嵌入式Linux知识培训

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圃署蒲
5 years ago
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1 嵌入式 Linux 知识培训主要包括以下四部分内容 : 一嵌入式 Linux 开发的基本知识二 Linux 下使用 C 语言进行系统开发三面向嵌入式 Linux 的 GUI 系统的体系结构及二次开发四基于 Linux OS Smart Phone 的体系结构及开发内容李玉东

2 第一部分基础知识

3 嵌入式 Linux 软件系统的构成 1.BootLoader 2. Kernel 3.FileSystem 4.GUI 5.Application

4 嵌入式 Linux 系统的构成 (BootLoader) 1.PC 机的系统引导过程系统加电跳转到固定地址 BIOS MBR Kernel 2. 嵌入式系统中的 bootloader 与 PC 机的引导程序是类似的系统加电跳转到固定的地址读入 bootloader 程序初始化系统加载 kernel, 将系统的控制权转到 kernel. 3.bootloader 与机器硬件紧密相关 4. 有一定通用性的 bootloader 程序 uboot 5.uboot 需要根据机器的情况进行修改

典型的空间分配结构 Creating 4 MTD partitions on "PXA Cerf Flash": 0x00000000-0x00040000 : "Bootloader"

5 典型的空间分配结构 Creating 4 MTD partitions on "PXA Cerf Flash": 0x x : "Bootloader" 0x x000c0000 : "Partition Tables" 0x000c0000-0x001c0000 : "Kernel" 0x001c0000-0x : "Filesystem"

6 Multi Stage BootLoader 由于 Boot Loader 的实现依赖于 CPU 的体系结构, 因此大多数 Boot Loader 都分为 stage1 和 stage2 两大部分依赖于 CPU 体系结构的代码, 比如设备初始化代码等, 通常都放在 stage1 中, 而且通常都用汇编语言来实现, 以达到短小精悍的目的而 stage2 则通常用 C 语言来实现, 这样可以实现给复杂的功能, 而且代码会具有更好的可读性和可移植性

7 BootLoader Stage1 Boot Loader 的 stage1 通常包括以下步骤 ( 以执行的先后顺序 ) : 硬件设备初始化为加载 Boot Loader 的 stage2 准备 RAM 空间拷贝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空间中设置好堆栈跳转到 stage2 的 C 入口点

8 BootLoader Stage2 Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步骤 : 初始化本阶段要使用到的硬件设备检测系统内存映射 (memory map) 将 kernel 映像和根文件系统映像从 flash 上读到 RAM 空间中为内核设置启动参数调用内核

9 BootLoader 调用内核 Boot Loader 调用 Linux 内核的方法是直接跳转到内核的第一条指令处开始执行如果系统显示 Uncompressing Linux... done, booting the kernel. 说明 Bootloader 已成功加载了 kernel,kernel 开始启动

11 Kernel 启动过程检查 root device mount root file system. 如果 root file system 中, /linuxrc 存在的话, 就会被执行 /linuxrc 就是一般所说的 linux 的启动脚本 #!/bin/sh export PATH=/bin:/sbin:/usr/bin echo "Setting up RAMFS, please wait... " mount tmpfs /mnt/ramfs -t tmpfs tar zxvf /.ramfs.tar.gz -C /mnt/ramfs > /dev/null 2>&1 mount -n /proc /proc -t proc echo -en "show the pictures " /usr/local/bin/fbctl 2& //setup background light echo "done" echo "Executing /sbin/init..." exec /sbin/init

12 Kernel 启动过程 exec /sbin/init Init 根据 /etc/inittab 中的内容启动相应的程序这里有一个重要参数 : RunLevel 例 : id:2:initdefault: 则 RunLevel 为 2 执行的内容为 : /etc/rc2.d 下面的内容实际上 rc*.d 下的内容都是符号链接, 都指向 /etc/init.d 下面的内容 Rc*.d 下的程序是按字母顺序执行的

13 开发环境的建立服务器的安装客户端需安装的程序

14 开发环境的建立 Linux 服务器 Windows 工作站开发板

15 交叉编译器为什么要安装交叉编译器 ARM-LINUX 交叉编译器的下载与安装下载地址 : ftp://ftp.arm.linux.org.uk/pub/armlinux/toolchain/ 内核编译器

16 内核的下载 1 内核的版本号 2 内核的下载地址 3 ARM Patch 的下载地址 ftp://ftp.arm.linux.org.uk/pub/armlinux/kernel/ 4 OMAP Patch 的下载地址 5 最新的 OMAP Kerenl 的下载方法 BitKeeper 工具以下文档中有详细介绍 appnoteabstract.jhtml?abstra ctname=swpa011

17 内核的解压及 Patch 的使用方法以 Innovator Development Kit for OMAP Platform 为例 : 1 解压内核包 : tar xzvf linux tar.gz 2 使用 Patch patch p1 </root/patch rmk7 patch p1 </root/patch rmk7- omap1 注 : 使用 Patch 以后将修改内核源代码中的部分内容

18 内核的编译不同内核版本的编译方法有一些不同 1 以的内核的编译为例 : make menuconfig make dep make clean make zimage make modules make modules_install 2 P2 sample (OMAP 730) 内核的编译方法 cp $(LinuxPath)/arch/arm/configs/omap_perseus2_730_defconfig $(LinuxPath)/.config make old_config make zimage make modules make modules_install INSTALL_MOD_PATH=<root fs>

19 内核的编译内核生成后, 位于以下的路径中 : $(linux_path)/arch/boot/zimage 可将生成的内核 image 文件直接下载到嵌入式开发板中

20 Linux 根文件系统 (Rootfs) Linux 支持的文件系统包括 : ext2 ext3 vfat iso9660 proc. 嵌入式 Linux 中常用的文件系统包括 : Cramfs RamDisk Jffs2 The Journalling Flash File System, version 2

21 虚拟文件系统 VFS Linux 文件管理系统调用接口 VFS Ext2 VFAT NFS Proc 系统启动过程中可以看到 : VFS: Mounted root (jffs2 filesystem) 将 jffs2 文件系统 mount 到 VFS

22 虚拟文件系统 VFS 重新 Mount 在 /etc/fstab 文件中, 列出了系统启动时自动 mount Root 的文件系统 fs 例如 : # <device> <mountpoint> <filesystemtype> <options> <dump> <fsckorder> /dev/mtdblock3 / jffs2 defaults 1 1 ramdisk mnt/ramdisk tmpfs size=10m 0 0 proc /proc proc defaults 0 0 注 : 其中将 jffs2 文件系统 mount 到 VFS 的 / 上, 而对应的设备是 : /dev/mtdblock3

23 设备驱动程序设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口. 设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节, 这样在应用程序看来, 硬件设备只是一个设备文件, 应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作设备驱动程序是内核的一部分设备驱动程序是在核心态执行的驱动程序或者在编译内容时直接编译到内核中, 或者在生成内核以后将驱动程序编译成模块, 然后通过 insmod 加入到内核中

24 设备驱动程序一般结构 struct file_operations { int (*seek) (struct inode *,struct file *, off_t,int); int (*read) (struct inode *,struct file *, char,int); int (*write) (struct inode *,struct file *, off_t,int); int (*readdir) (struct inode *,struct file *, struct dirent *,int); int (*select) (struct inode *,struct file *, int,select_table *); int (*ioctl) (struct inode *,struct file *, unsined int,unsigned long int (*mmap) (struct inode *,struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *,struct file *); int (*release) (struct inode *,struct file *); int (*fsync) (struct inode *,struct file *); int (*fasync) (struct inode *,struct file *,int); int (*check_media_change) (struct inode *,struct file *); int (*revalidate) (dev_t dev); } 驱动程序的主要任务就是填充这个结构

25 设备驱动程序中两个重要函数 int init_module(void) 就是向系统的字符设备表登记了一个设备当使用 insmod 加入模块时, 该函数被调用 void cleanup_module(void) 它释放字符设备在系统设备表中占有的表项在用 rmmod 卸载模块时, cleanup_module 函数被调用

26 设备驱动程序编译设备驱动程序 gcc -DMODULE -D KERNEL -c test.c 得到的 test.o 就是设备驱动程序设备文件与设备号设备被加入到系统中后, 系统会为其分配设备号在 /proc/devices 可以看到设备的设备号通过 mknod 命令建立设备节点通过打开设备节点就可以操作对应的设备了

27 第二部分 C 语言开发

28 嵌入式 Linux 知识培训 ( C 语言的开发 ) Linux 下 C 语言开发基本知识编辑工具 vi kate 编译链接工具 gcc Linux 下的器 ( C 言 ) 是 cc, 器是 as, 接器是 ld 调试工具 gdb 举例

29 嵌入式 Linux 知识培训 ( C 语言的开发 ) Linux 下的高级开发技术 Makefile 的使用 ( 举例 ) 动态链接库的生成及使用方法 ( 举例 ) 多线程编程线程的同步技术

30 嵌入式 Linux 知识培训 ( C 语言的开发 ) Linux 下的高级开发技术线程的同步技术互斥量 ( mutex) 条件变量守候条件变量向条件变量发出信号信号量 ( P,V 操作 )

31 嵌入式 Linux 知识培训 ( C 语言的开发 ) Linux 下的高级开发技术 IPC ( 进程间通信 ) 消息队列共享内存管道.. GUI 中通常使用的是 domain_socket

32 嵌入式 Linux 知识培训 ( C 语言的开发 ) Linux 下的高级开发技术关键设备的访问方法 framebuffer Framebuffer 简介 Linux 下的 framebuffer 是一个抽象的图形设备, 它可以使应用程序直接访问图形硬件设备设备节点是 /dev/fb* 面向嵌入式 Linux 的 GUI 系统基本上都是基于 Framebuffer

33 嵌入式 Linux 知识培训 ( C 语言的开发 ) BOOL InitFrameBuffer() { _lgui_iframebuffer = open ("/dev/fb0", O_RDWR); ioctl (_lgui_iframebuffer, FBIOGET_VSCREENINFO,&_lGUI_vInfo); _lgui_iframeheight=_lgui_vinfo.yres; _lgui_iframewidth=_lgui_vinfo.xres; _lgui_ilinesize = _lgui_vinfo.xres * _lgui_vinfo.bits_per_pixel / 8; _lgui_ibuffersize = _lgui_ilinesize * _lgui_vinfo.yres; ioctl (_lgui_iframebuffer, FBIOPAN_DISPLAY, &_lgui_vinfo); _lgui_pframebuffer =mmap (NULL, _lgui_ibuffersize, PROT_READ PROT_WRITE, MAP_SHARED, _lgui_iframebuffer, 0); if(!_lgui_pframebuffer){ printerror("mmap return error."); return FALSE; } return TRUE; }

34 嵌入式 Linux 知识培训 ( C 语言的开发 ) Linux 下的高级开发技术关键设备的访问方法串口操作示例

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