嵌入式Linux应用完全开发手册范本

1、嵌入式Linux应用完全开发手册终端概述在Linux中，TTY （终端）是一类字符设备的统称，包括了 3中类型：控制台、 串口、伪终端。控制台：供内核使用的终端为控制台。控制台在 Linux启动时，通过命令 con sole=指定，如果没有指定控制台，系把第一个注册的终端作为控制台。 控制台是一个虚拟的终端，它必须映射到真正的终端上。控制台可以简单的理解为printk输出的地方。控制台是个只输出的设备，功能很简单，只能在内核中访问。进程四要素V有独氏的用户空间？进程有用户空间？ A有段程序供其执行。这段 程序不一定是某个进程所专 有，可以与其它进程共用。有进程专用的内核空间 堆栈。在内核中有一

2、个task_struct 数据结构，即通 常所说的“进程控制块”。有 了这个数据结构，进程才能 成为内核调度的一个基本单位接受内核的调度 有独立的用户空间进程调度调度概念：从就绪的进程中选出最合适的一个进程执行调度策略-SCHED_NORMAL（SCHED_OTH普通的分时进程。-SCHED_FIFO先进先出的实时调度-SCHED_RR时间片轮转实时进程-SCHED_BATCH批处理进程-SCHED_IDLE只有在系统空闲时，才能够被调度执行的进程进程管理特点：动态性、并发性、独立性、异步性状态编译说明编译选项：-c编译不链接。-g带有调试信息。-I .h 文件所在目录-预处理：语法分析，例如

3、：将宏定义展开。-编译：*.c文件编译成*.s文件。-汇编：*.s文件编译成*0文件。-链接：多个*.0文件链接成执行文件。 Linux系统调用和C库Lin ux 系统调用是依赖于系统的，而 C库在任何操作系统下，调用都是相同信号类型 SIGHUP:从终端上发出结束信号 SIGINT:来自键盘的中断信号（Ctrl-C ） SIGKILL: 该信号结束接收信号的进程。 SIGTERM:kill 命令发出的信号。 SIGCHLD标识子进程停止或结束的信号。 SIGSTOP来自键盘（Ctrl-Z ）或调试程序停止执行的信号。SIGKILL和SIGSTO不能被忽略，因为它们是超级用户提供了了一种终止或

4、停止 进程的方法。文件系统 文件系统类型 根据设备的硬件特性、系统需求，不同的文件系统类型有不同的应用场合。在嵌入式Linux应用中，主要的存储设备为：RAM和FLASH常用的基于存储设 备的文件系统类型包括： jffs2 、yaffs 、cramfs 、 ramd isk 、 ramfs 等。文件系统是对存储设备上的文件进行存储和组织的机制， Linux 支持多种文 件系统，可以分为： 磁盘文件系统，如： ext2 Flash 文件系统，如： jffs2 ， yaffs2 网络文件系统：如： NFS 特殊文件系统，如： /sys /proc根文件系统根文件系统： 是 Linux 启动时的第一

5、个文件系统 。没有根文件， Linux 无法正常启动。根文件系统由 一系列目录 组成，目录中包含了应用程序、C库、以及相关配置文件。总线的功能： 提供时钟分配/管理地址响应中断传输数据传输控制信号全速、高速、低速三种时钟。(FCLK,HCLK,PCLK)arm AMBA总线结构 AHB/APBAHB总线上有内存，NAND空制器等高速设备。HCLKAPB总线上有UMAR设备控制器等慢速设备。PCLKARM三级流水结构取指：把指令从程序存储器中取出来。取指是在处理器内核和程序存储器之 间进行的。译码：把读到内核的指令进行解释，也就是把二进制的指令变换成电路的动 作。执行：即按照指令的要求把门电路的

6、动作送到指定的目标地址。ARM在执行一条指令的时候,PC的指针是在取指的那条指令的。程序：1、代码段：指令2、数据段：有初始值(并且不为 0)的全局、静态变量3、BSS段 (Block Started by Symbol)：初始值为0或无初始值的全局、静态变量。BSS( Block Started by SymboI)通常是指用来存放程序中未初始化的全局 变量和静态变量的一块内存区域。特点是：可读写的，在程序执行之前 BSS段会 自动清0。所以，未初始的全局变量在程序执行之前已经成0 了。注意和数据段的区别，BSS存放的是未初始化的全局变量和静态变量，数据 段存放的是初始化后的全局变量和静态变

7、量。UNIX下可使用size命令查看可执行文件的段大小信息。如 size a.out 。4、栈区域。1、程序运行是应该位于它的链接地址2、硬件决定了程序一开始从0运行，需要重定位(从0开始的8k代码)。重定位：前面的一小段代码(从 0开始的8k代码)，复制到它的链接地址3、前面 8k 代码为什么能正常运行：因为是位置无关码写的IO 端口和 IO 内存IO 端口：当一个寄存器或内存位于 IO 地址空间时，为 IO 端口。IO 内存：当一个寄存器或内存位于内存地址空间时，为 IO 内存MMI管理权限管理：程序不能访问内核或其它程序的内存空间。地址映射：应用程序访问的“虚拟地址”，而数据真正存放在真

8、实的物理地址。 虚拟地址和真实地址的转换是由 MM实现的。物理地址：指出现在CPU地址总线上的寻址物理内存的 地址信号，是地址变 换的最终结果 。线性地址（虚拟地址）：是在32位CPU架构下，可以表示4G的地址空间，用16 进制表示就是： 0x00000000-0xFFFFFFFF。 逻辑地址：程序经过编译后，出现在汇编程序中的地址。地址转换：CPU要将一个逻辑地址转换为物理地址，需要两步：-首先，CPU利用段式内存管理单元，将逻辑地址转换成线性地址。- 再利用页式内存管理单元，把线性地址最终转换成物理地址。段式管理单元：16位CPU内部拥有20位地址线，它的寻址范围就是 220,也 就是1M

9、的地址空间。但16位CPU用于存放地址寄存器（IP，SP.等）只有16 位，因此只能访问 65536个存储单元， 64K。 页式管理单元：从管理和效率的角度出发， 线性地址被分为固定长度的组， 称为“页（page）”，例如32位的机器，线性地址最大可为4G如果4K为一个 页来划分，这样整个线性地址就被划分 220个页。另一类“页” ，称为物理页，或者是“页框、页帧” 。分页单元把所有的 物理内存 也划分为固定长度的管理单位，它的长度一般与线性地址页是相同的。分页管理1、分页单元中，页目录的地址放在 CPU勺CR3寄存中，是进行地址转换的开始 点。2、每一个进程，都有其独立的虚拟地址空间，运行一

10、个进程首先需要将它的的也目录地址放到CR3寄存中，将其它进程的地址保存起来。3、每个 32位的线性地址被划分为三个部分： 页目录索引 （10 位）、页表索引（10 位）、页偏移（ 12 位）。依据以下步骤进行地址转化：1、 装入进程的页目录地址（操作系统在调度进程时，把这个地址装入CR3）。2、根据线性地址的 前 10位，在页目录中，找到对应的索引项， 页目录中的项是 一个页表的地址 。3、根据线性地址的 中间 10位，在页表中找到 页的起始地址 。4、将页的起始地址 与线性地址的最后 12位相加，得到 物理地址 。 内存使用 slab 管理工具启位置无关码1、使用B或bl跳转2、不访问全局静

11、态变量异常处理中断是一种异常-CPU上电，CPU处于SVC模式，-当发生了中断，CPU就进入IRQ模式，并且切换到自己的 R13和R14,并跳到中断向量的相应地 址执行。 SWI中断处理硬件处理：1、CPUS入 SVC模式2、把之前模式的CPSR->SPSR_svc3、切换到 R13_svc, R14_svc4、下一条指令->R145、跳转到地址8软件处理：1、在地址 8，写一条跳转指令2、保存现场3、处理中断4、恢复现场Idmia sp!,r0-r12,pcAA:表示将 spsr 恢复到 cpsr 中。 SWI指令的作用用户应用程序 open、read 、write 、print

12、 函数等用户应用运行在用户态， 经常用到内核的资源，如何调用内核呢？就是调用SWI指令，CPl就会响应中断, 跳到相应的中断服务程序，访问内核资源。 未定义指令用于 调试等待队列Linux 驱动程序设计中， 可以使用等待队列来实现进程的阻塞， 等待队列可看作保存进程的容器， 在阻塞进程时，将进程放入等待队列，唤醒进程时，从等待队列中取出进程。如何看电路图1. GPIP 和门电路1.1 输入、输出引脚、上拉 / 下拉电阻、三极管1.2 与、或、非门1.3 中断 三极管：PNP（正负正），NPN（负正负）。 上拉 / 下拉电阻:确定悬空的引脚一个状态。 怎么用接口1、配置引脚功能。2、 读出某寄存

13、器 - 输入。设置寄存器 输出2. 协议类 双方约定信号的协议 双方满足时序的要求2.1 UART2.2 I 2C:每个|2C设备都有一个地址。是自己的地址才回应2.3 SPI2.4 NAND2.5 LCD3类似内存接口类3.1 NOR、SDRAM 网卡3.2不同位宽外设的接线、访问过程3.3如何确定访问地址、设置内存控制器4综合理解原理图Linux内核简介Linux体系结构 Linux系统构成GNU/ V Unux ?User SpMMKernel Space-Linux由用户空间和内 核空间两部分。-为什么分为用户空间和内核空间？出于安全考虑。通过系统调用和硬件中 断从用户空间进入内核 空

14、间。 Linux系统构成 -SCI :用户进入内核的入口。-PM:主要是进程调度和进程间通信。-MM分配、回收、内存的地址转换。-Arch :和CPU相关的管理。将PM MM NS与CPU相关的代码集成，减少了移植 的难度。-VFS:虚拟文件系统。隐藏了各种具体文件系统的细节，为文件系统提供了统一 的接口。NS:网络协议栈。-DD:设备驱动。 Linux内核目录结构arch目录：内核支持的每种 CPU体系，在该目录下都有对应的子目录。每个CPU的子目录，有分为 boot ，mm， kernel 等子目录，分别控制系统引导，内存管理，系统调用等。block 目录:部分块设备驱动程序。driver

15、 目录:设备驱动程序。fs 目录:存放各种文件系统的实现代码。每个子目录对应一种一种文件系统的实现，公用的源 代码用于实现虚拟文件系统（ VFS）。include 目录:内核所需的头文件。与平台无关的头文件在 include/linux 子目录下，与平台相 关的头文件存放在相应的子目录中。lib 目录:库文件代码，自己实现的库的源代码也放在这里。mm目录：mm目录中的文件用于实现内存管理中与体系结构无关的部分。与体系结构相关的代码在 arch 目录中。net 目录:用于网络协议的实现代码。子目录用于实现具体协议的代码。srcipts 目录:配置内核的脚本usr 目录: cpio 命令的实现。内

16、核编译 清除临时文件、中间文件和配置文件make clean :清除大部分编译产生的中间文件，保留 config 文件。make mrproper :清除所有编译产生的中间文件和 config 文件。make distclean : mrproper+ 和备份文件和补丁文件。 配置1、 make menuconfig （完整配置）2、使用默认配置在 /arch/arm 找到相似的配置文件make xxxdefconfigmake menuconfig.c 文件中的宏定义来源于 autoconfig.h 文件 子目录中的 Makefile 的宏定义来源于 auto.c onfig 文件autoc

17、onfig.h 、auto.config 文件中的定义来源于 .configmake uImage 时， .config 文件自动生成 autoconfig.h 和 auto.config 文件。3、使用厂家提供的配置文件嵌入式软件层次一个嵌入式系统，从软件的角度看分为三个层次： 引导加载程序包括固化在固件( firmware )中的 boot 程序(可选)和 Bootloader 两大部 分。 Linux 内核 特定式嵌入式平台的定制内核。 文件系统包括了系统命令和应用程序。BootLoader 的启动流程 stage1- 硬件初始化 CPU 内部的寄存器。-为加载 Bootloader 的 stage2 准备 RAM空 间。-拷贝Bootloader的stage2代码到RAM空间中- 设置堆 / 栈- 跳转到 stage2 的 C 入口点。 stage2- 初始化本阶段要使用的硬件设备 板在的硬件，比如：串口、网卡等。- 调用内核。U-boot 目录结构 board 目录 和开发板有关的文件。每一个开发板都以一个子目录出现在当前目录中，比如： SMDK241，0 子目录中存放于开发板相关的文件。 Commor目录实现 Uboot 支持的命令 CPU与特定CPU架构相关的代码，每一款Uboot下支持的CPU在该目录下对应