-Modul ARMtwister-Board BF537-STAMP mit BlackFin-DSP SnapGear-VPN-Router COBRA5329-Modul von sentec Elektronik 52 3 Die uclinux-distribution Die Verzeichnisstruktur der Distribution Das Hauptverzeichnis Die Dateien des Toplevel-Verzeichnisses 56

3 3.1.3 Das Unterverzeichnis Documentation/" Das Unterverzeichnis vendors/" Das Unterverzeichnis config/" Das Unterverzeichnis lib/" Das Unterverzeichnis uclibc/" Das Unterverzeichnis freeswan/" Das Unterverzeichnis openswan/" Das Unterverzeichnis tools/" Das Unterverzeichnis bin/" Die Unterverzeichnisse images/" und romfs/" Umgang mit der uclinux-distribution Konfigurationsoptionen des uclinux-images Arbeiten mit uclinux Ein erstes uclinux-image Einpflegen einer eigenen Hardwareplattform Herangehensweise Einpflegen der Plattform unter vendors/" Änderungen an den Dateien des Kernels Änderungen an den Dateien des Kernels Die Erstellung eines uclinux-images im Detail Voraussetzungen Umgebungsvariablen Konfiguration mit make menuconfig" Erzeugung des Images Das Compiler-Front-End ucfront 89 4 Die Cross-Tools Der Compiler m68k-elf-gcc Installation des Compilers Aufruf des Compilers Die gebräuchlichsten Optionen Nützliche Funktionen der Binutils Das Programm m68k-elf-nm Der Archiver m68k-elf-ar Das Programm m68k-elf-objdump Das Programm m68k-elf-objcopy Der Linker und die Linker-Scripte Derm68k-elf-ld Linker-Scripte Server-Tools Terminalprogramm NFS-Server

4 4.4.3 TFTP-Server Weitere Utilities Flash-Tools CF-Flasher BDM-Tools Der uclinux-kernel Aufbau des Kernels Einleitung Kernel-Komponenten Start des Kernels Initialisierung Vorbereitung des Starts Der Start des Linux 2.4-Kernels Der Start des Linux 2.6-Kernels Aufbau der Kernel-Quellen Das Toplevel-Verzeichnis Das Verzeichnis Documentation/ Das Verzeichnis arch/ für die unterstützten Architekturen Kernel - Unterstützung für Verschlüsselung unter crypto/ Die Gerätetreiber in drivers/ Unterstützung von Dateisystemen unter fs/ Die Include-Dateien für den Kernel-Bau unter include/ Die Initialisierung des Kernels in init/ Interprozess-Kommunikation in ipc/ Kernel-Code unter kernel/ Libraries unter lib/ Netzwerk-Code in net/ Code für das Speicher-Management in mm/ und mmnommu/ Scripte für den Kernel-Bau unter Scripts/ Erweiterte Sicherheitsfunktionen unter security/ alsa-sound unter sound/ Informationen aus Kconfig OpenSource Kernel-Treiber Einleitung Hardware-Zugriffe aus dem User-Mode Treiber unter Linux Geräteklassen Gerätedateien Hilfe zur Treiberprogrammierung

5 6.7 Statische oder ladbare Gerätetreiber Ein Beispiel-Treiber Ein erstes Beispiel Die C-Bibliothek des Kernels Hilfsfunktionen des Treibers für das Laden und Entladen Einfache Interaktion mit dem Treiber Das Userland-Programm steuert Interrupts Hardware-Zugriff Zugriff mit Funktionen Direkter Zugriff Fazit Userland-Programmierung Besonderheiten durch das Fehlen einer MMU vfork() statt fork() Besonderheiten bei der Reservierung von Speicher Speicherschutz Direkter Hardwarezugriff Swapping Binary File Format Beschränkung des Stacks Systemaufruf mmap Fehlende Floating Point Unit uclibc - als libc Beispielhafte Kompilation und Integration in uclinux Applikation in uclinux integriert Beispielhafte Kompilation außerhalb uclinux Automatisches Starten der Applikation Echtzeitverhalten BusyBox - das Schweizermesser eines Embedded Linux Debugging von Applikationen und Kernel Übersicht über die Debug-Möglichkeiten Verifizierung des Programmablaufs printf/printk GDB auf der Kommandozeile Beispiel für Kernel-Debugging Beispiel für Applikations-Debugging über Ethernet Networked Filesystem (NFS) Einrichten eines NFS-mounts

6 9 Bootloader CoLiLo Miniloader Quellcode Benutzung U-Boot - Universal Bootloader U-Boot-Befehle Environment U-Boot-Images U-Boot bei der Entwicklung U-Boot in der Produktion dbug Fazit Beispiel einer grafischen Benutzeroberfläche NanoX Eigenschaften von NanoX Das NanoX-Design Hardware-Lösung mit externem Grafik-Controller COBRA5329 mit integriertem Grafik-Controller Das Framebuffer-Device Einleitung zum Framebuffer Gerätedateien - Anwendersicht Gerätedateien - Programmiersicht Datenstrukturen im User-Space Datenstrukturen im Kernel-Space Erfahrungen mit NanoX auf uclinux Motivation Vorgehensweise in der Praxis NanoX kompilieren Verifizierung und Tests Weiterführende Hilfe zu NanoX Nützliche Tipps auf dem Linux-Host Kleine Helfer Der Befehl find" Das Programm sed" Das Programm wget" Die Programme diff' und patch" Das Programm file" Die recode"-bibliothek Tipps zu tar"

7 Das Programm Script" Packen mit gzip" Das Programm dd" Die Shell als Arbeitserleichterung Grundaufgaben mit der Shell Arbeiten mit der Befehls-History der bash Shell-Aliase Eingabevervollständigung in der bash Beschaffung von Systeminformationen Logfiles Umgebungsvariablen Benutzer Weitere Tricks Finden von Hilfe (lokal) Zusätzliche IP-Adresse mit ifconfig Verwendung eines Sniffers" Systeminformationen auf dem Target Versionskontrolle ISO-Images mit mkisofs" erstellen Fortune colinux Was ist colinux? Installation von colinux Bestandteile oder: Was habe ich da installiert? colinux starten Schnittstellen zwischen colinux und Windows Konsole/Terminal COFS Netzwerk colinux im Internet Möglicher Arbeitsablauf Beispielhafte Entwicklung einer Applikation Debugging der Applikation Hinweise zum Umgang mit der beiliegenden CD Die beiliegende CD ucknoppix starten Von der CD booten Bootoptionen am ersten Prompt eingeben Start der (grafischen) Oberfläche Das uclinux-image ablegen

8 Root-Konsole öffnen Passende Partition finden Partition mounten Image-Datei kopieren Verzeichnis anlegen Image einbinden Arbeiten mit uclinux Der ColdFire-Simulator Arbeiten mit echter Hardware Einstellungen für NFS-Export Einrichtung von tftp Was verbleibt auf dem Rechner? Anhang Literatur- und Linkverzeichnis Verzeichnis der Abkürzungen Stichwortverzeichnis