新人如何学习嵌入式linux

521li · 发表于 2023-1-13 15:41

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在学习嵌入式Linux之前，肯定要有C语言基础。汇编基础有没有无所谓(就那么几条汇编指令，用到了一看就会)。4 ^6 X4 H% D% n+ _! m- H. \6 Q
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C语言要学到什么程度呢？越熟当然越好，不熟的话也要具备基本技能。比如写一个数组排序、输入数字求和什么的。

学C语言唯一的方法是多写程序多练习，编译出错没关系，自己去解决；执行出错没关系，自己去分析。以前我是用VC来练习C语言的，经常去尝试着写一些C语言竞赛的题目。它们是纯C、纯数学、纯逻辑的题目，不涉及界面这些东西，很适合煅炼你的编程能力。' f; _; `, D6 S5 B/ @9 D E C
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回到主题，首先我们要明白你的目的是什么，大概来说所谓嵌入式Linux可以分为两部分：
底层系统

应用开发

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如果你是想做应用开发，那么你去把C语言、数据结构、JAVA什么的学好吧。嵌入式应用开发和PC上的应用开发并没有什么特别要注意的。也许你说在嵌入式上要做些优化，是的，要优化，但是未经优化的程序和PC上的程序开发没什么差别。另外，当你有能力去优化时，你已经不用来问这个问题了。具体到某个例子，比如说开发界面，在PC上我们用VC；在嵌入式Linux里也许我们用QT也许用Android，这个时候你应该去学学QT、Android的编程。但是基础还是C或JAVA，在此基础上去熟悉它们的接口。你学过VC的话，也是要花时间去了解那些类、控件的。  Z& G6 F& ]- x' T

如果你的目的是想学习底层系统，这是我的专长，倒是可以说一点。3 R& |' D9 J* n0 F: Q- y  e

在回答这个问题之前，我先回答：不少人问我，到底是学驱动还是学应用？* A6 _8 M, ?/ U, j8 L- J4 }% h5 S

我只能说凭兴趣，并且驱动和应用并不是截然分开的/ v% y8 D% a1 E: V: Q4 [! Y
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1. 我们说的驱动，其实并不局限于硬件的操作，还有操作系统的原理、进程的休眠唤醒调度等概念。

想写出一个好的应用，想比较好的解决应用碰到的问题，这些知识你应该懂

2. 做应用门槛低，特别是现在的ANDROID，纯JAVA。做应用的发展路径个人认为就是业务纯熟。
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比如在通信行业、IPTV行业、手机行业，你了解行业的需求。所以，当领导的人，多是做应用的。" q; y) j3 g: S7 l, b, [, z" ?

3. 做驱动，其实我不想称为“做驱动”，而是想称为“做底层系统”，做好了这是通杀各行业。我工作几年，做过手机、IPTV、会议电视，但是这些产品对我毫无差别，因为我只做底层。他们的业务跟我没关系。
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当应用出现问题，他们解决不了时，我就会从内核角度给他们出主意，给他们提供工具。

做底层的发展方向，个人认为是技术专家。# v7 `! Q& D. y7 L  Q$ Y3 H

4. 其实，做底层还是做应用，之间并没有一个界线，有底层经验，再去做应用，你会感觉很踏实。5 ^1 C" S' s( l6 ?

有了业务经验，你再了解一下底层，很快就可以组成一个团队。5 X7 E0 h1 X' i. A# q" Z3 ~

回到怎么学的问题上。嵌入式Linux底层系统包含哪些东西？不要急，举一个例子你就知道了。/ C# ~. C9 i" k5 f' b* [8 d
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1. 电脑一开机，那些界面是谁显示的？是BIOS，它做什么？一些自检，然后从硬盘上读入windows，并启动它。

类似的，这个BIOS对应于嵌入式Linux里的bootloader。这个bootloader要去Flash上读入Linux内核，并启动它。0 S6 y& `, _9 g! f$ U! U; M
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2. 启动windows的目的是什么？当然是上网聊天什么的了。这些上网、聊天工具在哪？

在C盘、D盘上。所以,windows要先识别出C盘、D盘。在Linux下我们称为根文件系统。
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3. windows能识别出C盘、D盘，那么肯定能读写硬盘才行。这涉及的东西称为驱动程序。当然不仅仅是硬盘，还有网卡、USB等等。1 p1 m; y1 ]! ^  S& _
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嵌入式Linux能从Flash上读出并执行应用程序，肯定也得有Flash的驱动程序啊，当然也不仅仅是Flash。
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先说到这里吧，嵌入式LINUX里含有bootloader,内核,驱动程序、根文件系统这4大块。

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  一、bootloader：6 T! c2 x) B4 S+ c8 V1 ~0 K6 O8 H
它就是一个稍微复杂的裸板程序。但是要把这裸板程序看懂写好一点都不容易。Windows下好用的工具弱化了我们的编程能力。& p! @2 T' l8 Q  ?; L/ R& U: X, t
' ?( O. I4 z4 N/ h
很多人一玩嵌入式就用ADS、KEIL。你能回答这几个问题吗？2 k; w$ E$ O" _$ R+ q

1.一上电，CPU从哪里取指令执行？
答：一般从Flash上指令。
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2.但是Flash一般是只能读不能直接写的，如果我用到全局变量，这些全局变量在哪里？5 |5 @: e% V9 j1 p3 }+ {' N5 x
答：全局变量应该在内存里2 ?* b- a- o. K8 Y  T

3.那么谁把全局变量放到内存里去？
答：长期用ADS、KEIL的朋友，你能回答吗？这需要"重定位"。在ADS或KEIL里，重定位的代码是制作这些工具的公司帮你写好了。
你可曾去阅读过？

4.内存那么大，我怎么知道把"原来存在Flash上的内容"读到内存的"哪个地址去"？
答：这个地址用"链接脚本"决定，在ADS里有scatter文件，KEIL里也有类似的文件。但是，你去研究过吗？1 T' ?4 O% P, a, n9 S" y! x

5.你说重定位是把程序从Flash复制到内存，那么这个程序可以读Flash啊？( g1 A+ {5 Z! O7 g' J
答：是的，要能操作Flash。当然不仅仅是这些，还有设置时钟让系统运行得更快等等。

先自问自答到这里吧，bootloader这一个裸板程序，其实有3部分要点：
1.对硬件的操作
2.对ARM体系处理器的了解( m8 _. ^7 z2 d; [9 j
3.程序的基本概念：重定位、栈、代码段数据段BSS段什么的。

对硬件的操作，需要看原理图、芯片手册。这需要一定的硬件知识，不求你能设计硬件，但是至少能看懂;不求能看懂模拟电路，但是要能看懂数字电路。这方面的能力我是在学校里学到的，微机原理、数字电路这2本书(书名忘了)就足够了。但是我怀疑你有无耐心把这2本书看完。我不知道现在有没有更快捷的书。想速成的话，就先放掉这块吧，不懂就问GOOGLE、发贴。+ T4 d. J1 C7 k+ S, R7 V

另外，芯片手册是肯定要读的，别去找中文的，就看英文的。开始是非常痛苦，以后就会发现那些语法、词汇一旦熟悉后，读任何芯片手册都很容易。
对ARM体系处理器的了解,看杜春蕾的吧，里面讲有汇编指令，有异常模式、MMU等。也就这3块内容需要你了解。- x! i" x1 R9 u; J/ F

程序的基本概念，王道当然是去看编译原理了。可惜，这类书绝对是天书级别的。劝你若非超级天才还是别去看了。就看我写的<嵌入式Linux应用开发完全手册>和第1期视频吧，别担心，不用花钱。照着视频把硬件相关的实验做了，这些概念就清楚了。我还没有发现第2套讲这些概念的书或视频，允许我盲目吹嘘一回。" R4 G  }" C; ^1 c" N7 V
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对于bootloader，我学习时是先看了，然后自己写程序把各个硬件的实验都做了一遍，比如GPIO、时钟、SDRAM、UART、NAND。把它们都弄清楚了，组台在一起就很容易看懂u-boot了。
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总结一下，看懂硬件原理图、看芯片手册，这需要你自己去找资料。剩下的，就按<嵌入式Linux应用开发完全手册>和第1期视频的章节目录去学习吧。

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  二、内核：
想速成的人，先跨过内核的学习，直接学习怎么写驱动。

想成为高手，内核必须深刻了解。注意，我说的是了解，我没奢望去写出一个内核。

要对里面的调度机制、内存管理机制、文件管理机制等等有所了解。* `3 O$ [7 O8 n% ?6 G

推荐两本书：
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1.通读,请看薄的那本(浮燥的社会讲求速度,呵),+ K2 j  I" @3 u4 C3 a) U
2.选读,想了解哪一块就读哪一节

  三、驱动：
驱动包含两部分：硬件本身的操作、驱动程序的框架。$ E( ^% z8 A; w2 z& D
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又是硬件，还是要看得懂原理图、读得懂芯片手册，多练吧。" \8 Y4 E( f, u4 [2 C- ~+ E
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说到驱动框架，有一些书介绍一下。LDD3,即，老外写的那本，里面介绍了不少概念，值得一读。但是，它的作用也就限于介绍概念了。我基本上是入门之前用它来熟悉一下概念，入门后就扔掉了。0 l, I5 ?- d. F0 m
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驱动方面比较全的介绍，应该是宋宝华的了，老实说我只看过目录，有不少人说好，这里推荐一下。- I) H$ N  {, X' L3 T! W' w" u

要想深入了解某一块，绝对是超5星级推荐。你别指望把它读完，1800多页，上下两册呢。我是某一块不清楚时，就去翻一下它。任何一部分，这书都可以讲上2、3百页，非常详细。并且是以某个目标来带你分析内核源码。它以linux2.4为例，但是原理相通，同样适用于其它版本的linux。* O& Y( W0 P% }

还有没有其他介绍？呵呵，当然有了，韦东山Linux视频第2期。<嵌入式Linux应用开发完全手册>里对驱动讲得不多，不够深入。

于是我录制了这期视频。不仅仅教你怎么写怎么改驱动，还教你为什么这样写这样改驱动。' w/ [4 ^* t$ r. H; W! t6 F8 F( p
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每一个驱动都是现场编写:  L3 {0 _& ?+ h  q; Q7 H! \5 n
1.用绘图板画图讲解──相当于学校里老师在黑板上画图讲解，很直观绝对不是对着PPT念。

2.用sourceinsight当场写程序，从第1行开始写，每一课都是这样。我讲了20多个驱动，就写了20多个程序。$ `+ ~8 _5 @  z' _. j
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3.写完就编译、测试。

4.很全面，字符设备驱动、块设备、网卡驱动3大类齐全，硬件介绍、驱动框架分析、测试3大类齐全。
培训机构里教的内容，远不及这期视频丰富。我在多个培训机构讲过课，从没看到哪个老师敢每一课都当场讲解当场编写代码当场测试，除我之外！也没看到哪个培训机构讲完这些内容──因为时间不够，讲完起码要一个月，但是这部分基本只有2周授课时间。
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把你手上的开发板所涉及的硬件，都去尝试写一个驱动吧。有问题就先"痛苦地思考"，思考的过程中你会把很多不相关的知识
串联起来，最终贯通。

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  四、根文件系统：
大家有没有想过这2个问题：  Q5 J$ J! C3 t% R( k

1.对于Linux做出来的产品，有些用作监控、有些做手机、有些做平板。那么内核启动后，挂载根文件系统后，应该启动哪一个应用程序呢？
答：内核不知道也不管应该启动哪一个用户程序。它只启动init这一个应用程序，它对应/sbin/init。% z# l9 ^# b8 ^5 ~7 i0 l
" k/ [/ y- s: i% q1 G; V; |. a
显然，这个应用程序就要读取配置文件，根据配置文件去启动用户程序(监控、手册界面、平板界面等等)
8 e  m( U9 U" H) y
这个问题提示我们，文件系统的内容是有一些约定的，比如要有/sbin/init，要有配置文件7 {& D. m/ [( z2 T  A, O' F! b! X

- J; \; R9 c; i2 N/ J8 H9 g# i) |
2.你写的hello,world程序，有没有想过里面用到的printf是谁实现的？* y" _/ X& V. U: }3 E, X5 v
答：这个函数不是你实现的，是库函数实现的。它运行时，得找到库。5 l0 H; c( Z2 l

这个问题提示我们，文件系统里还要有库。2 W8 |- r% a2 k& k* }. G
& N- \# @% J% a1 @% d3 U
简单的自问自答到这里，要想深入了解，可以看一下busybox的init.c，就可以知道init进程做的事情了。* g, X" p4 {) |7 L! [/ j4 j

当然，也可以看<嵌入式Linux应用开发完全手册>里构建根文件系统那章。
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说一下我的学习经历吧。- \- ]5 e4 O; {+ }  A) z9 M# l2 B
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1. 我在学校时读的是物理电子专业，其实课程里没有教怎么设计电路，只是教了些电子电路方面的知识。PCB的设计是在实验室里自学的，只设计过2层板，现在忘记得差不多了。但是保留了看原理图、看芯片手册的能力。
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2. 选修了软件学位，对软件设计挺感兴趣，但是也只是学了C语言、数据库而已。凭着兴趣做了不少竞赛题。没能力去参加竞赛，但是把C语言练得很扎实。
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3. 在实验室、在第1家公司，就是设计些简单的PCI卡，写一下windows的驱动程序

4. 在第2家公司，用51单片机做车载电话，开始走上纯软件的道路。" y8 L6 k! G8 K: h2 b9 E1 j- @

5. 开始感到单片机的不足，辞职半年闭门学Linux，从redhat怎么操作开始。步骤就是先看，再自己写裸板程序操作硬件，接着到分析u-boot。同时看，对LINUX框架有所了解。$ w* I- y$ f- A7 u( g$ o' c  @8 p3 d
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在写裸板时，建议各位加强对中断的理解，内核就是用中断来完成各种功能的。! Z  }' ]. L* O: T' ^/ ^
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6. 分析完u-boot，就开始进行简单的驱动编程了，这时候，能力还很弱。

7. 开始去中兴上班，工作2年，编写各类驱动、解决各类问题(驱动问题、帮助定位应用问题)，能力得到煅炼。

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总结一下3 u* Y! m. [) q5 e
1. 硬件方面的书:微机原理、数字电路，高校里的教材。毕业多年，忘名了。
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2. Linux方面的书： 7 Y: j* |' ~! g" N4 u7 v. D
<ARM体系架构与编程> 3 q, c. C3 I3 s" Q: L: r, N
<嵌入式Linux应用开发完全手册>
<Linux设备驱动>，老外写的那本
<linux设备驱动开发详解>
<linux内核完全注释>
<Linux内核情景分析>#

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