怎么樣選擇嵌入式Linux開發(fā)工具

嵌入式Linux具有穩(wěn)定、可伸縮及開放源代碼等特點，可兼容多種處理器和主機(jī)，廣泛適用于各種產(chǎn)品和應(yīng)用。但是，交叉編譯、設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)/調(diào)試，以及更小尺寸等要求對嵌入式Linux開發(fā)者來說都是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，針對嵌入式Linux開發(fā)的專用工具應(yīng)運(yùn)而生，而且發(fā)展十分迅猛。

但是，許多這類開發(fā)工具都不兼容非X86平臺，而且也沒有很好地實現(xiàn)歸檔備案或集成。在其它開發(fā)環(huán)境下，組件間的高度集成并沒有完全兌現(xiàn)。因此，要想完全從這些免費(fèi)的軟件組件開始創(chuàng)建一個完整的跨平臺開發(fā)環(huán)境，開發(fā)者應(yīng)意識到這將需要大量的調(diào)研、實施、培訓(xùn)和維護(hù)方面的工作。

Linux是少數(shù)既可以在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行也可作為開發(fā)環(huán)境的操作系統(tǒng)之一。這一特性可讓開發(fā)者在轉(zhuǎn)向此開發(fā)系統(tǒng)之前于常用硬件(比如X86桌面系統(tǒng))之上開發(fā)、調(diào)試和測試應(yīng)用程序和庫，因此可減少對標(biāo)準(zhǔn)參考平臺和指令集仿真器的依賴。這一技術(shù)僅適用于應(yīng)用程序和庫，但不適用于設(shè)備驅(qū)動程序，因為后者的開發(fā)依賴于Linux架構(gòu)。

開放源代碼團(tuán)體及一些軟件供應(yīng)商可提供設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)工具。由于設(shè)備驅(qū)動程序比標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序距離硬件更近，因此它們的開發(fā)比較困難。所幸的是，Linux桌面系統(tǒng)可以利用一些Windows及其它操作系統(tǒng)所沒有的工具。有足夠經(jīng)驗開發(fā)設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)人員可能已經(jīng)習(xí)慣將Linux作為他們的桌面開發(fā)系統(tǒng)了。

Linux的快速發(fā)展及其桌面方案的不斷涌現(xiàn)提出了一個重要問題：所選擇的工具方案怎樣在不同的Linux分布式系統(tǒng)上運(yùn)行？它們依賴于主機(jī)平臺的軟件配置嗎？

有些Linux工具提供獨(dú)立于主機(jī)平臺的開發(fā)環(huán)境，包括一系列可支持開發(fā)工具的應(yīng)用軟件、庫和實用程序。這一方法幾乎將開發(fā)環(huán)境與主機(jī)配置完全隔離開來，因此主機(jī)可以是任何Linux分布式系統(tǒng)，而且任何更新和修改都不會影響開發(fā)環(huán)境的功能。

這種方法的主要缺點是對存儲空間的要求有所增加――約200MB，因為它自己實際上相當(dāng)于一個微型Linux分布式系統(tǒng)。

可用的工具

一個嵌入式Linux產(chǎn)品的開發(fā)需要幾個階段，包括為目標(biāo)板配置和構(gòu)建基本Linux OS；調(diào)試應(yīng)用程序、庫、內(nèi)核及設(shè)備驅(qū)動程序/內(nèi)核模塊；出貨前最終方案的優(yōu)化、測試和驗證。

有數(shù)百種開放源代碼開發(fā)工具可供選擇。只要開發(fā)者原意花時間和精力去調(diào)研、實施和維護(hù)一系列各不相同的工具，總能找出一個完整的解決方案，完成幾乎任何開發(fā)任務(wù)。

在Linux應(yīng)用程序和庫的調(diào)試方面，GNU Debugger(GDB)作為一種標(biāo)準(zhǔn)已有幾年的歷史。它是一種命令行程序，由多個不同的圖形用戶界面前端予以支持，每個前端都能以多種方式提供調(diào)試控制功能。盡管GDB不是一個完美的方案，但它足夠應(yīng)對各種調(diào)試任務(wù)，而且已經(jīng)得到開放源代碼團(tuán)體的廣泛支持。

Linux內(nèi)核或設(shè)備驅(qū)動程序的調(diào)試要比應(yīng)用程序的調(diào)試繁瑣得多。

在做調(diào)研時，以下方面應(yīng)特別注意：

什么調(diào)試方法支持要開發(fā)產(chǎn)品的硬件？
需要什么內(nèi)核補(bǔ)丁程序？
還需要其它什么補(bǔ)丁程序？

調(diào)試界面怎么樣，如何使用？
該工具需要調(diào)試內(nèi)核模塊及處理虛擬地址轉(zhuǎn)換嗎？
還需要其它什么工具才能提供完整的方案？

經(jīng)過進(jìn)一步的調(diào)查，開發(fā)者往往發(fā)現(xiàn)工具A和工具B并沒有提供完全一致的功能，因為它們是在彼此獨(dú)立的情況下開發(fā)的。結(jié)果，開發(fā)者必須精確地考慮到這些工具的松散集合能提供什么樣的功能，還需要付出多大的努力才能形成完整的解決方案。

如果不同處理器類型間的集成、可用性、互操作性和移植性很關(guān)鍵的話，開發(fā)者應(yīng)考慮購買商用開發(fā)工具。這主要是因為將開發(fā)一個“免費(fèi)”方案所付出的努力考慮進(jìn)去，商用開發(fā)工具并不算貴。

Linux BSP

Linux系統(tǒng)有兩大主要部分：帶設(shè)備驅(qū)動程序的Linux內(nèi)核；以及根文件系統(tǒng)，包括系統(tǒng)所需的全部支持應(yīng)用程序、服務(wù)和庫。

除了駐留在目標(biāo)板上的OS組件外，還需要創(chuàng)建一個由GNU Compiler Collection構(gòu)成的交叉編譯環(huán)境，為庫和二進(jìn)制程序(binutils)提供支持。

雖然幾乎每一個組件都可在網(wǎng)上找到，但在硬件或設(shè)備驅(qū)動程序支持、集成測試信息、交叉編譯指南或軟件兼容性方面卻很難收集到太多信息。盡管開發(fā)者可從網(wǎng)上免費(fèi)下載各種組件以配置嵌入式Linux操作系統(tǒng)，但每個組件在版本、支持、穩(wěn)定性和測試等方面的狀態(tài)則需要開發(fā)者自己決定。然后，開發(fā)者還要完成最后的OS集成和測試，以及為所開發(fā)產(chǎn)品提供終身Linux OS維護(hù)。

另一方面，嵌入式Linux供應(yīng)商所提供的商用Linux板支持工具包一般都是經(jīng)過預(yù)先安裝和測試的，而且提供支持和維護(hù)。其它須考慮的因素包括Linux桌面主機(jī)將會添加不同的庫和內(nèi)核功能，以及由于組織內(nèi)的開發(fā)者變動而引起的長期維護(hù)問題。

品質(zhì)保證部門一般會執(zhí)行一系列嚴(yán)格的驗證和性能測試，其中包括存儲器泄漏檢測/糾正、代碼優(yōu)化和任務(wù)跟蹤等。那些想利用開放源代碼工具開發(fā)面向非X86平臺的嵌入式Linux產(chǎn)品開發(fā)者將會發(fā)現(xiàn)這一任務(wù)甚至要比選擇開放源代碼調(diào)試方案難得多。Linux Trace Toolkit、Valgrind工具及其它存儲器分析程序可完成部分測試和驗證任務(wù)。但總的來說，它們?nèi)狈﹃P(guān)鍵特性、集成功能及廣泛的硬件支持。這些開放源代碼分析工具的評估過程與評估調(diào)試方案的過程基本相同。

最后的分析就是，一個設(shè)計得恰到好處的開發(fā)環(huán)境應(yīng)能夠提供商用和開放源代碼兩個世界所具有的最好特性：
* 交鑰匙開發(fā)能力；
* 易于使用和集成；
* 大型工程組織的協(xié)調(diào)控制；
* 品質(zhì)和支持保證；
* 持續(xù)性；
* 按照自己的判斷力使用開放源代碼的能力。

作者：David Beal，嵌入式Linux總監(jiān)，Email: dbeal@metrowerks.com，Metrowerks公司