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。

　　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(jìn)行會話。內(nèi)核之上是 C 庫，負(fù)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(jì)嵌入式應(yīng)用的時(shí)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(yùn)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(diǎn)，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(rèn)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(yuǎn)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(jī)，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(jì)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?yàn)樯倭康撵o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(diǎn)需要我們在實(shí)際開發(fā)中去獲取。也許你正在設(shè)計(jì)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(yùn)行 ldd /bin/bash 時(shí)，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(jìn)行實(shí)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(jī)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(jì)算機(jī)就準(zhǔn)備運(yùn)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(yùn)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(shí)際的情況決定是否使用標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jìn)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(yùn)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(yàn)：

　　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(shí)候會看見屏幕打印信息。

　　入門試驗(yàn)，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(yùn)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(shí)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(biāo)準(zhǔn) 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(biāo)準(zhǔn)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?yàn)檫@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(zhǔn)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(jì)算機(jī)，如果幸運(yùn)，minicom 的運(yùn)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(shí)際用途，但通過這個實(shí)驗(yàn)，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(jìn)行實(shí)際的嵌入式開發(fā)時(shí)，通常要在 PC 機(jī)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(biāo)機(jī))進(jìn)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?biāo)機(jī)的存儲器中，從而完成整個應(yīng)用。