姓名：黃楠琳? ? ? ?學(xué)號：19020100011? ? ? ? 學(xué)院：電子工程學(xué)院
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【嵌牛導(dǎo)讀】本篇文章簡單介紹了如何學(xué)習(xí)嵌入式Linux操作系統(tǒng)
【嵌牛鼻子】嵌入式Linux
【嵌牛提問】?怎么學(xué)習(xí)嵌入式Linux操作系統(tǒng)？
【嵌牛正文】
1 操作系統(tǒng)介紹
①操作系統(tǒng)具有進(jìn)程管理、存儲管理洪碳、文件管理和設(shè)備管理等功能旅东，這些核心功能非常穩(wěn)定可靠靡狞，基本上不需要我們修改代碼蔬咬。我們只需要針對自己的硬件完善驅(qū)動程序
②學(xué)習(xí)驅(qū)動時必定會涉及其他知識叹放，比如存儲管理、進(jìn)程調(diào)度牲览。當(dāng)你深入理解了驅(qū)動程序后墓陈，也會加深對操作系統(tǒng)其他部分的理解
③Linux內(nèi)核中大部分代碼都是設(shè)備驅(qū)動程序，可以認(rèn)為Linux內(nèi)核由各類驅(qū)動構(gòu)成竭恬。但是跛蛋，要成為該領(lǐng)域的高手，一定要深入理解Linux操作系統(tǒng)本身痊硕，要去研讀它的源代碼赊级。
2 學(xué)習(xí)驅(qū)動程序之前的基礎(chǔ)知識
2.1 C語言
只要是理工科專業(yè)的，似乎都會教C語言岔绸。當(dāng)你掌握基本語法后理逊，就可以在電腦上練習(xí)一些C語言習(xí)題了；
當(dāng)你寫過幾個C程序后盒揉，就可以進(jìn)入下一階段的裸機開發(fā)晋被。
①不需要太深入，作為快速入門刚盈，只要你會編寫“Hello, world!”羡洛，會寫冒泡排序，會一些基礎(chǔ)的語法操作藕漱，暫時就夠了欲侮。
指針操作是重點
不需要去學(xué)習(xí)過多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識，只需要掌握鏈表操作肋联，其他不用學(xué)習(xí)威蕉，比如：隊列、二叉樹等等都不用學(xué)橄仍；
不需要去學(xué)習(xí)任何的函數(shù)使用牍戚，比如文件操作、多線程編程虑粥、網(wǎng)絡(luò)編程等等如孝；C語言是在寫代碼中精進(jìn)的。
②可以在Visual Studio下學(xué)習(xí)舀奶，也可以在Linux下學(xué)習(xí)暑竟，后者需要掌握一些編譯命令
2.2 PC Linux基本操作：
對于PC Linux，我們推薦使用Ubuntu育勺，在它上面安裝軟件非常簡便但荤。工作模式通常是這樣：在Windows下閱讀、編寫代碼涧至，然后把代碼上傳到PC Linux去編譯腹躁。實際上，Ubuntu的桌面系統(tǒng)已經(jīng)很好用了南蓬，我們拿到各種智能機可以很快上手纺非，相信Ubuntu的桌面系統(tǒng)也可以讓你很快上手。為了提高工作效率赘方，我們通常使用命令行來操作Ubuntu烧颖。
不用擔(dān)心，你前期只需要掌握這幾條命令就可以：
①cd : Change Directory（改變目錄）
cd 目錄名 ? ?// 進(jìn)入某個目錄
cd .. ? ? ? // cd “兩個點”：返回上一級目錄
cd - ? ? ? ?// cd “短橫”：返回上一次所在目錄
②pwd : Print Work Directory（打印當(dāng)前目錄 顯示出當(dāng)前工作目錄的絕對路徑）
③mkdir : Make Directory（創(chuàng)建目錄）
mkdir abc ? ? ? ? // 創(chuàng)建文件夾abc
mkdir -p a/b/c ? // 創(chuàng)建文件夾a窄陡，再a下創(chuàng)建文件夾b炕淮，再在b下創(chuàng)建文件夾c
④rm : Remove（刪除目錄或文件）
rm ?file ? ? // 刪除名為file的文件
rm -rf dir ?// 刪除名為dir的目錄
⑤ls : List（列出目錄內(nèi)容）
⑥mount : 掛載
mount -t nfs -o nolock,vers=2 192.168.1.123:/work/nfs_root /mnt
mount -t yaffs /dev/mtdblock3 /mnt
⑦chown : Change owner（改變文件的屬主，即擁有者）
chown book:book /work -R ?// 對/work目錄及其下所有內(nèi)容跳夭，屬主改為book用戶涂圆，組改為book
⑧chmod : Change mode（改變權(quán)限），下面的例子很簡單粗暴
chmod 777 /work -R ?// 對/work目錄及其下所有內(nèi)容币叹，權(quán)限改為可讀润歉、可寫、可執(zhí)行
⑨vi : Linux下最常用的編輯命令颈抚，使用稍微復(fù)雜踩衩，請自己搜索用法。
要練習(xí)這些命令贩汉，你可以進(jìn)入Ubuntu桌面系統(tǒng)后九妈，打開終端輸入那些命令；或是用SecureCRT雾鬼、putty等工具遠(yuǎn)程登錄Ubuntu后練習(xí)。
2.3 硬件知識
我們學(xué)習(xí)硬件知識的目的在于能看懂原理圖宴树，看懂通信協(xié)議策菜，看懂芯片手冊；不求能設(shè)計原理圖，更不求能設(shè)計電路板又憨。
對于正統(tǒng)的方法翠霍，你應(yīng)該這樣學(xué)習(xí)：
①學(xué)習(xí)《微機原理》，理解一個計算機的組成及各個部件的交互原理蠢莺。
②學(xué)習(xí)《數(shù)字電路》寒匙，理解各種門電路的原理及使用，還可以掌握一些邏輯運算（與躏将、或等）锄弱。
2.4 要不要專門學(xué)習(xí)Windows下的單片機開發(fā)
很多學(xué)校都開通了單片機的課程，很多人都是從51單片機祸憋、AVR單片機会宪，現(xiàn)在比較新的STM32單片機開始接觸嵌入式領(lǐng)域，并且使用Windows下的開發(fā)軟件蚯窥，比如keil掸鹅、MDK等。
問題來了拦赠，要不要專門學(xué)習(xí)Windows下的單片機開發(fā)巍沙？
①如果這是你們專業(yè)的必修課，那就學(xué)吧
②如果你的專業(yè)跟單片機密切相關(guān)荷鼠，比如機械控制等句携，那就學(xué)吧
③如果你只是想從單片機入門，然后學(xué)習(xí)更廣闊的嵌入式Linux颊咬，那么放棄在Windows下學(xué)習(xí)單片機吧务甥！
理由如下：
①Windows下的單片機學(xué)習(xí)，深度不夠
Windows下有很好的圖形界面單片機開發(fā)軟件喳篇，比如keil敞临、MDK等。它們封裝了很多技術(shù)細(xì)節(jié)麸澜，比如：
你只會從main函數(shù)開始編寫代碼挺尿，卻不知道上電后第1條代碼是怎么執(zhí)行的；你可以編寫中斷處理函數(shù)炊邦，但是卻不知道它是怎么被調(diào)用的编矾；你不知道程序怎么從Flash上被讀入內(nèi)存；也不知道內(nèi)存是怎么劃分使用的馁害，不知道棧在哪窄俏、堆在哪；當(dāng)你想裁剪程序降低對Flash碘菜、內(nèi)存的使用時凹蜈，你無從下手限寞；當(dāng)你新建一個文件時，它被自動加入到工程里仰坦，但是其中的機理你完全不懂等等等履植。
②基于ARM+Linux裸機學(xué)習(xí)，可以學(xué)得更深悄晃，并且更貼合后續(xù)的Linux學(xué)習(xí)玫霎。
實際上它就是Linux下的單片機學(xué)習(xí)，只是一切更加原始：所有的代碼需要你自己來編寫妈橄；哪些文件加入工程庶近，需要你自己來管理。在工作中眷细，我們當(dāng)然傾向于使用Windows下更便利的工具拦盹，但是在學(xué)習(xí)階段，我們更想學(xué)習(xí)到程序的本質(zhì)溪椎。
一切從零編寫代碼普舆、管理代碼，可以讓我們學(xué)習(xí)到更多知識：
你需要了解芯片的上電啟動過程校读，知道第1條代碼如何運行沼侣；你需要掌握怎么把程序從Flash上讀入內(nèi)存；需要理解內(nèi)存怎么規(guī)劃使用歉秫，比如棧在哪蛾洛，堆在哪；需要理解代碼重定位雁芙；需要知道中斷發(fā)生后轧膘，軟硬件怎么保護(hù)現(xiàn)場、跳到中斷入口兔甘、調(diào)用中斷程序谎碍、恢復(fù)現(xiàn)場；你會知道洞焙，main函數(shù)不是我們編寫的第1個函數(shù)蟆淀；你會知道，芯片從上電開始澡匪，程序是怎么被搬運執(zhí)行的熔任；你會知道，函數(shù)調(diào)用過程中唁情，參數(shù)是如何傳遞的疑苔；你會知道，中斷發(fā)生時甸鸟，每一個寄存器的值都要小心對待等等等夯巷。你掌握了ARM+Linux的裸機開發(fā)赛惩，再回去看Windows下的單片機開發(fā)，會驚呼：怎么那么簡單趁餐！并且你會完全明白這些工具沒有向你展示的技術(shù)細(xì)節(jié)。
驅(qū)動程序=Linux驅(qū)動程序軟件框架+ARM開發(fā)板硬件操作篮绰，我們可以從簡單的裸機開發(fā)入手后雷，先掌握硬件操作，并且還可以：
①掌握如何在PC Linux下編譯程序吠各、把程序燒錄到板子上并運行它
②為學(xué)習(xí)bootloader打基礎(chǔ)：掌握了各種硬件操作后臀突，后面一組合就是一個bootloader
2.5?為什么選擇ARM9 S3C2440開發(fā)板，而不是其他性能更好的贾漏？
有一個錯誤的概念：S3C2440過時了候学、ARM9過時了。這是不對的纵散，如果你是軟件工程師梳码，無論是ARM9、ARM11伍掀、A8還是A9掰茶，對我們來說是沒有差別的。一款芯片蜜笤，上面有CPU濒蒋，還有眾多的片上設(shè)備(比如UART、USB把兔、LCD控制器)沪伙。我們寫程序時，并不涉及CPU县好，只是去操作那些片上設(shè)備围橡。所以：差別在于片上設(shè)備，不在于CPU核聘惦；差別在于寄存器操作不一樣某饰。因為我們寫驅(qū)動并不涉及CPU的核心，只是操作CPU之外的設(shè)備善绎，只是讀寫這些設(shè)備的寄存器黔漂。之所以推薦S3C2440，是因為它的Linux學(xué)習(xí)資料最豐富禀酱，并有配套的第1炬守、2期視頻。
2.6 怎么學(xué)習(xí)ARM+Linux的裸機開發(fā)
學(xué)習(xí)裸機開發(fā)的目的有兩個：
①掌握裸機程序的結(jié)構(gòu)剂跟，為后續(xù)的u-boot作準(zhǔn)備
②練習(xí)硬件知識减途，即：怎么看原理圖酣藻、芯片手冊，怎么寫代碼來操作硬件
后面的u-boot可以認(rèn)為是裸機程序的集合鳍置，我們在裸機開發(fā)中逐個掌握各個部件辽剧，再集合起來就可以得到一個u-boot了。后續(xù)的驅(qū)動開發(fā)税产，也涉及硬件操作怕轿，你可以在裸機開發(fā)中學(xué)習(xí)硬件知識。
注意：如果你并不關(guān)心裸機的程序結(jié)構(gòu)辟拷，不關(guān)心bootloader的實現(xiàn)撞羽，這部分是可以先略過的。在后面的驅(qū)動視頻中衫冻，我們也會重新講解所涉及的硬件知識诀紊。
2.7 bootloader的學(xué)習(xí)
bootloader有很多種，vivi隅俘、u-boot等等邻奠，最常用的是u-boot。
u-boot功能強大考赛、源碼比較多惕澎，對于編程經(jīng)驗不豐富、閱讀代碼經(jīng)驗不豐富的人颜骤，一開始可能會覺得難以掌握唧喉。但是，u-boot的主要功能就是：啟動內(nèi)核忍抽。它涉及：讀取內(nèi)核到內(nèi)存八孝、設(shè)置啟動參數(shù)、啟動內(nèi)核鸠项。按照這個主線干跛，我們嘗試自己從零編寫一個bootloader，這個程序相對簡單祟绊，可以讓我們快速理解u-boot主要功能的實現(xiàn)楼入。
2.8 Linux內(nèi)核的學(xué)習(xí)
前面說過，內(nèi)核本身不是我們學(xué)習(xí)的重點牧抽，但是了解一下內(nèi)核的啟動過程嘉熊，還是很有必要的：工作中有可能要修改內(nèi)核以適配硬件，掌握了啟動過程才知道去修改哪些文件扬舒。
2.9 根文件系統(tǒng)
在驅(qū)動程序開發(fā)階段阐肤，我們喜歡搭建一個最小根文件系統(tǒng)來調(diào)試驅(qū)動；在開發(fā)應(yīng)用程序時，也需要搭建文件系統(tǒng)孕惜，把各種庫愧薛、配置文件放進(jìn)去；在發(fā)布產(chǎn)品時衫画，你還需要修改配置文件毫炉，使得產(chǎn)品可以自動運行程序；甚至你想實現(xiàn)插上U盤后自動啟動某個程序削罩，這也要要修改配置文件碘箍；這一切，都需要你理解根文件系統(tǒng)的構(gòu)成鲸郊，理解內(nèi)核啟動后是根據(jù)什么配置文件來啟動哪些應(yīng)用程序。
3.1 經(jīng)典字符設(shè)備驅(qū)動程序
視頻中以LED货邓、按鍵驅(qū)動為例秆撮，講解并練習(xí)開發(fā)過程中碰到的機制：查詢、休眠-喚醒换况、中斷职辨、異步通知、poll戈二、同步舒裤、互斥等等。后續(xù)更復(fù)雜的驅(qū)動程序觉吭，就是在這些機制的基礎(chǔ)上腾供，根據(jù)硬件特性設(shè)計出精巧的軟件框架。
3.2 工作中各類驅(qū)動程序
3.3 調(diào)試方法
4 Linux應(yīng)用程序的學(xué)習(xí)
對于大多數(shù)人來說鲜滩，第1個C程序是在Windows的Visual Studio C++(簡稱VC)上寫的伴鳖，所以你們關(guān)心的也許是：嵌入式Linux應(yīng)用程序，跟VC應(yīng)用程序之間的區(qū)別：
①編譯方法不同：
在VC上點點鼠標(biāo)即可編譯徙硅，對于嵌入式Linux應(yīng)用程序榜聂，我們需要“交叉編譯”：程序要在PC Linux上編譯，但是運行時要放到單板上嗓蘑。并且须肆，它的編譯環(huán)境需要你自己搭建：解壓出工具鏈后設(shè)計PATH，還要自己構(gòu)造一套Makefile系統(tǒng)桩皿。
②調(diào)試方法不同：
在VC上點點鼠標(biāo)就可以調(diào)試豌汇，對于嵌入式Linux應(yīng)用程序，你可以更喜歡用打右挡尽瘤礁；或是在PC Linux上通過GDB觀察應(yīng)用程序在單板上的運行狀況。
③可用的資源不同：
對于VC程序梅尤，你可以直接使用微軟公司提供的各種類庫柜思；對于嵌入式Linux應(yīng)用程序岩调，很多時候需要去尋找、下載赡盘、編譯号枕、使用開源庫。
④功能不同：
VC程序運行在PC上陨享，一般是用來解決某些純軟件的問題葱淳，比如整理數(shù)據(jù)、修圖抛姑、聯(lián)網(wǎng)播放音樂之類赞厕。嵌入式Linux應(yīng)用程序一般都要操作若干種硬件，比如監(jiān)控設(shè)備中要操作攝像頭定硝、存儲音視頻皿桑，無人機中要操作GPS、螺旋槳蔬啡，POS機中要操作銀行卡等等诲侮。它跟單板上的硬件聯(lián)系很大，很多時候需要你懂點硬件知識箱蟆，至少是知道怎么通過驅(qū)動程序來操作這些硬件沟绪。
上述4點的不同，花很少的時間就可以掌握空猜。
如果你有志于開發(fā)應(yīng)用程序绽慈，那么一定要有算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)抄肖、網(wǎng)絡(luò)編程等基礎(chǔ)久信，然后再掌握一些設(shè)計模式，最后就是多參加一些實際項目的開發(fā)了漓摩。
