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嵌入式即嵌入式系统,IEEE(美国电气和电子工程师协会)对其定义是用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置,是一种专用的计算机系统;国内普遍认同的嵌入式系统定义是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统;从应用对象上加以定义来说,嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。嵌入式系统作为装置或设备的一部分,它是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上,所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都使用嵌入式系统,有些嵌入式系统还包含操作系统,但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。 展开全文
嵌入式即嵌入式系统,IEEE(美国电气和电子工程师协会)对其定义是用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置,是一种专用的计算机系统;国内普遍认同的嵌入式系统定义是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统;从应用对象上加以定义来说,嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。嵌入式系统作为装置或设备的一部分,它是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上,所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都使用嵌入式系统,有些嵌入式系统还包含操作系统,但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
信息
应用于
工业、国防
标准制订
IEEE
中文名
嵌入式系统
外文名
Embedded System
嵌入式嵌入式系统组成
一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成, 嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象,它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令,执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单,如手机上的一个微小型的电机,当手机处于震动接收状态时打开;也可以很复杂,如SONY 智能机器狗,上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器,从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路,就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。(1)嵌入式微处理器 嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器,嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中,它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,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。嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系或哈佛体系结构;指令系统可以选用精简指令系统(Reduced Instruction Set Computer,RISC)和复杂指令系统CISC(Complex Instruction Set Computer,CISC)。RISC计算机在通道中只包含最有用的指令,确保数据通道快速执行每一条指令,从而提高了执行效率并使CPU硬件结构设计变得更为简单。嵌入式微处理器有各种不同的体系,即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度,或集成了不同的外设和接口。据不完全统计,全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种,体系结构有30多个系列,其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但与全球PC市场不同的是,没有一种嵌入式微处理器可以主导市场,仅以32位的产品而言,就有100种以上的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。(2)存储器嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器。1、CacheCache是一种容量小、速度快的存储器阵列它位于主存和嵌入式微处理器内核之间,存放的是一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。在需要进行数据读取操作时,微处理器尽可能的从Cache中读取数据,而不是从主存中读取,这样就大大改善了系统的性能,提高了微处理器和主存之间的数据传输速率。Cache的主要目标就是:减小存储器(如主存和辅助存储器)给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈,使处理速度更快,实时性更强。在嵌入式系统中Cache全部集成在嵌入式微处理器内,可分为数据Cache、指令Cache或混合Cache,Cache的大小依不同处理器而定。一般中高档的嵌入式微处理器才会把Cache集成进去。2、主存主存是嵌入式微处理器能直接访问的寄存器,用来存放系统和用户的程序及数据。它可以位于微处理器的内部或外部,其容量为256KB~1GB,根据具体的应用而定,一般片内存储器容量小,速度快,片外存储器容量大。常用作主存的存储器有:ROM类:NOR Flash、EPROM和PROM等。RAM类:SRAM、DRAM和SDRAM等。其中NOR 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。3、辅助存储器辅助存储器用来存放大数据量的程序代码或信息,它的容量大、但读取速度与主存相比就慢的很多,用来长期保存用户的信息。嵌入式系统中常用的外存有:硬盘、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等。(3)通用设备接口和I/O接口嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口,如A/D、D/A、I/O等,外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能,它可以在芯片外也可以内置芯片中。外设的种类很多,可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的802.11无线设备。嵌入式系统中常用的通用设备接口有A/D(模/数转换接口)、D/A(数/模转换接口),I/O接口有RS-232接口(串行通信接口)、Ethernet(以太网接口)、USB(通用串行总线接口)、音频接口、VGA视频输出接口、I2C(现场总线)、SPI(串行外围设备接口)和IrDA(红外线接口)等。硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层(Hardware Abstract Layer,HAL)或板级支持包(Board Support Package,BSP),它将系统上层软件与底层硬件分离开来,使系统的底层驱动程序与硬件无关,上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况,根据BSP 层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。BSP具有以下两个特点。硬件相关性:因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性,而作为上层软 件与硬件平台之间的接口,BSP需要为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法。操作系统相关性:不同的操作系统具有各自的软件层次结构,因此,不同的操作系统具有特定的硬件接口形式。实际上,BSP是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次,包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作:嵌入式系统的硬件初始化以及BSP功能,设计硬件相关的设备驱动。 [1]  [2] 
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  • 嵌入式Linux

    2013-08-02 15:47:37
    嵌入式linux   嵌入式linux 嵌入式 Linux是以Linux为基础的嵌入式作业系统,它被广泛应用在移动电话、个人数字助理(PDA)、媒体播放器、消费性电子产品以及航空航天等领域中。 目录 ...

    嵌入式linux

      
    嵌入式linux
    嵌入式 Linux是以Linux为基础的嵌入式作业系统,它被广泛应用在移动电话、个人数字助理(PDA)、媒体播放器、消费性电子产品以及航空航天等领域中。

    简介

    嵌入式linux 是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改,使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式linux既继承了Internet上无限的开放源代码资源,又具有嵌入式操作系统的特性。嵌入式Linux的特点是版权费免费;购买费用媒介成本技术支持全世界的自由软件开发者提供支持网络特性免费,而且性能优异,软件移植容易,代码开放,有许多应用软件支持,应用产品开发周期短,新产品上市迅速,因为有许多公开的代码可以参考和移植,实时性能RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式Linux支持,实时性能稳定性好安全性好。[1]
    如果分别让10位工程师给出嵌入式系统的定义,将得到10个不同的答案。一般来说,大部分的嵌入式系统执行特定的任务。我们假定最简单的嵌入式系统包括输入/输出功能,以及一些控制逻辑,该系统基于它的配置执行某些类型的功能。按照这个标准,可以认为一个包含实现控制逻辑74123计数器以及一个状态是一个嵌入式系统。也许可以补充说,该系统必须可通过存储固件中的软件进行编程。这个新的嵌入式系统定义包括输入/输出(I/O),以及存储在系统固件中的控制逻辑。一个带有鼠标、键盘、网络连接并运行图形用户界面(GUI,graphical user interface)多任务操作系统桌面计算机显然满足这些要求,但我们能认为它是一个嵌入式系统吗?
    如果桌面计算机不是一个嵌入式系统,那么手持设备呢?它们有I/O功能,可以运行存储在固件中的控制逻辑。有人说,桌面计算机和手持设备都有通用计算机设备,可以运行软件来执行许多不同的任务,与之不同的是,嵌入式系统(例如,洗碗机控制器或飞行导航系统)主要是为特定任务而设计的。这种特定的功能限定使嵌入式设备有功能上的唯一性。如果是这样,为什么一些嵌入式系统设计成具有附加的功能,如存储在非易失性存储器中的程序,并且具有运行可以完成原始设计范围之外的任务的多任务操作系统的能力呢?
    在过去,区分嵌入式系统通用计算机比简单得多。例如,可以很容易地区分出一个基于8051的T1分幅卡嵌入式系统和一台Sun UNIX工作站。从功能方面很难区分一台Sun工作站和一个包含PowerPC以及32MB内存和16MB闪存的机顶盒。这样的机顶盒可以运行带GUI的多任务操作系统,可现场升级,可以同时运行多个程序(如视频控制器、数字录像和Java虚拟机),还可以进行安全的因特网在线交易。很难判断这种机顶盒是否是一个嵌入式系统。显然,硬件性能的提升和价格的下降使通用计算机嵌入式系统之间的界限变得很模糊,技术的进步使得我们很难定义什么是嵌入式。

    发展历程

    嵌入式系统出现于20世纪60年代晚期,它最初被用于控制机电电话交换机,如今已被广泛的应用于工业制造、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等众多领域。计算机系统核心CPU,每年在全球范围内的产量大概在二十亿颗左右,其中超过80%应用于各类专用性很强的嵌入式系统。一般的说,凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统

    应用特点

    [2]嵌入式Linux的应用领域非常广泛,主要的应用领域有信息家电、PDA 、机顶盒、Digital Telephone、Answering Machine、Screen Phone 、数据网络、Ethernet Switches、Router、Bridge、Hub、Remote access servers、ATM、Frame relay 、远程通信、医疗电子、交通运输计算机外设、工业控制、航空航天领域等。
    就是利用Linux其自身的许多特点,把它应用到嵌入式系统里。
    Linux做嵌入式的优势,首先,Linux是开放源代码的,不存在黑箱技术,遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发者的强大技术支持;其次,Linux的内核小、效率高,内核的更新

      嵌入式linux

    速度很快,linux是可以定制的,其系统内核最小只有约134KB。第三,Linux是免费的OS,在价格上极具竞争力。 Linux还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色,突出的就是Linux适应于多种CPU和多种硬件平台,是一个跨平台的系统。到目前为止,它可以支持二三十种CPU。而且性能稳定,裁剪性很好,开发和使用都很容易。很多CPU包括家电业芯片,都开始做Linux的平台移植工作。移植的速度远远超过Java的开发环境。也就是说,如果今天用Linux环境开发产品,那么将来换CPU就不会遇到困扰。同时,Linux内核的结构在网络方面是非常完整的,Linux对网络中最常用的TCP/IP协议有最完备的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太网络,以及无线网络,Toker ring(令牌环网)、光纤甚至卫星的支持。所以Linux很适于做信息家电的开发。
    还有使用Linux为的是来开发无线连接产品的开发者越来越多。Linux在快速增长的无线连接应用主场中有一个非常重要的优势,就是有足够快的开发速度。这是因为LInux有很多工具,并且Linux为众多程序员所熟悉。因此,我们要在嵌入式系统中使用Linux操作系统
    Linux的大小适合嵌入式操作系统——Linux固有的模块性,适应性和可配置性,使得这很容易做到。另外,Linux源码的实用性和成千上万的程序员热切期望它用于无数的嵌入式应用软件中,导致很多嵌入式Linux的出现,包括:Embedix,ETLinux,LEM,Linux Router Project,LOAF,uCLinux,muLinux,ThinLinux,FirePlug,Linux和PizzaBox Linux
    相比微软,Linux的图形界面发展很快,像GNOME,KDE,UTITY等都是很优秀的桌面管理器,并且其背后有着众多的社团支持,可定制性强,已经在Unix和Linux世界普及开来。

    发展前景

    有巨大的市场前景和商业机会,出现了大量的专业公司和产品

      嵌入式Linux系统优缺点对比[3]

    ,如Montavista Lineo Emi等,有行业协会如Embedded Linux Consortum等,得到世界著名计算机公司和OEM板级厂商的支持,例如IBM Motorola Intel等。传统的嵌入式系统厂商也采用了Linux策略,如Lynxworks Windriver QNX等,还有Internet上的大量嵌入式Linux爱好者的支持。嵌入式Linux支持几乎所有的嵌入式CPU和被移植到几乎所有的嵌入式OEM板。
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  • 嵌入式Linux入门:概述

    万次阅读 多人点赞 2017-06-01 20:48:25
    本文就结合笔者经历写一写个人的嵌入式Linux入门的一些步骤和经验。不当之处,望方家指正。 在正式开始之前,先花一点时间写写笔者学习的经历。我是计算机专业,因此,对于模拟电路、数字电路、操作系统原理、...

    李迟按:

    嵌入式入门文章比比皆是,不同的人有不同的入门方法。本文就结合笔者经历写一写个人的嵌入式Linux入门的一些步骤和经验。不当之处,望方家指正。

    在正式开始之前,先花一点时间写写笔者学习的经历。我是计算机专业,因此,对于模拟电路、数字电路、操作系统原理、数据库原理、编译原理、计算组成原理、计算机体系结构、数据结构等等课程,都是必修课。我虽然都不精通,但起码是学习了。

    我从大二开始就已经接触51和AVR单片机,当时机缘巧合,由同专业的同学——也是我老乡带我开始的。然后开始画板、做板、焊板、写程序这些路子,前后陆续接触大约一两年时间,这些经历对于自学嵌入式Linux打下很好的基础。——事实上,在我开发单片机时,我已经计划好要学嵌入式,而且是偏向软件方向。

    同时我也开始安装Linux,自己捣鼓,包括虚拟机安装、物理机安装。因为考试和困难放弃一段时间,但最后还是继续。

    后来大三买了一块ARM9的开发板,自己捣鼓(不用“研究”,是因为以纯粹的门外汉去进行的)uboot、内核、根文件系统。本着不服输的精神,虽然一度放弃,但还是坚持下去。

    在毕业时慢慢摸到一些门道。但此时技术还不够,代码量还不够,后来工作多年,大量接触各式不同的技术,虽然并没有很深入,但足够养成习惯,——解决问题、研究新技术的方法、习惯。

    综上,我走的路子概括为:单片机-->使用Linux-->嵌入式Linux(u-boot->kernel->rootfs)。软件知识:基础必修课->linux环境编译->Linux驱动。

    从上文可以看到,笔者是作为计算机专业的学生而进入嵌入式Linux领域的。但并不是说一定要在学校学习那些课程才能入门。无论学习什么知识,都是靠自己进行的,但有了过来人指点、带你入门,往往省时省力很多——而这正是本文的目的。

    下面进入正文部分。

    一、系统环境

    1、环境搭建

    开发嵌入式需要大量辅助软件,一般来说,我们是在电脑上开发好程序,然后通过某些方式将程序下载到开发板上运行。按这个顺序列出一些我认为必须的:

    Linux系统:主要作为程序开发的系统,选择多人使用并资源丰富的版本,建议ubuntu或fedora,目前我使用ubuntu。可以使用在虚拟机或物理机上。

    虚拟机:有条件的推荐使用物理机安装,但一般经常使用vmware这类虚拟机软件,通过这个软件安装ubuntu系统,然后设置共享。然后在这个系统上交叉编译。

    共享方式:有的人喜欢用vmware自带共享功能,有的人喜欢用samba共享。个人建议在ubuntu中设置samba共享,这样可以在windows上将ubuntu共享目录映射成为其中一个盘符,这样做,就可以在windows下操作linux系统的目录、文件了,不过前提是需要网络性能良好。另一种常见的共享方式是nfs,多用于主机和开发板之间的文件传输。

    开发IDE:有的人建议在linux系统中用vim或emacs,但作为初学者入门,不要如此,使用vim、emacs学习成本高,而会打击积极性。在samba共享情况下,建议使用Notepad++、source insight进行代码编辑

    交叉编译:交叉编译是嵌入式一个很重要的概念。由于我们编译的程序是在开发板(开发板又称目标板)上运行的,但开发板又没有环境进行编译,所以带出“交叉编译”概念。即在一台linux主机系统上使用交叉编译器对代码进行编译,但编译得到的二进制文件无法在该主机运行,只能在开发板上运行。不同的板子使用的交叉编译器不同。一般使用商家自带的交叉编译器。

    下载手段:根据应用场合,可以用jtag烧录器下载程序(适用如u-boot开发)。可以使用tftp方式下载程序(适用kernel开发)。在开发板系统启动后且网络正常情况下,可以使用tftp下载、nfs拷贝等方式进行调试(适用于应用层程序开发)。

    另外对于USB转串口线、网络这类的东西,就不一一详细说明了。

     

    掌握程度:不同人使用的开发环境不尽相同。原则上只要是自己熟悉的环境就可以了,以提高开发效率为准则。

    推荐软件:vmware、notepad++、source insight、tftpd32(均为windows系统软件)。

    2、系统使用

    工欲善其事,必先利其器。系统环境使用熟悉程度越高,越能提高开发速度。举个例了,曾经遇到过别人在设备上调试应用程序,步骤是:编码、编译、制作软件包、用工具升级软件包到设备上,设备上电看效果。这一系列步骤中,制作包、升级软件包耗时很长,对于调试十分不利。如果使用NFS,时间能省至少三分之二。所以说,环境的熟悉是十分重要和必要的。

    本节主要针对Linux系统,对于入门者而言,Linux系统的使用是一个大坎。但要知道,嵌入式开发是离不开linux系统的,是必须学的。目前网络资料十分广泛,几乎遇到的问题都在找到答案,但质量往往良莠不齐,有些甚至会误导人。因此,建议一边学一边做笔记,把自己的疑问、心得、步骤都记录下来(比如,记录第1小节提到的nfs、samba服务安装的步骤)。

    如果时间允许,最好找书本来学习,边看书边敲命令。因为书籍介绍比较系统,有利于了解全貌,再逐个知识点深入,做到胸有成竹。下面列一下需要学习的知识点。

    1、掌握常用命令。必须要学的命令不多,像查看文件、拷贝文件、创建文件、查找文件、显示日期、查看/修改IP,等等。这些常用命令只要使用次数多了,就能熟练掌握。具体的自行搜索。

    2、掌握软件安装步骤。一般linux系统发行版自带有安装工具,如unbutu,在联网情况下直接输入命令apt-get install tool-name,就能安装了。

    3、编译源码方式安装软件。有些工具提供源码需要自己进行编译(比如要在开发板上运行的程序,则无法通过apt-get来安装,需要交叉编译)。linux编译一般有三个步骤:

    配置:./configure

    编译:make

    安装:make install。

    这个知识点自行百度。

    4、了解linux文件系统、目录结构、设备文件。如根目录名称是“/”,配置文件一般位于/etc目录,运行程序一般位于/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin,等等。因为嵌入式涉及到根文件系统概念,因而需要对linux目录结构有了解。如果感兴趣,可以去搜索一下LFS。

    5、学习IO重定向、管道概念,学习并会写简单shell脚本。

    6、学习编辑器vi的简单使用(因为有些情况下只有这个编辑器可用)、编译器gcc用法、Makefile知识、gdb调试。(此项针对开发而言)

    推荐资源:

    笔者的主页和博客有大量linux系统使用、软件编译、Makefile,等等文章,欢迎前来围观。

    学习建议:

    1、看书、网络搜索

    2、学会man命令(这是linux内置的帮助命令,比如要了解cp命令的用法,则输入man cp)

    3、记录笔记

    二、应用层

    1、C/C++语言

    C/C++语言本身与具体平台相关不大,但必须结合具体环境平台才能展现其作用。比如,MFC使用C/C++,QT也使用C/C++,Linux内核中使用C,单片机使用C,等等。环境不同,其侧重点不同。在学校里学习C/C++语法,考完试,却没有结合实际项目编程,就有人纠结学了C/C++不懂能做什么。只有真正在某一领域使用了C语言,它才是一个可以看得见、摸得着的东西,而不再是抽象的。

     

    这里结合Linux系统,列举出一些要掌握、学习的知识点。

    1、linux系统编程基本概念:Makefile、gcc、gdb。

    2、文件IO操作。

    3、进程控制、进程间通信、多线程操作

    4、信号处理

    5、网络编程

    6、串口编程

     

    另外也列举C/C++语言的学习点:

    1、标准库

    输入输出(fprintf、sscanf)、文件操作(fopen、fclose)、字符类操作(isalpha、islower)、字符串操作(strcpy、strcmp、memcpy)、信号处理(signal)、日期时间(mktime、ctime)

    2、C++ STL

    向量vector、队列queue、栈stack、列表list。

    推荐网站:http://www.cplusplus.com/reference/

     

    下面列出一些我认为较好的书籍。每种类型的书籍应用场合不同,按需求学习。——不仅嵌入式Linux领域,其它很多领域同时需要C,因而要提高C技能。

    入门篇:

    《Linux C 编程一站式学习》

    《Linux C从入门到精通》

    《Linux C编程从初学到精通 》

    《Linux C编程实战》

    《嵌入式linux应用开发完全手册》 (该书对嵌入式Linux开发整体都有讲述,一书以看窥全貌,入门适用)

    linux网络编程篇:

    《UNIX网络编程》

    《UNIX环境高级编程》

    C/C++提高篇:

     

    《C陷阱与缺陷》

    《C专家编程》

    《C和指》

    《C++沉思录》

    《C/C++深层探索》

    《Effective C++中文版》

    《提高c++性能的编程技术》

    《0 bug:C/C++商用工程之道》 (这本书网络有一定争论,笔者认为有部分的确有可取之处,请辩证看待)

     

    学习路线:

    环境:安装虚拟机linux,配置好samba,有windows下用notepad++编写代码,然后在命令行使用gcc编译并运行。像ubuntu安装必要开发工具sudo apt-get install build-essential 这类的知识点本文就不涉及了。

    实践:首先了解linux下gcc编译基本概念,然后逐个知识点学习。以上每点均是一个知识块,需要手动写代码。建议在github上建立仓库,形成自己的代码库,方便日后使用。

    2、版本控制

    版本控制可以提高开发效率,目前很多公司使用svn或git进行代码管理,很多开源项目——包括kernel,都使用git来管理。对于不涉密的代码,推荐使用github托管,而不便公开的代码,可以在bitbucket或csdn上托管。养成保存代码的习惯很重要。笔者很多年前没有代码托管意识,一次电脑被偷,导致很多代码消失了,如今想找也想不回来了。

    版本控制学习成本不大,无非创建仓库、提交代码这些过程,结合日常编码练习,慢慢熟悉掌握即可。

     

    笔者录制了一个git教程,欢迎观看:

    http://edu.csdn.net/course/detail/4562

    3、脚本

    Linux系统的脚本语言有很多,使用场合也不同,主要目的是提高开发效率。比如:在shell脚本中完成代码的编译并拷贝到nfs共享目录(或tftp服务目录)。这样只需要执行脚本就完成多项工作,节省很多时间。

    4、界面开发

    界面开发不是笔者强项,就写一写笔者的经历。笔者接触过的界面开发有QT、SDL、MFC。这些都是作为工具而存在的,不是专门研究,都是工作需要时再去学习,边学习边实践。

    比如,做一个视频采集的软件,使用了SDL进行显示。

    比如,为了显示YUV格式的文件,使用MFC编写一个播放器。

    5、其它书籍推荐

    内功修炼篇:

    《程序员的自我修养——链接、装载与库》(偏底层的人建议看看)

    《高效程序员的45个习惯 敏捷开发修炼之道》

    《高质量程序设计指南》(建议看看,工作中编写代码一定要注意编码规范,否则维护难度太大)

    《Linux开发工具箱:项目开发的最有效途径》(对应英文版本《The Linux Programmer's Toolbox》,网络有资源)

    (注:入门级别书籍不建议购买,通过网络资源或去图书馆借书等手段来学习就行了。当然经济条件允许的除外)

    笔者这几年也积累一定的文章,欢迎阅读:http://blog.csdn.net/subfate/article/category/752115

    三、底层

    这里说的底层包括三大方面,这三大方面缺一不可。

    bootloader:作为上电运行的第一个程序,负责最原始的初始化操作,初始化芯片、初始化内存、初始化IO复用,读取内核代码并将控制权移交到内核,从而完成使命。

    kernel:提供基本的运行环境,提供外设操作控制接口。

    rootfs:向用词(应用层)提供基本操作环境,包括命令行、程序库等。

    1、bootloader(启动装载程序)

    嵌入式Linux常见的bootloader是u-boot,而X86领域中一般称为BIOS。u-boot的学习没有捷径,最好是在有ARM开发板情况下进行研究,通过打印信息的方法跟踪其流程。但是,看懂u-boot代码需要电路基本知识、芯片手册知识等等。——这些知识,同样适用于内核驱动的开发。

    首先要建立的是整体概念和认识。建议先把厂商提供的u-boot源码编译通过,并下载到开发板上看到正常结果后,再用串口打印信息搜索代码,以了解u-boot的代码流程。然后再慢慢研究。如果bootloader不是学习重点,在有一定概念前提下就可以跳过到内核驱动层了,不过就笔者经验来看,bootloader和内核关系十分密切且部分代码是相通的。

    一般初始化的代码是汇编代码,对于入门者而言,初学阶段不用追究,等有一定基础后再回头研究也不晚。

    笔者许多年前移植过u-boot,写了几篇文章,版本旧了一些,但对于学习而言还有有好处的:

    http://blog.csdn.net/subfate/article/category/751064

    笔者曾经研究过x86的开源bios,写了几篇文章,大家可以看看。虽然对于u-boot学习帮助不大,但可以了解笔者如何从零开始学习一个未知的知识。地址:http://blog.csdn.net/column/details/15826.html

    2、kernel(内核)

    内核是比较大的一块,涉及内容十分多。作为入门者,与u-boot类似,首先要建立的整体概念。先把厂商提供的内核源码编译通过,并下载到开发板上,串口会打印很多启动信息,这些启动信息能帮助我们学习内核,自己也可以在内核中打印语句,以了解其流程。

    每一个平台芯片不同,外设不同,内核均不同,需要进行移植。所谓的“移植”,就是找到合适的驱动,修改适应到该平台的过程。比如,某平台使用2个LCD屏,一个是3.5寸的,另一个是4.3寸的,这需要对内核进行修改。比如,这个平台使用nand flash是1GB的,另一个平台使用的是512MB的,也需要修改内核。其它如EEPROM、电源芯片、网卡,等等,均如此。

    内核知识点分2部分,一是kernel本身的知识点,如内存管理机制(MMU)、时间管理、同步机制,等等。二是外设驱动,如LED灯、GPIO、按键。

    初学者建议学习:

    1、了解内核编译的过程:配置内核、编译uImage。

    2、了解platform驱动模型(笔者文章有现成的模板,已经应用于很多个平台上)。

    3、了解一般外设驱动模型。建议从简单的LED、GPIO入门。

     

    高阶知识点:

    1、学习各种子系统,如MTD、USB、IIC、SPI、RTC、WDT。

    2、学习内核知识,如延时队列、时间管理,同步机制,等等。

    以下是笔者笔记关于内核专题的目录:

     

    推荐资源:

    《Linux设备驱动程序》第三版

    《Linux设备驱动开发详解》

    笔者开了一个专栏讲内核的,欢迎阅读:http://blog.csdn.net/column/details/15829.htm

     

    3、rootfs(根文件系统)

     

    一般情况下,开发板厂商会提供根文件系统,如果没有,则可以自己编译制作。一般嵌入式Linux使用busybox制作文件系统必要的程序、库、配置文件。因为busybox编译出来的内容体积小,节省空间,所以很多ARM开发板上都是用busybox的。另外还涉及到文件系统格式,像Yaffs2、ramfs、ext4、UBI,等等。所有这些知识点,请自行搜索学习。

    掌握程度:

    1、知道系统启动过程涉及到哪些脚本。知道上电启动时如何添加自己程序启动。

    2、了解各目录功能、存储哪些文件(如改IP在哪个配置文件,动态库在哪些目录)。

    四、其他知识

    1、电路原理图、datasheet

    作为底层开发人员来说,能看懂硬件原理图和datasheet是必要的一项技能。

    看懂硬件原理图,就可以知道这个系统上有什么器件,哪些器件有什么功能,如何连接(使用什么协议),提供什么接口。有了这些认知后,才会对系统有一个全局整体的认识掌握。对于开发人员来说绝对是有利的。

    看懂datasheet,才能知道如何访问器件,如何操作器件,了解其时序。

    另外,对于嵌入式经常接触到的如I2C协议,SPI协议等等的协议也要掌握。

     

    掌握程度:不需要像硬件专业同学那样学习数电、模电课程。但起码掌握上升沿、下降沿的概念,知道高电平、低电平概念,懂得看I2C协议的时序图。懂得如何找到datasheet中关键信息(寄存器说明、时序图)。

    学习路线:碎片时间多的人,建议在遇到不懂知识点时上网搜索学习。有条件的建议借书或买来学习。

     

    2、英文

    作为开发人员,英文是无涯逾越的坎,因为datasheet还有开发手册,几乎都是英文的。英文资料的特点是长句子多,而技术性术语多。初看英文的资料,可能进展很慢,但只要坚持下去,就会发现,英文手册也就那些术语而已。遇到不懂的术语,就记录下来。积累多了,阅读就慢慢顺畅了。除了术语外,语法难度,远低于高考、四级水平。

    值得说的是,国外原版书籍或手册,用词往往通俗易懂,但翻译成中文后,有的术语不对,有的句子顺序不对。这加大了阅读难度,也是造成技术书籍难懂的原因之一。

    个人经历:在某次旅途火车上,用手机看了一遍ONVIF协议手册,多年后再回看,基本已掌握。但目前ONVIF中文资料还是少。看懂英文资料,无疑有很大帮助。

    某次工作遇到网络问题,中文搜索无果,去各大英文论坛看,无意发现pause frame,继而看ieee802.3标准手册找权威说明,最后解决。这里英文资料帮了很大忙。

     

    3、其它

    其实很有许多其它知识,无法一一列举。

    本文提及的众多知识点,但绝不是在炫耀水平——因为那是笔者工作被逼去了解掌握的。但总而言这,在认清自己专注核心技能外,多掌握一些技能,总归有好处的。

    五、入门路线

    这里以偏重嵌入式Linux(ARM)驱动开发为例,给出一条入门的路线。

    1、买一款使用广泛、资料多的ARM开发板。因为使用的人多,你遇到的问题别人可能早就遇到并解决了,这样能省很多时间,并且提高自信心。可以到某宝上看看板子。因为是学习使用,最好便宜又适用的。

    2、使用vmware安装一个ubuntu系统。在vmware软件中设置物理桥接方式上网。在ubuntu设置好samba服务、nfs服务、tftp服务。

    3、首先自己动手亲自编译u-boot、kernel,烧写到板子上(注:有可能rootfs不提供源码,而是提供img镜像文件)。

    4、自己修改kernel,并编译busybox,烧写到板子,在板子挂载NFS,在虚拟机交叉编译一个Helloworld程序,并在板子上运行。

    5、根据兴趣,开始捣鼓:u-boot、kernel、应用层开发、QT开发。

    5、选择自己重点关注方面,继续研究。

    这个路线不一定要严格遵守时间轴。

    六、补充

    以上这些项,因不同人的基础而异。像硬件专业的同学,数电、模电和电路图已经掌握,就要加强C和Linux系统的学习。反之,计算机软件专业的同学,就要去学习硬件知识。等等。

    对于书籍,有的可能一下子无法理解,那是因为功力不到。有的可能觉得没有用处,那是因为还没有涉及此方面。比如,非计算专业的人看《编译原理》,《操作系统原理》,《计算机体系结构》,肯定是看不懂的,而且初学者也不必要看。又比如,嵌入式有的领域使用到H264编码、MPEG编码,802.11、CDMA,如果不是进入有关行业的,也不必学习。另外网上很多人写的嵌入式入门文章提到0.11内核版本、2.4内核版本的书,还有离散数字、算法导论的书,并不是都适用所有人。 所以大家一定要量体裁衣,有多大胃口吃多少饭,有多大头戴多大帽,根据自己已有的知识和所处的阶段进行选择。

    另外要说明的是,很多知识点是密不可分的,且界线是很模糊的。比如应用层和底层。因为有时出现问题,并不知道具体哪里的问题,这就需要站在比较高的层面(系统视野)看问题,才会快速定位并解决问题。建议以某一方面为核心点,另一方面做了解掌握。如果有能力,最好都学。

    本文所列举的项目条款,根据个人实际情况学习。建议逐步学习,各个击破。理论上知识点学得越多,越有利于看问题深度、广度的提高。

    一般情况下,嵌入式Linux没有速成。但可以达到入门速成,根据个人能力,我认为大约半个月~2个月即可,不过入门后就要不断学习和积累了,——这个积累,需要精力、时间的投入。

    在后续的系列文章中,笔者将介绍嵌入式Linux入门的一些方法和步骤,当然,不会详细到每个命令,每个驱动,只是根据笔者经验来描述,因此,更多的是经验的分享。

    PS:

    本文提到的服务设置这类操作,自行搜索了解。

    本文提到硬件、协议这类知识,自行搜索了解。

    文中提到书籍的机构与笔者无利益关系,不构成购买理由,请自行把控。

    李迟 2017.6.1 周四 (在远方顺祝我家大锤节日快乐,礼物上周已经网购回去了)

     

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  • 介绍了嵌入式Linux系统体系架构,以及每一层开发人员的开发流程。

    1.嵌入式Linux系统体系架构

    一个完整的嵌入式Linux系统体系架构如图,大概可以分为三步:

    • 硬件PCB板设计
    • 底层系统开发
    • 应用开发

    2.硬件PCB设计流程

    • ① 获取所用芯片芯片手册;
    • ② 建立原理图库;
    • ③ 绘制原理图;
    • ④ 建立PCB封装库;
    • 绘制PCB
    • ⑥ 样板焊接测试;
    • ⑦ 交付底层系统开发;

    3.底层系统开发流程

    Linux系统开发是基于之前的PCB板开发的,目的是移植Bootloader、移植内核、编写驱动,目的是为应用开发提供服务,基本流程如下:

    • ① 搭建开发环境(Linux环境、交叉编译工具链、宿主机和目标板之间的连接(JTAG下载器));
    • ② 编写裸机测试程序;
    • ③ 移植适合于该板的Bootloader;
    • ④ 裁剪移植Linux内核;
    • ⑤ 移植根文件系统;
    • 编写所需设备驱动程序
    • ⑦ 交付应用开发;

    4.应用程序开发流程

    Linux应用开发是基于之前的PCB+底层驱动开发的,因为嵌入式Linux应用开发可移植性非常强,所以为了方便起见应用开发都是基于现有开发板的二次开发,开发板厂商会为我们提供适合于开发板的BootLoader,移植好的内核,驱动程序。

    基本流程如下:

    • ① 搭建开发环境(Linux环境、交叉编译工具链、宿主机和目标板之间的连接(NFS、串口、网口));
    • ② 编译烧写BootLoader;
    • ③ 编译烧写内核;
    • ④ 编译烧写根文件系统;
    • 开发应用程序
    • ⑥ 发布产品;
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  • 1、嵌入式Linux开发简介 1.1嵌入式系统 1.2嵌入式操作系统简介 1.2.1嵌入式操作系统的发展 1.2.2几种代表性嵌入式操作系统 1.3嵌入式Linux简介 2、搭建嵌入式Linux开发环境 2.1基本概念 主机系统和目标系统 ...

    目录

    1、嵌入式Linux开发简介

    1.1嵌入式系统

    1.2嵌入式操作系统简介

    1.2.1嵌入式操作系统的发展

    1.2.2几种代表性嵌入式操作系统

    1.3嵌入式Linux简介

    2、搭建嵌入式Linux开发环境

    2.1基本概念

    主机系统和目标系统

    交叉编译

    2.2软件安装及使用

    3、基本的Makefile语法

    3.1最基本的Makefile文件

    3.2MakeFile简介

    3.3Makefile规则


    1、嵌入式Linux开发简介

    1.1嵌入式系统

    嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。因此可以这样理解上述三个面向的含义,即嵌入式系统是与应用紧密结合的,它具有很强的专用性,必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。嵌入式系统一般由以下几部分组成:嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统和特定的应用程序。    

    近年来掀起了嵌入式系统应用热潮。  

          从上面的定义,可以看出嵌入式系统的几个重要特征:

    1. 系统内核小。
    2. 专用性强。
    3. 系统精简。
    4. 高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。
    5. 嵌入式软件开发要想走向标准化,就必须使用多任务的操作系统。
    6. 嵌入式系统开发需要开发工具和环境。  

    1.2嵌入式操作系统简介

    EOS是相对于一般操作系统而言的,它除具备了一般操作系统最基本的功能,如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外,还有以下特点:

    • 可装卸性。
    • 强实时性。
    • 统一的接口。
    • 操作方便、简单、提供友好的图形GUI,图形界面,追求易学易用
    • 提供强大的网络功能,
    • 强稳定性,弱交互性。
    • 固化代码。
    • 更好的硬件适应性,也就是良好的移植性。

    1.2.1嵌入式操作系统的发展

    嵌入式操作系统伴随着嵌入式系统的发展经历了四个比较明显的阶段

    第一阶段:无操作系统的嵌入算法阶段

    第二阶段:以嵌人式CPU为基础、简单操作系统为核心的嵌入式系统

    第三阶段:通用的嵌人式实时操作系统阶段

    第四阶段:以基于Intemet为标志的嵌入式系统

    1.2.2几种代表性嵌入式操作系统

    常见的嵌入式系统有:Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive。

    1.3嵌入式Linux简介

    伴随着Linux的快速成长,嵌入Linux在近两年也发展迅速,与传统商业性操作系统象Vxworks、Psos等相比,嵌入Linux没有昂贵的版权费,而且完全开放源代码,在Internet上有着丰富的开发资源,支持众多CPU架构象PPC、COLDFIRE、ARM、X86、MIPS,这些有点吸引了众多的商家投入Linux的怀抱。          

    与Vxworks等典型嵌入操作系统相比,实时性是Linux的弱项,因此一些公司对Linux进行了二次包装,以提高嵌入linux的实时性,比较优秀的嵌入Linux有Montavista公司的Hardhat Linux,还有RTLinux、Bluecat Linux等。  

    嵌入Linux的移植开发是一项很有趣的工作,在开发的过程中会感受到Linux强大的吸引力。          

    嵌入linux开发我们暂且把它分为四个大部分:硬件系统、bootloader、linux kernel和应用程序,它们的关系如下图: 

    按照这个图来说,我们的开发包括以下一些步骤 设计自己的硬件系统 编写BootLoader 裁减自己的linux内核 开发应用程序

    2、搭建嵌入式Linux开发环境

    2.1基本概念

    主机系统和目标系统

    主机系统就是我们一般用的计算机或者工作站,用来编写和编译代码;目标系统就是嵌入开发系统中的硬件板。在主机开发好的目标执行代码通过网络接口、USB或者串口烧写到目标系统中的永久记忆体(通常是flash),目标系统执行这些代码。模型如下图所示:

    主机系统的要求:

    一般的PC都可以进行嵌入式Linux开发,两个必要的条件是:9针RS-232串口和网络接口。其实串口不一定需要,如果没有串口,可以使用USB——串口转换器。

    目标系统的要求: 目标系统就是我们的开发板。该系列文档适用于S3C2440开发板。市场上的S3C2440开发板的原理图、硬件配置等基本相同,在细节上可能存在一些差异,理解了代码后稍作修改即可。         

    交叉编译

    伴随着以计算机技术、通讯技术为主的信息技术的飞速发展和互联网的广泛应用,3C(Computer、Communication、ConsumerElectronic)合一将成为必然趋势。信息家电,手持设备,移动设备等嵌入式产品的迅速发展,使得嵌入式软件开发再度成为一个研究热点。 由于嵌入式设备的性能局限,往往不能通过本机编译得到所需软件的可执行程序。因此,以Linux为主机操作系统,搭配一个交叉编译系统,为嵌入式设备生成可执行程序已成为现在日益流行的编译嵌入式软件的解决方案。而开放源码的编译器GCC,经过多年的发展,已能支持几乎所有知名厂商的处理器,是嵌入式软件开发中理想的交叉编译器。

    交叉编译环境,用于编译目标系统可执行的代码。之所以要交叉编译环境,是因为我们用的PC CPU的架构为X86,目标系统为ARM架构的,所以要有一个编译器,链接器用于将C语言的代码编译为ARM系统可识别的目标代码。           要编译出运行在ARM平台上的代码,所使用的交叉编译器为 arm-linux-gcc;交叉连接器为arm-linux-ld;arm-linux-objcopy用于将一个目标文件的内容复制到另一个文件中,可以进行格式转换,例如可将ELF格式的可执行文件转换为二进制文件;arm-linux-objdump可用于显示二进制文件信息。

    2.2软件安装及使用

    • ADS1.2 集成开发环境的使用。一般用于裸板开发,现在基本不用这个工具,主要使用DS-5,更多的是直接使用gcc进行开发。此外,对于比较高级的ARM CPU一般都会移植大型系统(比如Linux,Android等),很少进行裸板开发了。
    • arm-linux-gcc

    3、基本的Makefile语法

    3.1最基本的Makefile文件

    helloworld:file1.o file2.o //helloworld依赖file1.o file2.o两个目标文件     

    gcc file1.o file2.o -o helloworld //编译出helloworld可执行文件。-o表示你指定的目标文件名 。

     

    file1.o:file1.c file2.h //依赖file1.c文件     

    gcc -c file1.c -o file1.o //编译出file1.o文件。-c表示gcc 只把给它的文件编译成目标文件,用源码文件的文件名命名

     

    file2.o:file2.c file2.h   

    gcc -c file2.c -o file2.o

     

    clean: //当用户键入make clean命令时,会删除*.o 和helloworld文件

    rm -rf *.o helloworld 将上述文件存为Makefile,然直接执行make命令即可编译程序,执行make clean即可清除编译出来的结果。

    3.2MakeFile简介

    无论是在Linux还是在Unix环境中,make都是一个非常重要的编译命令。不管是自己进行项目开发还是安装应用软件,我们都经常要用到 make、make install。利用make工具,我们可以将大型的开发项目分解成为多个更易于管理的模块,对于一个包括几百个源文件的应用程序,使用make和makefile工具就可以简洁明快地理顺各个源文件之间纷繁复杂的相互关系。而且如此多的源文件,如果每次都要键入gcc命令进行编译的话,那简直就是一场灾难。而make工具则可自动完成编译工作,并且可以只对程序员在上次编译后修改过的部分进行编译。因此,有效的利用make和makefile工具可以大大提高项目开发的效率。

     makefile关系到了整个工程的编译规则。一个工程中的源文件不计数,其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中,makefile定义了一系列的规则来指定,哪些文件需要先编译,哪些文件需要后编译,哪些文件需要重新编译,甚至于进行更复杂的功能操作,因为makefile就像一个Shell脚本一样,其中也可以执行操作系统的命令。

     makefile带来的好处就是——“自动化编译”,一旦写好,只需要一个make命令,整个工程完全自动编译,极大的提高了软件开发的效率。make是一个命令工具,是一个解释makefile中指令的命令工具,一般来说,大多数的IDE都有这个命令,比如:Delphi的make,Visual C++的nmake,Linux下GNU的make。可见,makefile都成为了一种在工程方面的编译方法。在Linux中, GNU make工具在当前工作目录中按照GNUmakefile、makefile、Makefile的顺序搜索makefile文件。

    3.3Makefile规则

    make程序基于文件之间的依赖性,需要建立的目标文件,以及建立目标文件时要执行的命令,以上所有被称为规则,存放在文件makefile中。定制规则的语法如下:

    目标列表 : 关联性列表

    <TAB>命令列表

    注意:

    1.可以在关联性列表和命令列表中使用shell文件名模式匹配字符,例如?、*、[]等等。

    2.如果目标的命令列表中某个命令前面带有@,那么当make程序执行时,该命令是不会有反应的,在程序运行完毕之后,所有前面带@的命令按照反序执行。可以通过执行make -n命令显示这些命令以供查看。

    3.如果目标的命令列表中某个命令前面带有-,说明如果该命令执行有误,会跳过该命令并继续执行。

    make程序使用makefile中的规则决定程序中需要重新编译的文件,并再次链接生成可执行代码。如果源文件上修改的时间戳比目标文件上的时间戳更新,那么make重新编译build中包含的源文件。例如,如果修改了一个.h头文件,make程序就会重新编译所有包含该头文件的源文件,前提是头文件在这些源文件的目标文件的关联性列表中;再如某.c源文件被修改,那么该源文件被重新编译,生成对应的新的目标文件。

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