嵌入式Linux底層系統(tǒng)怎么學(xué)？

嵌入式人生17

嵌入式Linux底層系統(tǒng)怎么學(xué)？

很多初學(xué)者會問，嵌入式Linux怎么學(xué)？下面就來討論討論這個問題。

嵌入式Linux可以分為兩部分：底層系統(tǒng)、應(yīng)用開發(fā)。

對于應(yīng)用開發(fā) ： C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、JAVA什么的需學(xué)好。嵌入式應(yīng)用開發(fā)和PC上的應(yīng)用開發(fā)并沒有什么特別要注意的。也許你說在嵌入式上要做些優(yōu)化，是的，要優(yōu)化，但是未經(jīng)優(yōu)化的程序和PC上的程序開發(fā)沒什么差別。另外，當(dāng)你有能力去優(yōu)化時，你已經(jīng)不用來問這個問題了。具體到某個例子，比如說開發(fā)界面，在PC上我們用VC；在嵌入式Linux里也許我們用QT也用Android，這個時候你應(yīng)該去學(xué)學(xué)QT、Android的編程。但是基礎(chǔ)還是C或JAVA，在此基礎(chǔ)上去熟悉它們的接口。你學(xué)過VC的話，也是要花時間去了解那些類、控件的。

如果你想學(xué)習(xí)底層系統(tǒng)，這是我的專長，倒是可以說一點。

在回答這個問題之前，我先回答：不少人問我，到底是學(xué)驅(qū)動還是學(xué)應(yīng)用？ 我只能說憑興趣，并且驅(qū)動和應(yīng)用并不是截然分開的。

1. 我們說的驅(qū)動，其實并不局限于硬件的操作，還有操作系統(tǒng)的原理、進程的休眠喚醒調(diào)度等概念。想寫出一個好的應(yīng)用，想比較好的解決應(yīng)用碰到的問題，這些知識你應(yīng)該懂

2. 做應(yīng)用門檻低，特別是現(xiàn)在的ANDROID，純JAVA。做應(yīng)用的發(fā)展路徑個人認為就是業(yè)務(wù)純熟。比如在通信行業(yè)、IPTV行業(yè)、手機行業(yè)，你了解行業(yè)的需求。所以，當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)的人，多是做應(yīng)用的。

3. 做驅(qū)動，其實我不想稱為“做驅(qū)動”，而是想稱為“做底層系統(tǒng)”，做好了這是通殺各行業(yè)。我工作幾年，做過手機、IPTV、會議電視，但是這些產(chǎn)品對我毫無差別，因為我只做底層。他們的業(yè)務(wù)跟我沒關(guān)系。當(dāng)應(yīng)用出現(xiàn)問題，他們解決不了時，我就會從內(nèi)核角度給他們出主意，給他們提供工具。做底層的發(fā)展方向，個人認為是技術(shù)專家。

4. 其實，做底層還是做應(yīng)用，之間并沒有一個界線，有底層經(jīng)驗，再去做應(yīng)用，你會感覺很踏實。有了業(yè)務(wù)經(jīng)驗，你再了解一下底層，很快就可以組成一個團隊。

回到怎么學(xué)的問題上。嵌入式Linux底層系統(tǒng)包含哪些東西？不要急，舉一個例子你就知道了。

1. 電腦一開機，那些界面是誰顯示的？是BIOS，它做什么？一些自檢，然后從硬盤上讀入windows，并啟動它。類似的，這個BIOS對應(yīng)于嵌入式Linux里的bootloader。這個bootloader要去Flash上讀入Linux內(nèi)核，并啟動它。

2. 啟動windows的目的是什么？當(dāng)然是上網(wǎng)聊天什么的了。這些上網(wǎng)、聊天工具在哪？在C盤、D盤上。所以, windows要先識別出C盤、D盤。在Linux下我們稱為根文件系統(tǒng)。

  
3. windows能識別出C盤、D盤，那么肯定能讀寫硬盤才行。這涉及的東西稱為驅(qū)動程序。當(dāng)然不僅僅是硬盤，還有網(wǎng)卡、USB等等。嵌入式Linux能從Flash上讀出并執(zhí)行應(yīng)用程序，肯定也得有Flash的驅(qū)動程序啊，當(dāng)然也不僅僅是Flash。

先說到這里吧，嵌入式LINUX里含有bootloader, 內(nèi)核, 驅(qū)動程序、根文件系統(tǒng)這4大塊。

一、bootloader

它就是一個稍微復(fù)雜的裸板程序。但是要把這裸板程序看懂寫好一點都不容易。Windows下好用的工具弱化了我們的編程能力。

很多人一玩嵌入式就用ADS、KEIL。你能回答這幾個問題嗎？

1. 一上電，CPU從哪里取指令執(zhí)行？

答：一般從Flash上指令。

2. 但是Flash一般是只能讀不能直接寫的，如果我用到全局變量，這些全局變量在哪里？

答：全局變量應(yīng)該在內(nèi)存里

3. 那么誰把全局變量放到內(nèi)存里去？

答：長期用ADS、KEIL的朋友，你能回答嗎？這需要"重定位"。在ADS或KEIL里，重定位的代碼是制作這些工具的公司幫你寫好了。
你可曾去閱讀過？

4. 內(nèi)存那么大，我怎么知道把"原來存在Flash上的內(nèi)容"讀到內(nèi)存的"哪個地址去"？

答：這個地址用"鏈接腳本"決定，在ADS里有scatter文件，KEIL里也有類似的文件。但是，你去研究過嗎？

5. 你說重定位是把程序從Flash復(fù)制到內(nèi)存，那么這個程序可以讀Flash啊？
答：是的，要能操作Flash。當(dāng)然不僅僅是這些，還有設(shè)置時鐘讓系統(tǒng)運行得更快等等。

先自問自答到這里吧，bootloader這一個裸板程序，其實有3部分要點：

1. 對硬件的操作

2. 對ARM體系處理器的了解

3. 程序的基本概念：重定位、棧、代碼段數(shù)據(jù)段BSS段什么的。

對硬件的操作，需要看原理圖、芯片手冊。這需要一定的硬件知識，不求你能設(shè)計硬件，但是至少能看懂; 不求能看懂模擬電路， 但是要能看懂?dāng)?shù)字電路。這方面的能力我是在學(xué)校里學(xué)到的，微機原理、數(shù)字電路這2本書(書名忘了)就足夠了。但是我懷疑你有無耐心把這2本書看完。我不知道現(xiàn)在有沒有更快捷的書。想速成的話，就先放掉這塊吧，不懂就問GOOGLE、發(fā)貼。

另外，芯片手冊是肯定要讀的，別去找中文的，就看英文的。開始是非常痛苦，以后就會發(fā)現(xiàn)那些語法、詞匯一旦熟悉后， 讀任何芯片手冊都很容易。

對ARM體系處理器的了解, 看杜春蕾的體系架構(gòu)與編程>吧，里面講有匯編指令，有異常模式、MMU等。也就這3塊內(nèi)容需要你了解。

程序的基本概念，王道當(dāng)然是去看編譯原理了。可惜，這類書絕對是天書級別的。勸你若非超級天才還是別去看了。就看我寫的<嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊>和第1期視頻吧，別擔(dān)心，不用花錢。照著視頻把硬件相關(guān)的實驗做了，這些概念就清楚了。我還沒有發(fā)現(xiàn)第2套講這些概念的書或視頻，允許我盲目吹噓一回。

對于bootloader，我學(xué)習(xí)時是先看了體系架構(gòu)與編程>，然后自己寫程序把各個硬件的實驗都做了一遍，比如GPIO、時鐘、 SDRAM、UART、NAND。把它們都弄清楚了，組臺在一起就很容易看懂u-boot了 。

總結(jié)一下，看懂硬件原理圖、看芯片手冊，這需要你自己去找資料。剩下的，就按<嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊>和第1期視頻的章 節(jié)目錄去學(xué)習(xí)吧。

二、內(nèi)核

想速成的人，先跨過內(nèi)核的學(xué)習(xí)，直接學(xué)習(xí)怎么寫驅(qū)動。

想成為高手，內(nèi)核必須深刻了解。注意，我說的是了解，我沒奢望去寫出一個內(nèi)核。

  
要對里面的調(diào)度機制、內(nèi)存管理機制、文件管理機制等等有所了解。

推薦兩本書：

1. 通讀內(nèi)核完全注釋>,請看薄的那本(浮燥的社會講求速度）

2. 選讀內(nèi)核情景分析>, 想了解哪一塊就讀哪一節(jié)

三、驅(qū)動

驅(qū)動包含兩部分：硬件本身的操作、驅(qū)動程序的框架。

又是硬件，還是要看得懂原理圖、讀得懂芯片手冊，多練吧。

說到驅(qū)動框架，有一些書介紹一下。LDD3,即設(shè)備驅(qū)動>，老外寫的那本，里面介紹了不少概念，值得一讀。但是，它的作用 也就限于介紹概念了。我基本上是入門之前用它來熟悉一下概念，入門后就扔掉了。

驅(qū)動方面比較全的介紹，應(yīng)該是宋寶華的設(shè)備驅(qū)動開發(fā)詳解>了，老實說我只看過目錄，有不少人說好，這里推薦一下。

四、根文件系統(tǒng)

大家有沒有想過這2個問題：

1. 對于Linux做出來的產(chǎn)品，有些用作監(jiān)控、有些做手機、有些做平板。那么內(nèi)核啟動后，掛載根文件系統(tǒng)后，應(yīng)該啟動哪一個應(yīng)用程序呢？

答：內(nèi)核不知道也不管應(yīng)該啟動哪一個用戶程序。它只啟動init這一個應(yīng)用程序，它對應(yīng)/sbin/init。

顯然，這個應(yīng)用程序就要讀取配置文件，根據(jù)配置文件去啟動用戶程序(監(jiān)控、手冊界面、平板界面等等，這個問題提示我們，文件系統(tǒng)的內(nèi)容是有一些約定的，比如要有/sbin/init，要有配置文件 。

2. 你寫的hello,world程序，有沒有想過里面用到的printf是誰實現(xiàn)的？

答：這個函數(shù)不是你實現(xiàn)的，是庫函數(shù)實現(xiàn)的。它運行時，得找到庫。

這個問題提示我們，文件系統(tǒng)里還要有庫。

簡單的自問自答到這里，要想深入了解，可以看一下busybox的init.c，就可以知道init進程做的事情了。

當(dāng)然，也可以看<嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊>里構(gòu)建根文件系統(tǒng)那章。

我的學(xué)習(xí)經(jīng)歷

1. 我在學(xué)校時讀的是物理電子專業(yè)，其實課程里沒有教怎么設(shè)計電路，只是教了些電子電路方面的知識。PCB的設(shè)計是在實驗室里自學(xué)的，只設(shè)計過2層板，現(xiàn)在忘記得差不多了。但是保留了看原理圖、看芯片手冊的能力。

2. 選修了軟件學(xué)位，對軟件設(shè)計挺感興趣，但是也只是學(xué)了C語言、數(shù)據(jù)庫而已。憑著興趣做了不少競賽題。沒能力去參加競賽，但是把C語言練得很扎實。

3. 在實驗室、在第1家公司，就是設(shè)計些簡單的PCI卡，寫一下windows的驅(qū)動程序

4. 在第2家公司，用51單片機做車載電話，開始走上純軟件的道路。

5. 開始感到單片機的不足，辭職半年閉門學(xué)Linux，從red hat怎么操作開始。步驟就是先看體系架構(gòu)與編程>，再自己寫裸板程序操作硬件，接著到分析u-boot。同時看內(nèi)核完全注釋>，對LINUX框架有所了解。

在寫裸板時，建議各位加強對中斷的理解，內(nèi)核就是用中斷來完成各種功能的。

6. 分析完u-boot，就開始進行簡單的驅(qū)動編程了，這時候，能力還很弱。

7. 開始去中興上班，工作2年，編寫各類驅(qū)動、解決各類問題(驅(qū)動問題、幫助定位應(yīng)用問題)，能力得到煅煉。