怎么樣選擇嵌入式Linux開(kāi)發(fā)工具

嵌入式Linux具有穩(wěn)定、可伸縮及開(kāi)放源代碼等特點(diǎn)，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(dòng)程序開(kāi)發(fā)/調(diào)試，以及更小尺寸等要求對(duì)嵌入式Linux開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)都是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，針對(duì)嵌入式Linux開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用工具應(yīng)運(yùn)而生，而且發(fā)展十分迅猛。

但是，許多這類(lèi)開(kāi)發(fā)工具都不兼容非X86平臺(tái)，而且也沒(méi)有很好地實(shí)現(xiàn)歸檔備案或集成。在其它開(kāi)發(fā)環(huán)境下，組件間的高度集成并沒(méi)有完全兌現(xiàn)。因此，要想完全從這些免費(fèi)的軟件組件開(kāi)始創(chuàng)建一個(gè)完整的跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)者應(yīng)意識(shí)到這將需要大量的調(diào)研、實(shí)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(kāi)發(fā)環(huán)境的操作系統(tǒng)之一。這一特性可讓開(kāi)發(fā)者在轉(zhuǎn)向此開(kāi)發(fā)系統(tǒng)之前于常用硬件(比如X86桌面系統(tǒng))之上開(kāi)發(fā)、調(diào)試和測(cè)試應(yīng)用程序和庫(kù)，因此可減少對(duì)標(biāo)準(zhǔn)參考平臺(tái)和指令集仿真器的依賴(lài)。這一技術(shù)僅適用于應(yīng)用程序和庫(kù)，但不適用于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，因?yàn)楹笳叩拈_(kāi)發(fā)依賴(lài)于Linux架構(gòu)。

開(kāi)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(dòng)程序開(kāi)發(fā)工具。由于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序比標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序距離硬件更近，因此它們的開(kāi)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(méi)有的工具。有足夠經(jīng)驗(yàn)開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)人員可能已經(jīng)習(xí)慣將Linux作為他們的桌面開(kāi)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(gè)重要問(wèn)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(lài)于主機(jī)平臺(tái)的軟件配置嗎？

有些Linux工具提供獨(dú)立于主機(jī)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括一系列可支持開(kāi)發(fā)工具的應(yīng)用軟件、庫(kù)和實(shí)用程序。這一方法幾乎將開(kāi)發(fā)環(huán)境與主機(jī)配置完全隔離開(kāi)來(lái)，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(huì)影響開(kāi)發(fā)環(huán)境的功能。

這種方法的主要缺點(diǎn)是對(duì)存儲(chǔ)空間的要求有所增加――約200MB，因?yàn)樗约簩?shí)際上相當(dāng)于一個(gè)微型Linux分布式系統(tǒng)。

可用的工具

一個(gè)嵌入式Linux產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)需要幾個(gè)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(kù)、內(nèi)核及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序/內(nèi)核模塊；出貨前最終方案的優(yōu)化、測(cè)試和驗(yàn)證。

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

在Linux應(yīng)用程序和庫(kù)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(gè)不同的圖形用戶(hù)界面前端予以支持，每個(gè)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(gè)完美的方案，但它足夠應(yīng)對(duì)各種調(diào)試任務(wù)，而且已經(jīng)得到開(kāi)放源代碼團(tuán)體的廣泛支持。

Linux內(nèi)核或設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(shí)，以下方面應(yīng)特別注意：

什么調(diào)試方法支持要開(kāi)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(guò)進(jìn)一步的調(diào)查，開(kāi)發(fā)者往往發(fā)現(xiàn)工具A和工具B并沒(méi)有提供完全一致的功能，因?yàn)樗鼈兪窃诒舜霜?dú)立的情況下開(kāi)發(fā)的。結(jié)果，開(kāi)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(lèi)型間的集成、可用性、互操作性和移植性很關(guān)鍵的話(huà)，開(kāi)發(fā)者應(yīng)考慮購(gòu)買(mǎi)商用開(kāi)發(fā)工具。這主要是因?yàn)閷㈤_(kāi)發(fā)一個(gè)“免費(fèi)”方案所付出的努力考慮進(jìn)去，商用開(kāi)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(dòng)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(kù)。

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

雖然幾乎每一個(gè)組件都可在網(wǎng)上找到，但在硬件或設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序支持、集成測(cè)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(kāi)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(gè)組件在版本、支持、穩(wěn)定性和測(cè)試等方面的狀態(tài)則需要開(kāi)發(fā)者自己決定。然后，開(kāi)發(fā)者還要完成最后的OS集成和測(cè)試，以及為所開(kāi)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(guò)預(yù)先安裝和測(cè)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(huì)添加不同的庫(kù)和內(nèi)核功能，以及由于組織內(nèi)的開(kāi)發(fā)者變動(dòng)而引起的長(zhǎng)期維護(hù)問(wèn)題。

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

最后的分析就是，一個(gè)設(shè)計(jì)得恰到好處的開(kāi)發(fā)環(huán)境應(yīng)能夠提供商用和開(kāi)放源代碼兩個(gè)世界所具有的最好特性：
* 交鑰匙開(kāi)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(kāi)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