超經典！工程師嵌入式Linux自學筆記及體會
發布時間：2016-1-28 09:59
發布者：designapp
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針對初學嵌入式的廣大朋友們，以下是我在初學接觸嵌入式的過程中整理處的一些資料信息，希望能為大家有所幫助。 一個典型的桌面 Linux 系統包括 3 個主要的軟件層---linux 內核、C 庫和應用程序代碼。 內核是唯一可以完全控制硬件的層，內核驅動程序代表應用程序與硬件之間進行會話。內核之上是 C 庫，負責把 POSIX API 轉換為內核可以識別的形式，然后調用內核，從應用程序向內核傳遞參數。應用程序依靠驅動內核來完成特定的任務。 在設計嵌入式應用的時候，可以不按照這種層次，應用程序越過 C 庫直接和內核會話，或者把應用和內核捆綁在一起，甚至可以把應用寫為內核的一個線程，在內核中運行，雖然這樣在移植上帶來了困難，但考慮嵌入式系統對尺寸要求小的特點，是完全可行的。不過我們使用三層軟件結構的模式來學習嵌入式 linux將會是我們認識更清晰，簡單可行并使應用具有彈性。 快速入門 最簡單的建立嵌入式 Linux 應用的方法就是從我們使用的桌面 Linux 入手，安裝一個喜愛的版本，把我們的某個應用作為初始化的一部分，框架就算完成了。 當然，嵌入式 linux 應用遠比我們的桌面版本功能簡單專一，它也許就是一個用于足彩的終端機，或是一個數碼音頻播放器，這些系統除了使用嵌入式 CPU外，僅僅再需要一個串口，網口等少量的輸入輸出接口就可以完成它們特定的應用了。 在軟件上，它可以按照三層的概念由內核裝載器，定制的內核和較少的為特定任務設計的靜態連接的應用程序組成。之所以使用靜態連接的應用程序，是因為少量的靜態連接程序所要的存儲空間，比同樣數量的動態連接的程序所占的空間小，這個平衡點需要我們在實際開發中去獲取。也許你正在設計的是個 PDA，它的應用程序較多，那么你很可能就要使用動態連接程序來減少存儲空間。在你的/bin 或者/sbin 目錄下，用廠列表看看 bash，ifconfig，vi...，也許只用幾十K，當你運行 ldd /bin/bash 時，你會看到它們都和好幾個庫文件相連。好了，這樣看來，我們得把 PC 想像成一個嵌入式硬件平臺，再重新制作一個特定功能的嵌入式 linux。 基礎知識 再進行實際操作之前，先來搞清楚幾個基礎知識。 內核裝載器 Loader，它的作用是把內核從外部存儲器，移動到內存中。它只作這個事情，一旦完成了調入內核的工作，Loader 就跳轉到內核位置開始執行。不同架構有不同的 Loader，在 x86 結構的 PC 上，通常使用的 loader 有LILO，GRUB，syslinux，syslinux 在嵌入式 linux 中也同樣工作。其他非 x86 架構的應用中，你必須使用專門的 loader，或者自己編寫 loader 來裝入內核。也有不使用 loader 的情況，系統加電以后，內核直接從燒錄有映象的 Flash 上開始執行。 內核，一旦內核開始執行，它將通過驅動程序初始化所有硬件，這可以從我們的 pc 機監視器的輸出看出來，每個驅動程序都打印一些有關它的信息。初始化完成后，計算機就準備運行嵌入式應用。也許一個，也許是多個應用程序組成了嵌入式應用，但通常首先調用的是 init(通過 loader 向核心傳入init=/program 可以定制首先運行的程序)。桌面 linux 中，init 會讀取/etc/inittab 文件，來決定執行級別和哪些腳本和命令。嵌入式應用中，可以根據實際的情況決定是否使用標準的 init 執行方式，也許這個 init 是個靜態程序，它能夠完成我們的嵌入應用的特定任務，那完全不用考慮 inittab 了。 initrd 文件系統，initrd 以一種把內核從存儲介質裝入到內存的相同的機制來裝入一個小型文件系統。這個文件系統最好是以壓縮的方式存儲在介質上的，解壓縮到 RAM 盤上。通過使用 initrd，包含有核心驅動和啟動腳本的小文件系統，就可以直接從介質上和內核一起啟動起來，內核屆壓縮這個文件系統，并執行這個文件系統上叫做/linuxrc 的腳本文件，這個腳本通常會把啟動過程中所需要的驅動程序裝入。腳本退出以后，initrd 文件系統也卸下了，啟動過程進入真正初始化過程。對于嵌入式來講，可以將需要的應用軟件都運行在這個initrd 文件系統上，只要/linxrc 文件不結束，內核啟動過程的其他部分就不會繼續。 做個試驗： cp /boot/initrd-2.4.20.img /tmp cd /tmp mv initrd-2.4.2-.img initrd.img.gz gunzip initrd.img.gz mount -o loop initrd.img /mnt cd /mnt ls cat linuxrc 可以看到里面執行了加載了兩個模塊的操作，你在啟動 linxu 的時候會看見屏幕打印信息。 入門試驗，制作一個簡單的應用 我們使用一張軟盤啟動一臺假象的只有一個串口，鍵盤輸入，顯示輸出的x86 架構的 linux 系統，執行的特定應用就是運行 minicom，通過串口撥號。需要軟件： minicom-xx.src.tar.gz 和 syslinux-xx.tar.gz，xx 代表版本號，開始之前，在主目錄建立一個目錄，來釋放這兩個軟件包： cd mkdir -p project/minilinux cd project/minilinux tar zxvf minicom-xx.src.tar.gz tar zxvf syslinux-xx.tar.gz 1、裁減 linux 內核(需要系統安裝內核文件包) 配置內核的時候，我們需要選擇這些：摸塊編入內核，386 處理器、物理內存 off、支持 ELF、標準 PC 軟盤、支持 RAM 盤(4096)、支持 initial RAM disk(initrd)、虛你終端、虛擬終端控制臺、標準串口、ext2 文件系統、控制臺驅動，VGA text console、DOS FAT、MSDOS 文件系統，其他的都可以不要，這樣內核編出來較小。 步驟： cd /usr/src/linux make mrproper make xconfig make dep && make bzImage 得到 /usr/src/linux/arch/i386/boot/目錄的內核文件 bzIamge。 2、編譯一個靜態的 minicom ，把它作為將來的 linuxrc cd minicom-xx/src vi Makefile 修改下面這行 minicom： $(minicom_OBJECTS) $(minicom_DEPENDENCIES) rm -f minicom 下面的行加上 -static，連接為靜態程序 (LINK) -static $(minicom_LDFLAGS) $(minicom_OBJECTS) $(minicom_LDADD) $(LIBS) vi minicom.c 找到 if (real_uid==0 && dosetup==0 ) 刪除這個判斷條件語句，主要是用于權限判斷的，因為這個嵌入應用不關注權限問題，否則會出錯。 make 得到可執行程序，用 ldd 檢查一下是不是靜態程序。 3、準備 initrd 壓縮文件 image.gz dd if=/dev/zero of=image bs=1k count=4096 losetup /dev/loop0 image mke2fs -m 0 /dev/loop0 mounmt -t ext2 /dev/loop0 /mnt/ mkdir -p /mnt/dev mkdir -p /mnt/usr/share/terminfo/l/ cd /dev cp -a consle null tty tty0 zero mem /mnt/dev cp -P /usr/share/terminfo/l/linux /mnt/usr/share/terminfo/l/linux cp ~/project/minilinux/mincom/src/minicom /mnt/linuxrc umount /mnt losetup -d /dev/loop0 sync gzip -9 image 4、制作軟盤引導，并拷貝文件 bzimage image.gz 到軟盤 A.使用 grub fdformat /dev/fd0 mke2fs /dev/fd0 mount /mnt/fd0 /mnt/floppy mkdir -p /mnt/floppy/boot/grub cp /boot/grub/stage1 /boot/grub/stage2 /mnt/floppy/boot/grub 執行 grub，在軟盤上創建引導 grub > root (fd0) grub > setup (fd0) grub > quit cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImge /mnt/floppy cp ~/porject/minilinux/image.gz /mnt/floppy 編輯 /mnt/floppy/boot/grub/grub.conf default =0 timeout-=10 title minilinux root (fd0) kernel /bzImage initrd /image.gz 卸下軟盤 umount /mnt/floppy B. 使用 syslinux fdformat /dev/fd0 mkfs.msdos /dev/fd0 mount -t msdos /dev/fd0 /mnt/floppy cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImge /mnt/floppy cp ~/porject/minilinux/image.gz /mnt/floppy cp syslinux-xx/ldlinxu.sys /mnt/floppy cat > /mnt/floppy/syslinux.cfg LABEL linux KERNEL bzimage APPEND initrd=image.gz umont /mnt/floppy syslinux-xx/syslinux /dev/fd0 sync 5、用軟盤啟動計算機，如果幸運，minicom 的運行畫面出現在屏幕上。 到此，我們的單應用嵌入式 linux 做好了，但它還很簡陋，沒有什么實際用途，但通過這個實驗，可以了解嵌入式系統的大致結構和開發過程。在進行實際的嵌入式開發時，通常要在 PC 機上借助嵌入式 linux 開發工具包，如：uclinux，bluecat 等，對相應的硬件平臺(目標機)進行軟件編寫編譯，調試成功后，將內核及應用程序寫入到目標機的存儲器中，從而完成整個應用。 |
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