嵌入式系统基础：IMX6ULL第一章要点深度回顾

 参考资源链接：[NXP i.MX6ULL应用处理器参考手册中文版](https://wenku.csdn.net/doc/3bygm26r9f?spm=1055.2635.3001.10343) # 1. IMX6ULL概述和硬件架构 ## 1.1 IMX6ULL简介 IMX6ULL是NXP公司推出的一款基于ARM Cortex-A7核心的低功耗微处理器，广泛应用于嵌入式系统中。它具有高性能、高集成度、低成本等特点，支持丰富的外设接口，特别适合用于物联网、工业控制、多媒体应用等领域。 ## 1.2 硬件架构概述 IMX6ULL的硬件架构由多个部分组成，包括ARM Cortex-A7核心、多种类型的内存接口、高速和低速外设接口以及电源管理单元。CPU核心能够提供足够的处理能力以支持复杂的任务运行。内存接口包括SDRAM、DDR3等，满足不同的内存需求。高速外设接口支持以太网、USB、HDMI等，而低速外设则涵盖了GPIO、I2C、SPI等，用于实现与各类传感器、执行器的连接。 ## 1.3 关键特性分析 IMX6ULL的几个关键特性包括其优化的电源管理功能、丰富的多媒体处理能力以及灵活的外设扩展性。电源管理功能让设备能在保证性能的同时降低能耗，从而延长电池寿命。多媒体处理能力则得益于其集成的GPU、VPU和专用的显示处理器，这些使得IMX6ULL能够胜任视频解码、图像处理等任务。同时，灵活的外设接口为开发者提供了广泛的硬件搭配可能性，使得基于IMX6ULL的系统能够轻松适应多种应用场景。 # 2. IMX6ULL开发环境搭建 ### 2.1 交叉编译工具链的配置 开发IMX6ULL这样的嵌入式设备，通常会涉及到交叉编译。交叉编译是指在一个平台上生成可以在另一个平台上运行的代码的过程。由于IMX6ULL的CPU架构是ARM，因此我们需要一个为ARM架构编译的工具链。 #### 2.1.1 交叉编译工具链的选择和安装 选择合适的交叉编译工具链是非常重要的。常见的ARM交叉编译工具链包括`arm-linux-gnueabihf`、`arm-none-eabi`等。这些工具链可以使用包管理器安装，如Ubuntu的`apt`，或者从官方网站如GNU网站下载源代码自行编译安装。 举个例子，使用`apt`安装`gcc-arm-linux-gnueabihf`交叉编译器的指令如下： ```bash sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf ``` 一旦安装完成，可以通过执行`arm-linux-gnueabihf-gcc --version`来验证安装是否成功，并检查版本信息。 #### 2.1.2 环境变量的配置和验证 交叉编译工具链安装完成后，需要配置环境变量，以便在任何位置使用编译器。这些环境变量包括`PATH`和`CROSS_COMPILE`。可以通过修改`.bashrc`或者创建新的shell脚本来设置。 以下是如何在`.bashrc`文件中配置`arm-linux-gnueabihf`工具链的示例： ```bash export PATH=$PATH:/usr/bin/arm-linux-gnueabihf export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- ``` 通过修改`.bashrc`，在每次启动新的终端时，都会自动加载这些环境变量。为确保即时生效，可以使用`source ~/.bashrc`命令或重新登录。 配置完成后，可以通过运行`arm-linux-gnueabihf-gcc -v`来验证配置是否正确。 ### 2.2 U-boot的移植与定制 #### 2.2.1 U-boot的获取和编译 U-boot作为嵌入式设备启动时加载的第一段代码，对于引导操作系统至关重要。获取U-boot的方法通常有两种：下载预编译版本或者从源码编译。 从源码编译U-boot的步骤如下： 1. 克隆U-boot源码到本地。 2. 运行`make`指令配合特定的IMX6ULL配置文件，如`imx_v7_mfg_defconfig`。 3. 编译U-boot镜像文件。 以下是获取和编译U-boot的示例代码： ```bash git clone https://github.com/u-boot/u-boot.git cd u-boot make imx6ULL_14x14_evk_defconfig make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- ``` 执行完这些步骤后，会在`u-boot`目录下生成名为`u-boot.imx`的文件，这个文件就是编译好的U-boot镜像。 #### 2.2.2 U-boot的配置和烧写 编译得到的U-boot镜像需要烧写到目标设备上。在烧写之前，可以通过使用SD卡和JTAG等方法来配置U-boot的环境，比如设置环境变量和更新固件。 烧写U-boot到目标设备，可以使用命令行工具如`dd`，或者专用的烧写工具如`Phoenix Card`。以下使用`dd`命令烧写U-boot镜像到SD卡的示例： ```bash sudo dd if=u-boot.imx of=/dev/sdX bs=1M seek=32 status=progress && sync ``` 这里`/dev/sdX`代表你插入的SD卡设备文件，通常需要根据实际情况来替换，且操作需要root权限。 ### 2.3 Linux内核的编译与定制 #### 2.3.1 Linux内核的获取和编译 IMX6ULL设备使用的Linux内核版本与官方标准的Linux内核可能有所不同。因此，内核的获取和编译应当遵循特定的步骤，以确保能够成功引导并运行。 获取和编译IMX6ULL内核的步骤大致如下： 1. 克隆内核源码到本地工作目录。 2. 切换到对应IMX6ULL的内核分支或标签。 3. 配置内核，生成配置文件。 4. 编译内核。 示例代码如下： ```bash git clone https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux.git cd linux git checkout v4.14.78-fslc-imx-rel_imx_4.14.x make ARCH=arm imx6ULL_14x14_evk_defconfig make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- uImage ``` 上述步骤完成后，`uImage`文件就是编译好的内核镜像。 #### 2.3.2 内核模块的添加和配置 Linux内核模块是实现硬件驱动功能的组件。为内核添加和配置模块可以扩展内核的功能。可以使用`make menuconfig`来图形化配置内核模块，或者使用`make modules_install`来安装模块。 内核模块的安装示例： ```bash make modules_install ARCH=arm INSTALL_MOD_PATH=/path/to/rootfs ``` 这里`INSTALL_MOD_PATH`后面需要指定一个临时的根文件系统目录，以便安装模块。这一步骤通常在构建完整的文件系统时完成。 在本章节中，我们深入了解了IMX6ULL开发环境搭建的各个步骤，包括交叉编译工具链的选择和安装、环境变量的配置和验证，以及U-boot的获取、编译、配置和烧写，还有Linux内核的获取和编译，内核模块的添加和配置。通过实际的操作指令和示例代码，我们不仅说明了每一步的逻辑和必要性，还提供了具体的操作步骤，为IMX6ULL开发环境的搭建提供了详尽的指导。 # 3. IMX6ULL的驱动开发基础 驱动开发是嵌入式Linux系统中的核心内容之一，它使得硬件设备与操作系统能够有效通信。驱动程序的编写往往需要深入了解硬件原理与操作系统内核机制，是连接硬件与软件的桥梁。在这一章中，我们将逐步探讨IMX6ULL的驱动开发基础，包括驱动开发环境和工具的搭建、字符设备驱动开发以及GPIO驱动开发实例。 ## 3.1 驱动开发环境和工具 ### 3.1.1 源码阅读工具和调试工具 在进行IMX6ULL驱动开发之前，需要准备相应的开发环境和工具。对于源码的阅读，推荐使用如`vim`、`Emacs`或者`VS Code`这样的编辑器，它们都支持多种编程语言的语法高亮，并具有强大的插件生态，如`ctags`、`cscope`等，能大幅提高源码阅读和调试的效率。 对于代码的调试，`gdb`是嵌入式Linux驱动开发中最常用的调试工具之一。它可以进行源码级别的调试，而且支持远程调试，能够通过串口或网络连接到目标开发板进行调试。`kgdb`是一种基于`gdb`的内核调试工具，它支持对内核代码进行断点调试。 此外，`strace`和`ltrace`工具可以用来追踪系统调用和库函数调用，这对于理解程序的运行行为和检查驱动程序中的错误非常有用。 ### 3.1.2 驱动开发流程和规范 驱动开发流程通常遵循以下步骤： 1. **需求分析**：明确驱动需要实现的功能和接口。 2. **硬件调研**：了解IMX6ULL相关硬件的工作原理。 3. **编程规范**：参照Linux内核编码规范进行编程。 4. **编写代码**：根据硬件手册编写设备驱动代码。 5. **编译测试**：在开发板上编译并测试驱动程序。 6. **调试优化**：根据测试结果进行调试和性能优化。 7. **文档编写**：编写驱动的使用说明和API文档。 在编写驱动代码的过程中，需要遵循Linux内核的编程规范。例如，函数命名通常使用小写字母，并以下划线分隔；在数据结构中，使用`struct`关键字定义结构体；避免使用`malloc`和`free`在内核中动态分配内存，而应使用内核提供的内存分配函数，如`kmalloc`和`kfree`。 ## 3.2 字符设备驱动开发 字符设备驱动是Linux内核中最常见的驱动类型之一，用于处理不涉及大量数据传输的设备，例如键盘、鼠标、串口等。 ### 3.2.1 字符设备驱动的框架 Linux内核提供了一套完整的字符设备驱动框架，通过注册`file_operations`结构体，定义设备文件操作函数，实现对设备的操作。以下是一个简单的字符设备驱动框架： ```c #include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> static int my_char_open(struct inode *inode, struct file *file) { // 设备打开逻辑 return 0; } static int my_char_release(struct inode *inode, struct file *file) { // 设备关闭逻辑 return 0; } static ssize_t my_char_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { // 读设备数据逻辑 return 0; } static ssize_t my_char_write(struct file *file, const char __user *buf, ```