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m5彩票网:嵌入式Linux底层系统怎么学?看看这个牛人的总结

2017年10月24日 09:10    技术小白
很多初学者会问,嵌入式Linux怎么学?下面就来讨论讨论这个问题。

嵌入式Linux可以分为两部分:底层系统、应用开发。

对于应用开发 : C语言、数据结构、JAVA什么的需学好。嵌入式应用开发和PC上的应用开发并没有什么特别要注意的。也许你说在嵌入式上要做些优化,是的,要优化,但是未经优化的程序和PC上的程序开发没什么差别。另外,当你有能力去优化时,你已经不用来问这个问题了。具体到某个例子,比如说开发界面,在PC上我们用VC;在嵌入式Linux里也许我们用QT也用Android,这个时候你应该去学学QT、Android的编程。但是基础还是C或JAVA,在此基础上去熟悉它们的接口。你学过VC的话,也是要花时间去了解那些类、控件的。

如果你想学习底层系统,这是我的专长,倒是可以说一点。

在回答这个问题之前,我先回答:不少人问我,到底是学驱动还是学应用? 我只能说凭兴趣,并且驱动和应用并不是截然分开的。

1. 我们说的驱动,其实并不局限于硬件的操作,还有操作系统的原理、进程的休眠唤醒调度等概念。 想写出一个好的应用,想比较好的解决应用碰到的问题,这些知识你应该懂
2. 做应用门槛低,特别是现在的ANDROID,纯JAVA。做应用的发展路径个人认为就是业务纯熟。比如在通信行业、IPTV行业、手机行业,你了解行业的需求。所以,当领导的人,多是做应用的。
3. 做驱动,其实我不想称为“做驱动”,而是想称为“做底层系统”,做好了这是通杀各行业。我工作几年,做过手机、IPTV、会议电视,但是这些产品对我毫无差别,因为我只做底层。他们的业务跟我没关系。当应用出现问题,他们解决不了时,我就会从内核角度给他们出主意,给他们提供工具。 做底层的发展方向,个人认为是技术专家。
4. 其实,做底层还是做应用,之间并没有一个界线,有底层经验,再去做应用,你会感觉很踏实。有了业务经验,你再了解一下底层,很快就可以组成一个团队。

回到怎么学的问题上。嵌入式Linux底层系统包含哪些东西?不要急,举一个例子你就知道了。  

1. 电脑一开机,那些界面是谁显示的?是BIOS,它做什么?一些自检,然后从硬盘上读入windows,并启动它。类似的,这个BIOS对应于嵌入式Linux里的bootloader。这个bootloader要去Flash上读入Linux内核,并启动它。

2. 启动windows的目的是什么?当然是上网聊天什么的了。这些上网、聊天工具在哪?在C盘、D盘上。所以, windows要先识别出C盘、D盘。在Linux下我们称为根文件系统。

3. windows能识别出C盘、D盘,那么肯定能读写硬盘才行。这涉及的东西称为驱动程序。当然不仅仅是硬盘,还有网卡、USB等等。嵌入式Linux能从Flash上读出并执行应用程序,肯定也得有Flash的驱动程序啊,当然也不仅仅是Flash。

先说到这里吧,嵌入式LINUX里含有bootloader, 内核, 驱动程序、根文件系统这4大块。

一、bootloader:

它就是一个稍微复杂的裸板程序。但是要把这裸板程序看懂写好一点都不容易。Windows下好用的工具弱化了我们的编程能力。

很多人一玩嵌入式就用ADS、KEIL。你能回答这几个问题吗?

1. 一上电,CPU从哪里取指令执行?
答:一般从Flash上指令。

2. 但是Flash一般是只能读不能直接写的,如果我用到全局变量,这些全局变量在哪里?
答:全局变量应该在内存里

3. 那么谁把全局变量放到内存里去?
答:长期用ADS、KEIL的朋友,你能回答吗?这需要"重定位"。在ADS或KEIL里,重定位的代码是制作这些工具的公司帮你写好了。
你可曾去阅读过?

4. 内存那么大,我怎么知道把"原来存在Flash上的内容"读到内存的"哪个地址去"?
答:这个地址用"链接脚本"决定,在ADS里有scatter文件,KEIL里也有类似的文件。但是,你去研究过吗?

5. 你说重定位是把程序从Flash复制到内存,那么这个程序可以读Flash啊?
答:是的,要能操作Flash。当然不仅仅是这些,还有设置时钟让系统运行得更快等等。

先自问自答到这里吧,bootloader这一个裸板程序,其实有3部分要点:
1. 对硬件的操作
2. 对ARM体系处理器的了解
3. 程序的基本概念:重定位、栈、代码段数据段BSS段什么的。

对硬件的操作,需要看原理图、芯片手册。这需要一定的硬件知识,不求你能设计硬件,但是至少能看懂; 不求能看懂模拟电路
但是要能看懂数字电路。这方面的能力我是在学校里学到的,微机原理、数字电路这2本书(书名忘了)就足够了。但是我怀疑你有无耐心把这2本书看完。我不知道现在有没有更快捷的书。想速成的话,就先放掉这块吧,不懂就问GOOGLE、发贴。

另外,芯片手册是肯定要读的,别去找中文的,就看英文的。开始是非常痛苦,以后就会发现那些语法、词汇一旦熟悉后, 读任何芯片手册都很容易。

对ARM体系处理器的了解, 看杜春蕾的<ARM体系架构与编程>吧,里面讲有汇编指令,有异常模式、MMU等。也就这3块内容需要你了解。

程序的基本概念,王道当然是去看编译原理了。可惜,这类书绝对是天书级别的。劝你若非超级天才还是别去看了。就看我写的<嵌入式Linux应用开发完全手册>和第1期视频吧,别担心,不用花钱。照着视频把硬件相关的实验做了,这些概念就清楚了。我还没有发现第2套讲这些概念的书或视频,允许我盲目吹嘘一回。

对于bootloader,我学习时是先看了<ARM体系架构与编程>,然后自己写程序把各个硬件的实验都做了一遍,比如GPIO、时钟、 SDRAM、UART、NAND。把它们都弄清楚了,组台在一起就很容易看懂u-boot了 。
总结一下,看懂硬件原理图、看芯片手册,这需要你自己去找资料。剩下的,就按<嵌入式Linux应用开发完全手册>和第1期视频的章 节目录去学习吧。

二、内核:

想速成的人,先跨过内核的学习,直接学习怎么写驱动。

想成为高手,内核必须深刻了解。注意,我说的是了解,我没奢望去写出一个内核。

要对里面的调度机制、内存管理机制、文件管理机制等等有所了解。

推荐两本书:
1. 通读<linux内核完全注释>,请看薄的那本(浮燥的社会讲求速度, 呵),
2. 选读<Linux内核情景分析>, 想了解哪一块就读哪一节

三、驱动:

驱动包含两部分:硬件本身的操作、驱动程序的框架。

又是硬件,还是要看得懂原理图、读得懂芯片手册,多练吧。

说到驱动框架,有一些书介绍一下。LDD3,即<Linux设备驱动>,老外写的那本,里面介绍了不少概念,值得一读。但是,它的作用 也就限于介绍概念了。我基本上是入门之前用它来熟悉一下概念,入门后就扔掉了。

驱动方面比较全的介绍,应该是宋宝华的<linux设备驱动开发详解>了,老实说我只看过目录,有不少人说好,这里推荐一下。

要想深入了解某一块,<Linux内核情景分析>绝对是超5星级推荐。你别指望把它读完,1800多页,上下两册呢。我是某一块不清楚 时,就去翻一下它。任何一部分,这书都可以讲上2、3百页,非常详细。并且是以某个目标来带你分析内核源码。它以linux 2.4为例,但是原理相通,同样适用于其它版本的linux。

还有没有其他介绍?呵呵,当然有了,韦东山Linux视频第2期。<嵌入式Linux应用开发完全手册>里对驱动讲得不多,不够深入。
于是我录制了这期视频。不仅仅教你怎么写怎么改驱动,还教你为什么这样写这样改驱动。

每一个驱动都是现场编写:
1. 用绘图板画图讲解──相当于学校里老师在黑板上画图讲解,很直观 绝对不是对着PPT念。
2. 用source insight当场写程序,从第1行开始写,每一课都是这样。我讲了20多个驱动,就写了20多个程序。
3. 写完就编译、测试。
4. 很全面,字符设备驱动、块设备、网卡驱动3大类齐全,硬件介绍、驱动框架分析、测试3大类齐全。

四、根文件系统:

大家有没有想过这2个问题:
1. 对于Linux做出来的产品,有些用作监控、有些做手机、有些做平板。那么内核启动后,挂载根文件系统后,应该启动哪一个应用程序呢?
答:内核不知道也不管应该启动哪一个用户程序。它只启动init这一个应用程序,它对应/sbin/init。
显然,这个应用程序就要读取配置文件,根据配置文件去启动用户程序(监控、手册界面、平板界面等等,这个问题提示我们,文件系统的内容是有一些约定的,比如要有/sbin/init,要有配置文件 。

2. 你写的hello,world程序,有没有想过里面用到的printf是谁实现的?
答:这个函数不是你实现的,是库函数实现的。它运行时,得找到库。

这个问题提示我们,文件系统里还要有库。

简单的自问自答到这里,要想深入了解,可以看一下busybox的init.c,就可以知道init进程做的事情了。
当然,也可以看<嵌入式Linux应用开发完全手册>里构建根文件系统那章。

说一下我的学习经历吧。
1. 我在学校时读的是物理电子专业,其实课程里没有教怎么设计电路,只是教了些电子电路方面的知识。m5彩票的设计是在实验室里自学的,只设计过2层板,现在忘记得差不多了。但是保留了看原理图、看芯片手册的能力。
2. 选修了软件学位,对软件设计挺感兴趣,但是也只是学了C语言、数据库而已。凭着兴趣做了不少竞赛题。没能力去参加竞赛,但是把C语言练得很扎实。
3. 在实验室、在第1家公司,就是设计些简单的PCI卡,写一下windows的驱动程序
4. 在第2家公司,用51单片机做车载电话,开始走上纯软件的道路。
5. 开始感到单片机的不足,辞职半年闭门学Linux,从red hat怎么操作开始。步骤就是先看<ARM体系架构与编程>,再自己写裸板程序操作硬件,接着到分析u-boot。同时看<linux内核完全注释>,对LINUX框架有所了解。
在写裸板时,建议各位加强对中断的理解,内核就是用中断来完成各种功能的。
6. 分析完u-boot,就开始进行简单的驱动编程了,这时候,能力还很弱。
7. 开始去中兴上班,工作2年,编写各类驱动、解决各类问题(驱动问题、帮助定位应用问题),能力得到煅炼。

总结一下:
1. 硬件方面的书: 微机原理、数字电路,高校里的教材。
2. Linux方面的书:
<ARM体系架构与编程>
<嵌入式Linux应用开发完全手册>
<Linux设备驱动>,老外写的那本
<linux设备驱动开发详解>
<linux内核完全注释>
<Linux内核情景分析>

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