摘要：嵌入式linux入门基础教程01嵌入式Linux是什么嵌入式Linux跟桌面Linux一样，是一个操作系统。从单片机走过来的童鞋往往习惯于直接控制寄存器，事必躬亲，从零开始实现想要的功能。而在嵌入式Linux的世界里，我们首先要抛弃这个思想...
01嵌入式Linux是什么
嵌入式Linux跟桌面Linux一样，是一个操作系统。从单片机走过来的童鞋往往习惯于直接控制寄存器，事必躬亲，从零开始实现想要的功能。而在嵌入式Linux的世界里，我们首先要抛弃这个思想，应把它作为最后没办法的办法。就像我们想要在windows系统中编写一个程序，首先想到的不是操作CPU芯片的寄存器，而是学习Windows API一样。我们在嵌入式linux编程时，首先想到的应该是使用现成的驱动或软件或Linux API。没有的话看看能不能修改一下现成的资源为己所用。还是不行的话才考虑自己从头开始写。我们常说的嵌入式linux系统，其实与电脑端运行的linux系统本质上是一样的，都是使用的linux内核，相同的文件系统目录结构。区别在于嵌入式linux系统多少经过裁剪的，可能在操作时你会发现，有些命令不支持，或者有些命令的个别参数不支持！还有就是内核的功能也有裁剪。对于不同的行业，根据需求对软硬件进行裁剪选配，这也是嵌入式linux系统广泛应用的特点之一，具体特点包括：在学习嵌入式Linux之前，肯定要有C语言基础。汇编基础有没有无所谓(就那么几条汇编指令，用到了一看就会)。
C语言要学到什么程度呢？越熟当然越好，不熟的话也要具备基本技能。比如写一个数组排序、输入数字求和什么的。
学C语言唯一的方法是多写程序多练习，编译出错没关系，自己去解决；执行出错没关系，自己去分析。以前我是用VC来练习C语言的，经常去尝试着写一些C语言竞赛的题目。它们是纯C、纯数学、纯逻辑的题目，不涉及界面这些东西，很适合煅炼你的编程能力。02整体大概是如何的流程
对于学硬件的人而言，必须先对硬件的基本使用方法有感性的认识，更必须深刻认识该硬件的控制方式，如果一开始就学linux系统、学移植那么只会马上就陷入一个很深的漩涡。我在刚刚开始学ARM的时候是选择ARM7(主意是当时ARM9还很贵)，学ARM7的时候还是保持着学51单片机的思维，使用ADS去编程，第一个实验就是控制led。学过一段时间ARM的人都会笑这样很笨，实际上也不是，我倒是觉得有这个过程会好很多，因为无论做多复杂的系统最终都会落实到这些最底层的硬件控制，因此对这些硬件的控制有了感性的认识就好很多了。学习裸机的编程的同时要好好理解这个硬件的构架、控制原理，这些我称他为理解硬件。所谓的理解硬件就是说，理解这个硬件是怎么组织这么多资源的，这些资源又是怎么由cpu、由编程进行控制的。比如说，s3c2410中有AD转换器，有GPIO(通用IO口)，还有nandflash控制器，这些东西都有一些寄存器来控制，这些寄存器都有一个地址，那么这些地址是什么意思?又怎么通过寄存器来控制这些外围设备的运转?还有，norflash内部的每一个单元在这个芯片的内存中都有一个相应的地址单元，那么这些地址与刚刚说的寄存器地址又有什么关系?他们是一样的吗?而与norflash相对应的nandflash内部的储存单元并不是线性排放的，那么s3c2410怎么将nandflash的地址映射在内存空间上进行使用?或者简单地说应该怎么用nandflash?再有，使用ADS进对ARM9行编程时都需要使用到一个初始化的汇编文件，这个文件究竟有什么用?他里面的代码是什么意思?不要这个可以吗?诸如此类都是对硬件的理解，理解了这些东西就对硬件有很深的理解了，这对以后更深一步的学习将有很大的帮助，如果跳过这一步，我相信越往后学越会觉得迷茫，越觉得这写东西深不可测。因为，你的根基没打好。不过先声明一下，本人并没有使用ADS对ARM9进行编程，我是学完ARM7后直接就使用ARM9学linux系统的，因此涉及使用ADS对ARM9进行编程的问题我很难回答^_^，自己去研究研究吧。在买一套板子的时候一般会提供一些linux的试验例程，好好做一段时间这个吧，这个过程也是很有意义的，也是为进一步的学习积累感性认识，你能想象一个从没有使用过linux系统的人能学好linux的编程吗?好好按照手册上的例程做一做里面的实验，虽然有点娃娃学走路，有点弱智，但是我想很多高手都会经历这个过程。三部分：bootloader、linux kernel(linux内核)、rootfile(根文件系统)。那么这3部分是怎么相互协作来构成这个系统的呢?各自有什么用呢?三者有什么联系?怎么联系?系统的执行流程又是怎么样的呢?搞清楚这个问题你对整个系统的运行就很清楚了，对于下一步制作这个linux系统就打下了另一个重要的根基。介绍这方面的资料网上可以挖掘到几吨，自己好好研究吧。上面说到完整的linux有3部分，而且你也知道了他们之间的关系和作用，那么现在你要做的便是自己动手学会制作这些东西。当然我不可能叫你编写这些代码，这不实现。事实上这个3者都能在网下载到相应的源代码，但是这个源代码不可能下载编译后就能在你的系统上运行，需要很多的修改，直到他能运行在你的板子上，这个修改的过程就叫移植。在进行移植的过程中你要学的东西很多，要懂的相关知识也很多，等你完成了这个过程你会发现你已经算是一个初出茅庐的高手了。在这个过程中如果你很有研究精神的话你必然会想到看源代码。很多书介绍你怎么阅读linux源代码，我不提倡无目的地去看linux源代码，用许三多的话说，这没有意义。等你在做移植的时候你觉得你必须去看源代码时再去找基本好书看看，这里我推荐一本好书倪继利的《linux内核的分析与编程》，这是一本针对linux-2.6.11内核的书，说得很深，建议先提高自己的C语言编程水平再去看。至于每个部分的移植网上也可以找到好多吨的资料，自己研究研究吧，不过要提醒的是，很多介绍自己经验的东西都或多或少有所保留，你按照他说的去做总有一些问题，但是他不会告诉你怎么解决，这时就要靠自己，如果自己都靠不住就找学长一起研究研究吧，不能保证能解决你的问题，因为他未必遇到过你的问题，不过我相信能给你一点建议，也许有助你解决问题。这一步的最终目的是，从源代码的官方主页上(都是外国的，悲哀)下载标准的源代码包，然后进行修改，最终运行在板子上。盗用阿基米德的一句话：“给我一根网线，我能将linux搞定”。移植系统并不是最终的目的，最终的目的是开发产品，做项目，这些都要进行驱动程序的开发。Linux的驱动程序可以说是五花八门，linux2.4和linux2.6的编写有相当大的区别，就是同为linux2.6但是不同版本间的驱动程序也有区别，因此编写linux的驱动程序变都不是那么容易的事情，对于最新版本的驱动程序的编写甚至还没有足够的参考资料。那么我的建议就是使用、移植一个不算很新的版本内核，这样到时学驱动的编程就有足够的资料了。这部分的推荐书籍可以参考另一篇文章《推荐几本学习嵌入式linux的书籍》。做作品做项目除了编写驱动程序，最后还要编写应用程序。现在的趋势是图形应用程序的开发，而图形应用程序中用得最多的还是qt/e函数库。我一直就使用这个函数库来开发自己的应用程序，不过我希望你能使用国产的MiniGUI函数库。盗用周杰伦的广告词就是“支持国产，支持MiniGUI”。MiniGUI的编程比较相似Windows下的VC编程，比较容易上手，效果应该说是相当不错的，我曾使用过来开发ARM7的程序。不过MiniGUI最大的不好就是没有像qtopia这样的图形操作平台，这大大限制了他的推广，我曾经幻想过与北京飞漫公司(就是MiniGUI的版权拥有者)合作使用MiniGUI函数库开发像qtopia这样的图形操作平台，不过由于水平有限这只能是幻想了，呵呵。完成这一步你基本就学完了嵌入式linux的全部内容了。还有一个小小的经验想和大家分享。我在学习嵌入式linux的过程中很少问人，客观原因是身边的老师、同学师兄都没有这方面的高手，主观原因是我不喜欢问人，喜欢自己研究解决问题。这样做有个好处，就是可以提高自己解决问题的能力，因为做这些东西总有很多问题你难以理解，别人也没有这方面的经验，也不是所有问题都有人给你答案，这时必须要自己解决问题，这样，个人的解决问题能力就显得非常关键了。因此我的建议就是一般的问题到网上搜索一下，确实找不到答案了就问问高手，还是不行了就自己去研究，不要一味去等别人帮你解决问题。03需要知道哪些基础知识
嵌入式Linux的开发大致可分为三个层次：引导装载内核、构造文件系统和图形用户界面。作为操作系统重要组成部分的文件系统，决定了操作系统本身的信息和用户的数据在存储设备上的组织形式。对嵌入式文件系统的研究、设计和开发也逐渐成为嵌入式系 统研究领域的一个方向。在精简内核在编译内核之前，首先要明确需要哪些驱动和模块，然后只选择需要的驱动和模块，例如，如果系统不需要网络支持，则可以去掉网络模块 。内核一般是以压缩方式存放的，在系统启动时会自行解压。内核都是常驻内存的，当需要调用应用程序时，再把需要的程序从磁盘调入内存运行。嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器，嵌入式处理器与通用处理器最大的不同点在于，嵌入式CPU大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中，它将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。嵌入式处理器的体系结构经历了从CISC（复杂指令集）至RISC（精简指令集）和Compact RISC的转变，位数则由4位、8位、16位、32位逐步发展到64位。目前常用的嵌入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）、中高端的嵌入式微处理器（Embedded Micro Processor Unit，EMPU）、用于计算机通信领域的嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）和高度集成的嵌入式片上系统（System On Chip，SOC）。目前几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，并且越来越多的公司开始拥有自主的处理器设计部门，据不完全统计，全世界嵌入式处理器已经超过1000多种，流行的体系结构有30多个系列。在嵌入系统硬件系统中，除了中心控制部件（MCU、DSP、EMPU、SOC）以外，用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件，事实上都可以算作嵌入式外围设备。目前常用的嵌入式外围设备按功能可以分为存储设备、通信设备和显示设备三类。存储设备主要用于各类数据的存储，常用的有静态易失型存储器（RAM、SRAM）、动态存储器（DRAM）和非易失型存储器（ROM、EPROM、EEPROM、FLASH）三种，其中FLASH凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优点，在嵌入式领域内得到了广泛应用。目前存在的绝大多数通信设备都可以直接在嵌入式系统中应用，包括RS-232接口（串行通信接口）、SPI（串行外围设备接口）、IrDA（红外线接口）、I2C（现场总线）、USB（通用串行总线接口）、Ethernet（以太网接口）等。由于嵌入式应用场合的特殊性，通常使用的是阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）和触摸板（Touch Panel）等外围显示设备。为了使嵌入式系统的开发更加方便和快捷，需要有专门负责管理存储器分配、中断处理、任务调度等功能的软件模块，这就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统是用来支持嵌入式应用的系统软件，是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动程序、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形用户界面（GUI）等。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理复杂的系统资源，能够对硬件进行抽象，能够提供库函数、驱动程序、开发工具集等。但与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应用专用性等方面，具有更加鲜明的特点。嵌入式操作系统根据应用场合可以分为两大类：一类是面向消费电子产品的非实时系统，这类设备包括个人数字助理（PDA）、移动电话、机顶盒（STB）等；另一类则是面向控制、通信、医疗等领域的实时操作系统，如WindRiver公司的VxWorks、QNX系统软件公司的QNX等。实时系统（Real Time System）是一种能够在指定或者确定时间内完成系统功能，并且对外部和内部事件在同步或者异步时间内能做出及时响应的系统。在实时系统中，操作的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度，而且与这些操作进行的时间有关，也就是说，实时系统对逻辑和时序的要求非常严格，如果逻辑和时序控制出现偏差将会产生严重后果。实时系统主要通过三个性能指标来衡量系统的实时性，即响应时间（Response Time）、生存时间（Survival Time）和吞吐量（Throughput）：是数据的有效等待时间，数据只有在这段时间内才是有效的。 是在给定的时间内系统能够处理的事件总数，吞吐量通常比平均响应时间的倒数要小一点。 嵌入式应用软件是针对特定应用领域，基于某一固定的硬件平台，用来达到用户预期目标的计算机软件，由于用户任务可能有时间和精度上的要求，因此有些嵌入式应用软件需要特定嵌入式操作系统的支持。嵌入式应用软件和普通应用软件有一定的区别，它不仅要求其准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际应用的需要，而且还要尽可能地进行优化，以减少对系统资源的消耗，降低硬件成本。嵌入式系统目前主要有：Windows CE、VxWorks、QNX等，它们都具较好的实时性、系统可靠性、任务处理随机性等优点。但是它们的价格普遍偏高，很多开发商承受不起。因而，Linux操作系统成为嵌入式操作系统的首选。六、Linux操作系统成为嵌入式操作系统首选的原因在精简内核在编译内核之前，首先要明确需要那些驱动和模块，然后只选择需要的驱动和模块，例如，如果系统不需要网络支持，则可以去掉网络模块 。内核一般是以压缩方式存放的，在系统启动时会自行解压。内核都是常驻内存的，当需要调用应用程序时，再把需要的程序从磁盘调入内存运行。04嵌入式工程师需要哪些工具
总会看到有人说Linux上的应用程序开发是高手才可以完成的，而且这种“迷信”在目前似乎还很普遍。然而，情况并不是这样的，从程序库的支持方面，Linux平台为用户级应用程序的开发提供了很多功能强大且丰富的程序库，而且它们大部分是跨平台的(Boost、OpenGL、STL、Qt、Java等)和基于POSIX标准的(glibc等)，同时Linux内核还为驱动程序的开发提供了功能完备的内核接口，从开发工具方面，Linux提供了功能强大的编译器GCC和调试器GDB，借助它们的帮助，我们可以很轻松的在Linu x上开发出可移植性的应用程序。既然如此，“迷信”又源于何来呢?一方面由于详细介绍Linux各种开发的书籍较少，各种Linux应用在国内仍不普及，另一方面则是由于很多人在安装好一个Linux后，苦于找不到一个得心应手的IDE环境，从而感到不知所措，毕竟，我们很多人都习惯了写好程序后，按下F5，剩下的任务就让IDE全权代理了。其实想在Linux下如此这般当然也没问题。既然说到了IDE，就让我们从它开始吧，相信选择一个好的IDE环境是你整个学习过程的一个不错的开始。
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