超經(jīng)典!工程師嵌入式Linux自學(xué)筆記及體會
針對初學(xué)嵌入式的廣大朋友們,以下是我在初學(xué)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。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/278048.htm一個典型的桌面 Linux 系統(tǒng)包括 3 個主要的軟件層---linux 內(nèi)核、C 庫和應(yīng)用程序代碼。
內(nèi)核是唯一可以完全控制硬件的層,內(nèi)核驅(qū)動程序代表應(yīng)用程序與硬件之間進行會話。內(nèi)核之上是 C 庫,負責(zé)把 POSIX API 轉(zhuǎn)換為內(nèi)核可以識別的形式,然后調(diào)用內(nèi)核,從應(yīng)用程序向內(nèi)核傳遞參數(shù)。應(yīng)用程序依靠驅(qū)動內(nèi)核來完成特定的任務(wù)。
在設(shè)計嵌入式應(yīng)用的時候,可以不按照這種層次,應(yīng)用程序越過 C 庫直接和內(nèi)核會話,或者把應(yīng)用和內(nèi)核捆綁在一起,甚至可以把應(yīng)用寫為內(nèi)核的一個線程,在內(nèi)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(tǒng)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(jié)構(gòu)的模式來學(xué)習(xí)嵌入式 linux將會是我們認識更清晰,簡單可行并使應(yīng)用具有彈性。
快速入門
最簡單的建立嵌入式 Linux 應(yīng)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(yīng)用作為初始化的一部分,框架就算完成了。
當(dāng)然,嵌入式 linux 應(yīng)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(shù)碼音頻播放器,這些系統(tǒng)除了使用嵌入式 CPU外,僅僅再需要一個串口,網(wǎng)口等少量的輸入輸出接口就可以完成它們特定的應(yīng)用了。
在軟件上,它可以按照三層的概念由內(nèi)核裝載器,定制的內(nèi)核和較少的為特定任務(wù)設(shè)計的靜態(tài)連接的應(yīng)用程序組成。之所以使用靜態(tài)連接的應(yīng)用程序,是因為少量的靜態(tài)連接程序所要的存儲空間,比同樣數(shù)量的動態(tài)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(fā)中去獲取。也許你正在設(shè)計的是個 PDA,它的應(yīng)用程序較多,那么你很可能就要使用動態(tài)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(dāng)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(chǔ)知識
再進行實際操作之前,先來搞清楚幾個基礎(chǔ)知識。
內(nèi)核裝載器 Loader,它的作用是把內(nèi)核從外部存儲器,移動到內(nèi)存中。它只作這個事情,一旦完成了調(diào)入內(nèi)核的工作,Loader 就跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核位置開始執(zhí)行。不同架構(gòu)有不同的 Loader,在 x86 結(jié)構(gòu)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(gòu)的應(yīng)用中,你必須使用專門的 loader,或者自己編寫 loader 來裝入內(nèi)核。也有不使用 loader 的情況,系統(tǒng)加電以后,內(nèi)核直接從燒錄有映象的 Flash 上開始執(zhí)行。
內(nèi)核,一旦內(nèi)核開始執(zhí)行,它將通過驅(qū)動程序初始化所有硬件,這可以從我們的 pc 機監(jiān)視器的輸出看出來,每個驅(qū)動程序都打印一些有關(guān)它的信息。初始化完成后,計算機就準備運行嵌入式應(yīng)用。也許一個,也許是多個應(yīng)用程序組成了嵌入式應(yīng)用,但通常首先調(diào)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(zhí)行級別和哪些腳本和命令。嵌入式應(yīng)用中,可以根據(jù)實際的情況決定是否使用標準的 init 執(zhí)行方式,也許這個 init 是個靜態(tài)程序,它能夠完成我們的嵌入應(yīng)用的特定任務(wù),那完全不用考慮 inittab 了。
initrd 文件系統(tǒng),initrd 以一種把內(nèi)核從存儲介質(zhì)裝入到內(nèi)存的相同的機制來裝入一個小型文件系統(tǒng)。這個文件系統(tǒng)最好是以壓縮的方式存儲在介質(zhì)上的,解壓縮到 RAM 盤上。通過使用 initrd,包含有核心驅(qū)動和啟動腳本的小文件系統(tǒng),就可以直接從介質(zhì)上和內(nèi)核一起啟動起來,內(nèi)核屆壓縮這個文件系統(tǒng),并執(zhí)行這個文件系統(tǒng)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(qū)動程序裝入。腳本退出以后,initrd 文件系統(tǒng)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(yīng)用軟件都運行在這個initrd 文件系統(tǒng)上,只要/linxrc 文件不結(jié)束,內(nèi)核啟動過程的其他部分就不會繼續(xù)。
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(zhí)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(yīng)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(gòu)的 linux 系統(tǒng),執(zhí)行的特定應(yīng)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(nèi)核(需要系統(tǒng)安裝內(nèi)核文件包)
配置內(nèi)核的時候,我們需要選擇這些:摸塊編入內(nèi)核,386 處理器、物理內(nèi)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(tǒng)、控制臺驅(qū)動,VGA text console、DOS FAT、MSDOS 文件系統(tǒng),其他的都可以不要,這樣內(nèi)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(nèi)核文件 bzIamge。
2、編譯一個靜態(tài)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(tài)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(quán)限判斷的,因為這個嵌入應(yīng)用不關(guān)注權(quán)限問題,否則會出錯。
make
得到可執(zhí)行程序,用 ldd 檢查一下是不是靜態(tài)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(dǎo),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(zhí)行 grub,在軟盤上創(chuàng)建引導(dǎo)
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(xiàn)在屏幕上。
到此,我們的單應(yīng)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(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)和開發(fā)過程。在進行實際的嵌入式開發(fā)時,通常要在 PC 機上借助嵌入式 linux 開發(fā)工具包,如:uclinux,bluecat 等,對相應(yīng)的硬件平臺(目標機)進行軟件編寫編譯,調(diào)試成功后,將內(nèi)核及應(yīng)用程序?qū)懭氲侥繕藱C的存儲器中,從而完成整個應(yīng)用。
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