1. Arm Linux 开发环境概述
Arm 架构的处理器广泛应用于低功耗设备，如手机、平板等。为了开发嵌入式设备，需要搭建基于 Arm 架构的开发环境。本小节将介绍 Arm Linux 开发环境的概述。
1.1. 开发硬件和软件环境
在开发嵌入式设备时，需要先准备好相应的硬件和软件环境。硬件环境通常包括：电脑、开发板、调试器、JTAG 等；而软件环境通常包括：Linux 系统、交叉编译器、开发库、调试器驱动等。
在 Arm Linux 开发中，开发者通常会使用一款叫做 Buildroot 的开发工具，它能自动化构建和配置软件环境，并且针对不同的目标架构提供相应的工具链。
1.2. Linux 内核移植
Linux 内核源码可以在多种架构下编译得到相应的可执行文件。而在嵌入式开发中，由于设备资源的限制，通常需要移植适合目标设备的 Linux 内核。
Linux 内核移植的关键在于配置内核参数。通过在内核配置选项中打开或关闭某些选项，可以使得内核支持大量的外设并针对目标设备进行优化。
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- CONFIG_FOO=y menuconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- zImage
2. Arm Linux 下外设编程
在嵌入式设备中，处理器通过外设来完成各种功能。如果需要开发嵌入式设备的某个功能，则需要对相应的硬件接口进行编程。本小节将介绍在 Arm Linux 下进行外设编程的方法。
2.1. 外设驱动模型
Linux 内核中有一套完整的设备驱动模型，开发者只需要按照设备驱动的规范开发相应的驱动程序，就可以将设备驱动模块化、平台化。
外设驱动模型主要包括以下几个层次：
设备层，驱动程序与具体外设进行交互。
总线层，为设备与 CPU 之间提供一个独立的地址空间。
驱动层，驱动程序与外设之间的数据传输交换。
框架层，提供设备驱动加载和管理的功能。
2.2. 设备树(DTS)文件
设备树文件是描述系统硬件的一种结构化文本文件。在设备树文件中，每个设备都由一个节点来表示，该节点包含设备的硬件描述、设备所在位置、设备驱动等信息。
设备树的好处在于，可以在不改变内核的情况下移植到不同的嵌入式设备上。Linux 内核支持使用设备树来解析和管理外设，即配置设备信息。
/dts-v1/;
/ {
model = "my-board";
compatible = "vendor,my-board";
chosen { };
memory {
reg = <0x00000000 0x10000000>;
};
leds {
led1 {
compatible = "leds-gpio";
gpios = <&gpio 0 0>;
label = "Heartbeat LED";
};
};
};
2.3. 常用的外设编程接口
在 Linux 内核中，有一些常用的编程接口，可以用来访问外设并进行编程。
字符设备操作接口（cdev）
中断处理接口（irq）
定时器接口（timer）
GPIO（General Purpose Input/Output）接口
I2C（Inter-Integrated Circuit）和 SPI（Serial Peripheral Interface）接口
USB（Universal Serial Bus）接口
2.4. 示例：GPIO编程
GPIO（General Purpose Input/Output）是一种通用的数字输入输出接口，可以用来读取和控制数字信号。
#define GPIO_IN 0
#define GPIO_OUT 1
int open_gpio(unsigned int gpio)
{
int fd, ret;
char buf[255];
sprintf(buf, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", gpio);
fd = open(buf, O_RDWR);
if (fd < 0) {
sprintf(buf, "/sys/class/gpio/export");
fd = open(buf, O_WRONLY);
if (fd < 0) {
return -errno;
}
sprintf(buf, "%d", gpio);
ret = write(fd, buf, strlen(buf));
if (ret != strlen(buf)) {
close(fd);
return -errno;
}
close(fd);
sprintf(buf, "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", gpio);
fd = open(buf, O_WRONLY);
if (fd < 0) {
return -errno;
}
ret = write(fd, GPIO_OUT, 4);
if (ret != 4) {
close(fd);
return -errno;
}
close(fd);
sprintf(buf, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", gpio);
fd = open(buf, O_RDWR);
if (fd < 0) {
return -errno;
}
}
return fd;
}
void close_gpio(int fd)
{
close(fd);
}
int read_gpio(int fd)
{
int rd, val;
char buf;
rd = read(fd, &buf, sizeof(buf));
if (rd < 0) {
return rd;
}
val = buf - '0';
return val;
}
int write_gpio(int fd, int val)
{
int wr;
char buf;
buf = val + '0';
wr = write(fd, &buf, sizeof(buf));
if (wr != sizeof(buf)) {
return -1;
}
return 0;
}
本文介绍了在 Arm Linux 下进行外设编程的方法。在嵌入式设备中，硬件和软件都十分有限，开发者需要能够很好地理解硬件设备的接口、驱动原理以及 Linux 内核的底层交互机制。只有这样，才能更好地完成嵌入式开发任务。