我也是剛剛接觸嵌入式Linux開發(fā)，感覺這門技術相對而言需要軟件知識（操作系統(tǒng)、C編程）比硬件知識更多些。所以這幾個星期來，作為一個自動化專業(yè)的學生，我深深感覺到自己軟件知識的匱乏。但畢設又不能不按時完成，為了更快掌握嵌入式開發(fā)的知識，同時記錄下自己學習的歷程，我把讀過的這本書摘要記錄下來。一方面便于自己對知識的整理回顧，另一方面也方便和大家學習交流。

這本書由孫天澤、袁文菊、張海峰編著。雖稱不上經(jīng)典，但電子工業(yè)出版社（我最信賴的出版社）的字號擺在那。而且，我把這份筆記貼出來，并不是想以一個老鳥的身份現(xiàn)身說法，而是希望和大家創(chuàng)造一個寫讀書筆記的氛圍，對初學者（包括我自己）的入門以及大家選擇圖書有所幫助。

《嵌入式設計及Linux驅動開發(fā)指南--基于ARM9處理器》

讀書筆記

第一章嵌入式系統(tǒng)基礎

1、 嵌入式系統(tǒng)定義：

"嵌入式系統(tǒng)是用來控制或者監(jiān)視機器、裝置、工廠等大規(guī)模系統(tǒng)的設備。"

--電氣工程師協(xié)會

　 "嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)"

--北京航空航天大學何立民教授

　 "嵌入性"、"專用性"與"計算機系統(tǒng)"是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。

2、 嵌入式操作系統(tǒng)：

硬實時系統(tǒng)有一個剛性的、不可改變的時間限制，它不允許任何超出時限的錯誤超時錯誤會帶來損害甚至導致系統(tǒng)失敗、或者導致系統(tǒng)不能實現(xiàn)它的預期目標。

軟實時系統(tǒng)的時限是柔性靈活的，它可以容忍偶然的超時錯誤。失敗造成的后果并不嚴重，僅僅是輕微地降低了系統(tǒng)的吞吐量。

我們可以認為至少嵌入式系統(tǒng)都是軟實時系統(tǒng)，所有的嵌入式系統(tǒng)都是實時系統(tǒng)，但并不是所有的實時系統(tǒng)都是嵌入式系統(tǒng)。

常用的嵌入式操作系統(tǒng)有：Linux, uC/OS, Windows CE, VxWorks, Palm OS, QNX等。

3、 選擇Embedded OS的原則：

* 系統(tǒng)成本；

* 市場進入時間及技術支持；

* 可移植性；

* 可利用資源；

* 系統(tǒng)定制能力。

第二章 基于ARM9處理器的硬件開發(fā)平臺

1、 ARM的歷史：

ARM(Advanced RISC Machine)公司于1990年11月在英國劍橋成立。

1991年，ARM推出第一個嵌入式RISC核心--ARM6系列處理器，VLSI、夏普、GEC Plessey、德州儀器、Cirrus Logic等公司相繼同ARM公司簽署了授權協(xié)議。

1998年4月，ARM在倫敦證券交易所和納斯達克交易所上市。

ARM中國安謀咨詢上海有限公司于2002年7月在中國上海成立。

目前基于ARM核的處理器有以下幾類：

* ARM7家族；

* ARM9家族；

* ARM9E家族；

* ARM10E家族；

* ARM11家族；

* SecurCore家族；

* OptimoDE數(shù)據(jù)引擎內核；

* MPCore多處理器家族；

* Intel公司的StrongARM/XScale。

　　2、ARM7和ARM9處理器的主要區(qū)別：

　 指令流水線：

ARM7：三級，（取指令，譯碼，執(zhí)行）；

ARM9：五級，（取指，譯碼，執(zhí)行，緩沖/數(shù)據(jù)，回寫）。

3、三星S3C2410X處理器：

基于ARM920T核（由ARM9TDMI、存儲管理單元MMU和高速緩存三部分組成），片上資源包括：

* 1個LCD控制器（支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏）；

* SDRAM控制器；

* 3個通道的UART;

* 4個通道的DMA;

* 4個具有PWM功能的計時器和1個內部時鐘；

* 8通道的10位ADC;

* 觸摸屏接口；

* I2S總線接口；

* 2個USB主機接口，1個USB設備接口；

* 2個SPI接口；

* SD接口和MMC卡接口；

* 看門狗計數(shù)器；

* 117位通用I/O口和24位外部中斷源；

第三章 調試嵌入式系統(tǒng)程序

1、 嵌入式系統(tǒng)調試方法：

1） 實時在線仿真（In-Circuit Emulator, ICE）

* 優(yōu)點：功能非常強大，軟硬件均可做到完全實時在線調試。

* 缺點：價格昂貴。

2） 模擬調試

* 優(yōu)點：簡單方便，不需要目標板，成本低。

* 缺點：功能非常有限，無法實時調試。

3） 軟件調試

* 優(yōu)點：純軟件，價格較低，簡單，軟件調試能力較強。

* 缺點：需要事先燒制監(jiān)控程序（Monitor）（往往需多次實驗才能成功）且目標板工作正常，功能有限，特別是硬件調試能力較差。

4） JTAG調試

* 優(yōu)點：方便、簡單，無需制作Monitor，軟硬件均可調適。

* 缺點：需要工作基本正常（至少CPU工作正常）的目標板，僅適用于有調試接口的芯片。

2、 ARM仿真器工作原理：

利用高速JTAG(Joint Test Action Group)串行掃描鏈，通過調試通信通道（Debug Communication Channel, DCC）連接ARM核心內嵌的名為"Embedded-ICE"的調試邏輯，調試邏輯實時監(jiān)測ARM核心的寄存器、數(shù)據(jù)總線和地址總線。調試器設置Breakpoint及Watchpoint后，程序在ARM內核全速運行，調試程序實時監(jiān)測地址與數(shù)據(jù)總線并與預設值比較，在吻合時產(chǎn)生異常中斷通知內核并把控制權交給調試器。這樣，在程序全速運行時，可以在斷點處停止，可以設置條件斷點、條件觀測斷點等，而又不占用CPU時間及內存資源。

3、 JTAG接口：

1985年制定的檢測PCB和IC的一個標準，1990年被修改后成為IEEE的一個標準，及IEEE1149.1-1990。通過這個標準，可對具有JTAG接口芯片的電路進行邊界掃描和故障檢測。

第四章 創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

1、交叉編譯步驟：

（1） 創(chuàng)建編譯環(huán)境。在這個過程中，將設置一些環(huán)境變量，創(chuàng)建安裝目錄，安裝內核源代碼和頭文件等。

（2） 創(chuàng)建binutils。這個過程結束后，會創(chuàng)建類似arm-linux-ld等工具。

　　Binutils是一組開發(fā)工具，包括鏈接器、匯編器以及其他用于目標文件和檔案的工具

　　首先要安裝的軟件包使binutils。這非常重要，因為glibc和gcc會針對可用的連接器和匯編器進行多種測試，以決定打開某些特性。

　　

（3） 創(chuàng)建一個交叉編譯版本的gcc。注意：在這個過程中只能編譯C程序，而不能編譯C++程序。

　　創(chuàng)建交叉編譯版本的gcc，需要交叉編譯版本的glibc及其頭文件，而交叉編譯版本的glibc是通過交叉編譯版本的gcc創(chuàng)建的。面對這個先有雞還是先有蛋的問題，解決辦法是先只編譯對C語言的支持，并禁止支持線程。

（4） 創(chuàng)建一個交叉編譯版本的glibc。這里最容易出現(xiàn)問題。

glibc是一個提供系統(tǒng)調用和基本函數(shù)的C語言庫，比如open,malloc和printf等，所有動態(tài)鏈接的程序都要用到它。創(chuàng)建glibc需要的時間更長。

（5） 創(chuàng)建一個交叉編譯版本的gdb。在這個過程結束后，會創(chuàng)建ARM-Linux-gdb。

（6） 重新創(chuàng)建gcc。前面創(chuàng)建gcc的過程沒有編譯C++編譯器，現(xiàn)在glibc已經(jīng)準備好了，所以這個步驟將完善gcc的交叉編譯。

（7） 重新創(chuàng)建glibc。如果成功執(zhí)行了這個過程，那么你就擁有了一套屬于自己的交叉編譯工具鏈。

2、如果在交叉編譯過程中出現(xiàn)錯誤，那么請檢查：

* 版本選擇是否正確，以及是否安裝了相應的補丁；

* 庫文件路徑是否正確；

* 系統(tǒng)環(huán)境變量是否設置正確。

第五章 Bootloader

1、 Bootloader（引導加載程序）是系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼。一般它只在系統(tǒng)啟動時運行非常短的一段時間，但對于嵌入式系統(tǒng)來說，這是一個非常重要的系統(tǒng)組成部分。

2、 嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通常可以分成4個層次：

（1） 引導加載程序。包括固化在固件（Firmware）中的啟動代碼（可選）和Bootloader兩大部分。

（2） 內核。特定于嵌入式板子的定制內核以及控制內核引導系統(tǒng)的參數(shù)。

（3） 文件系統(tǒng)。包括根文件系統(tǒng)和建立于Flash內存設備之上的文件系統(tǒng)。通常用Ramdisk作為根文件系統(tǒng)。它是提供管理系統(tǒng)的各種配置文件以及系統(tǒng)執(zhí)行用戶應用程序的良好的運行環(huán)境的載體。

（4） 用戶應用程序。特定于用戶的應用程序。有時在用戶應用程序和內核層之間可能還會包括一個嵌入式圖形用戶界面。

3、 Bootloader包含兩種不同的操作模式：

1） 啟動加載(Bootloading)模式；

2） 下載(Downloading)模式。

4、 Bootloader的啟動流程：

第一階段：主要包含依賴于CPU的體系結構硬件初始化的代碼，通常都用匯編實現(xiàn)。這個階段的任務有：

* 基本的硬件設備初始化（屏蔽所有的中斷、關閉處理器內部指令/數(shù)據(jù)Cache等）

* 為第二階段準備RAM空間

* 如果是從某個固態(tài)存儲媒質中，則復制Bootloader的第二段代碼到RAM

* 設置堆棧

* 跳轉到第二階段的程序入口點

第二階段：通常用C語言完成，以便實現(xiàn)更復雜的功能，也使程序有更好的可讀性和可移植性。這個階段的任務有：

* 初始化本階段要使用到的硬件設備

* 檢測系統(tǒng)內存映射

* 將內核映像和根文件系統(tǒng)映像從FLASH讀到RAM

* 為內核設置啟動參數(shù)

* 調用內核

5、 常用U-Boot命令：

命令名

功能

help / ?

幫助命令。用于查詢U-Boot支持的命令并列出簡單說明，和"？"是同一個命令

bdinfo

察看目標系統(tǒng)參數(shù)和變量、目標板的硬件配置、各種變量參數(shù)

setenv

設置環(huán)境變量。比較常用的有：

setenv ipaddr *.*.*.*

setenv severip *.*.*.*

setenv gatewayip *.*.*.*

setenv ethaddr *.*.*.*.*.*

printenv

查看環(huán)境變量

saveenv

保存設置的環(huán)境變量到Flash

mw

寫內存

md

察看內存

mm

修改內存

flinfo

察看Flash的信息

erase [起始地址 結束地址]

搽除Flash內容，必須以扇區(qū)為單位進行搽除

cp [源地址 目標地址 大小]

內存復制，可以在Flash和ram中交換數(shù)據(jù)

imi [起始地址]

察看內核映像文件

bootm [起始地址]

從某個地址啟動內核

tftpboot [起始地址 鏡像名]

通過ftp從主機系統(tǒng)下載內核映像文件

reset

復位

第六章 Linux系統(tǒng)在ARM平臺的移植

1、 使某一個平臺的代碼運行在其它平臺上的過程就叫做移植。

2、 Linux內核結構：

* /arch包含了所有硬件結構特定的內核代碼。

Linux系統(tǒng)能支持如此多平臺的部分原因是因為內河把原程序代碼清晰的劃分為體系結構無關部分和體系結構相關部分。對于任何平臺，都必須包含以下幾個目錄：

* boot：包括啟動內核所使用的部分或全部平臺特有代碼。

* kernel：存放支持體系結構特有的（如信號處理和SMP）特征的實現(xiàn)。

* lib：存放高速體系結構特有的（如strlen和memcpy）同用函數(shù)的實現(xiàn)。

* mm：存放體系結構特有的內存管理程序的實現(xiàn)。

* math-emu：模擬FPU的代碼。對于ARM處理器來說，此目錄用mach-xxx代替。

顯然，移植工作的重點就是移植arch目錄下的文件。

* /drivers包含了內核中所有的設備驅動程序。

* /fs包含了所有的文件系統(tǒng)的代碼。

* /include包含了建立內核代碼時所需的大部分庫文件，這個模塊利用其他模塊重建內核。該目錄也包含了不同平臺需要的庫文件。比如，asm-arm是arm平臺需要的庫文件。

* /init包含了內核的初始化代碼，內核從此處工作。

不是系統(tǒng)的引導代碼，由main.c和version.c兩個文件。這是研究核心如何工作的好起點。

* /ipc包含了進程間通信代碼。

* /kernel包含了主內核代碼。

* /mm包含了所有內存管理代碼。

* /net包含了和網(wǎng)絡相關的代碼。

3、 在移植過程中，定時器、中斷、CACHE管理、MMU等和硬件密切相關的地方都是要相關平臺的底層代碼支持的，要特別注意。

4、 編譯內核：

1） 配置內核

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-Linux- menuconfig

2） 創(chuàng)建內核依賴關系

make dep

3） 創(chuàng)建內核鏡像文件

make zImage

4） 創(chuàng)建內核模塊

make modules