【嵌入式linux】如何学习嵌入式linux

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【嵌入式linux】如何学习嵌入式linux

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作为

一个新人，怎样学习嵌入式Linux？

(2012-4-19 23:48)
作为一个新人，怎样学习嵌入式Linux？被问过太多次，特写这篇文章来回答一下。
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)。
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。

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。
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。
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。
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？
我只能说凭兴趣，并且驱动和应用并不是截然分开的
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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。
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。
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。
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。
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。

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。
一、bootloader：
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。
很多人一玩嵌入式就用ADS、KEIL。你能回答这几个问题吗？
1. 一上电，CPU从哪里取指令执行？
答：一般从Flash上指令。
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？
答：全局变量应该在内存里
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？
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？
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
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。
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。
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。

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
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。

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。
推荐两本书：
1. 通读,请看薄的那本(浮燥的社会讲求速度, 呵),
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。
又是硬件，还是要看得懂原理图、读得懂芯片手册，多练吧。

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。
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。
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linux 2.4为例，
但是原理相通，同样适用于其它版本的linux。

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。
每一个驱动都是现场编写:
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source insight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。
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。

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。

四、根文件系统：
大家有没有想过这2个问题：
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。
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)
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
2. 你写的hello,world程序，有没有想过里面用到的printf是谁实现的？
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。
这个问题提示我们，文件系统里还要有库。

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。
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。

说一下我的学习经历吧。
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。
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。
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。
5. 开始感到单片机的不足，辞职半年闭门学Linux，从red hat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。
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。
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。

总结一下：
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。
2. Linux方面的书：

<嵌入式Linux应用开发完全手册>
，老外写的那本

3. 视频:
韦东山Linux视频第1期(基于S3C2440录制): ARM实验,u-boot,文件系统,初级驱动
韦东山Linux视频第1期(基于S3C6410录制): 裸板程序
韦东山Linux视频第2期: 高级驱动
请允许我打一下广告: 视频信息请看www.100ask.net, 里面有下载地址。几种常见的嵌入式linux学习误区，然后提出一种比较合适的嵌入式linux学习方法。

误区一、全身投入学习桌面或服务器版本linux系统
很多想学嵌入式linux 的同学经常问我，我不会linux系统，怎么学习嵌入式linux开发，于是他们就花费了大量的精力和时间去研究学习桌面版本linux系统的使用，什么redhat 、federo,、ubuntu等等都用过，如何配置linux，linux的各种使用命令都背的滚瓜烂熟，linux各种服务器的配置，还原备份各种操作非常熟悉，以为这样就学会了嵌入式linux开发。其实这是一个学习嵌入式Linux开发的误区。
Linux桌面环境只是嵌入式linux的一个开发工具，开发环境而已。我们的目标不是学习linux服务器的配置和使用，linux服务器的高级配置和使用那是另外一个领域，不属于嵌入式linux讨论的范畴。我们进行嵌入式linux开发，只是把linux桌面环境当作一个工具，在linux桌面环境下运行嵌入式linux开发工具，例如gcc 编译器，make工具来开发我们的嵌入式linux应用程序而已，对于嵌入式开发工程师来说，没有必要花费那么多的精力和时间去研究linux桌面版和服务器的应用，只要能了解最基本的操作即可。现在的桌面linux系统的图形化界面做的也相当好，跟window具有相同的易用性能，例如ubuntu很多操作都可以在图形界面下完成，就没有必要去记每个linux命令了。熟悉linux桌面系统的使用和基本操作命令，安排1~2天时间学习基本就可以掌握了。

误区二、直接阅读linux内核源代码
很多想学linux，在连linux是什么东西，一点都还不会使用的情况下去就阅读linux内核源代码，花了大量时间去阅读《linux源码深度分析》、《linux情景分析等》等书。这样的结果很可能就是看的头昏眼花，不知所云，最后只能放弃了。这也是同学们学习嵌入式linux的一个误区，在有一定嵌入式linux开发基础后，带着一定的目的去阅读linux源代码，这样可以极大的提高你的技术能力，但是你在没有任何基础，对linux一点都不了解的情况下就去阅读linux内核源代码，无异于以卵击石，最后只能是撞个头破血流。

以上分析了同学们学习嵌入式linux 开发的2个误区，那么如何正确的嵌入式linux开发呢？

做任何事情都有一个循序渐进的过程，学习嵌入式linux也一样。在有了一定的嵌入式开发基础后，学习嵌入式linux开发比较适合的切入点是从嵌入式linux应用程序开发开始，即暂时先不去关心嵌入式硬件平台，不去关心linux的底层驱动，先把精力集中在现有的嵌入式linux平台上进行嵌入式linux应用程序设计开发。学习嵌入式linux开发绝不是看看书就可以学好的，需要多实践，编程调试；因为嵌入式开发不同于普通的基于PC机或服务器的应用程序开发，嵌入式开发的应用程序是要烧写到嵌入式板卡或开发板上运行的，所以首先你要给自己购买一块开发板，现在普遍流行的嵌入式开发板都是基于三星的ARM9 CPU S3C2440,性价比极高，在这里我推荐使用飞凌公司FL-2440 高性价比ARM9学习开发板，开发板资源丰富，稳定，同时配有大量的实验源码，视频教程和实验指导书。
有了开发板后，先后开始学习嵌入式linux开发环境搭建、嵌入式linux开发模型、linux内核移植和文件系统、嵌入式linux应用程序移植、嵌入式linux多进程，多线程应用程序设计、嵌入式linux网络编程，如果对嵌入式数据库或图形软件开发有兴趣的，可以进一步学习嵌入式linux数据库开发或基于QT的嵌入式linux图形应用软件设计。每学一章节都要通过相关实验来来验证你从书上学到的东西，同时提高自己编写代码，调试程序的能力。这个过程根据不同学员的基础不同，大概要花上1 ~ 2个月时间。学完这些课程后，你就有了再现有的嵌入式linux平台上进行应用程式设计开发的能力，到一些嵌入式软件公司去，能够胜任在现有的嵌入式linux平台上进行上层的应用程序开发工作。但是目前你还不能进行嵌入式linux系统和驱动的开发，也就是说，你现在只能在一个已经构建好的嵌入式linux平台上进行应用程序开发，而自己还没有能力根据实际需要去重新构建一个嵌入式linux平台。要让自己有能力根据实际需要重新构建一个嵌入式linux软硬件平台，这时候就需要进行下一阶段的学习了，即嵌入式linux系统和驱动开发。

三、嵌入式Linux系统和驱动开发

有了嵌入式linux平台上开发应用程序的基础，你已经对linux的功能、linux对应用程序提供的接口和系统调用有了一定的了解，知道如何利用linux提供的功能来进行应用程序开发，知道如何来使用设备驱动来进行应用程序设计，有了这些知识后，你就可以更深入的去学习Linux系统原理和基于Linux驱动的开发，Linux内核的裁剪，文件系统构，bootloader等等底层的知识了。
想要更深入学习嵌入式Linux系统和驱动开发，要学的内容非常多包括计算机软件、硬件、操作系统知识。这时候你可以参照以下的学习思路，因为嵌入式Linux系统和驱动的开发，和底层硬件联系非常紧密，所以首先我们从学习了解嵌入式硬件开始，包括：ARM体系架构、S3C2440微处理器接口设计、时钟系统、LCD屏接口、存储控制器及系统的存储空间分配、NAND FLASH接口和NOR FLASH接口等。对嵌入式系统硬件有了一定的了解后，接下来就可以开始学习bootloader了，理解bootloader的概念，功能，和原理，重点掌握U-BOOT的使用和移植。接下来就开始学习嵌入式linux内核机制，分析嵌入式Linux源码组成、内核的模块机制、内核进程管理、内存管理机制、linux的中断系统、Linux内核的移植等。有了内核的基础，就可以学习嵌入式Linux设备驱动开发了，重点掌握字符设备驱动开发，LCD屏设备驱动开发、触摸屏设备驱动开发、USB设备驱动开发，网卡设备驱动开发。学完这些知识点并通过相关实验验证后，嵌入式Linux系统和驱动的开发就算掌握了差不多了，能够胜任绝大部分基于linux平台的驱动开发工作了。学完这些知识点，根据学员的不同情况，一般需要花三个月到半年时间。通过这一阶段的学习，你在嵌入式Linux开发领域已经算是有了一定的功底，已经不再被人称为菜鸟了，已经进入嵌入式linux开发高手行列了。

四、更上一层楼
深入理解了嵌入式内核和驱动开发，这时候写个什么驱动对你已经没有什么问题了，开发过程中一些基本问题都难不倒你了。这是你可能想优化一下系统的性能，比如实时性，提高系统的启动速度，或者优化系统的内存管理机制，要达到修改内核核心机制的境界，你就需要去深入去研读linux内核源码了，参考《linux源码深度分析》、《linux情景分析等》等linux源码分析的书籍，深入理解linux各部分的实现机制和原理，以及可能存在的问题。你只有在深入理解现有代码和实现机制的基础上，才能提出更好的改进方案。如果你能达到这个境界，那你已经是高手中的高手，可以笑傲群雄了。

以上是笔者结合自己的嵌入式学习经历和嵌入式培训经验总结的一些嵌入式学习方法和步骤，这只是笔者对嵌入式学习的一些看法，希望对那些有兴趣学习嵌入式linux又不知道从哪开始学的同学们有所帮助。当然，每个人，每个同学的基础，各方面的情况都不一样，每个人都有自己适合的学习方式，本文章总结的一些学习方法和思路仅供参考，希望大家能找到适合自己的学习嵌入式开发的方式，早日进入嵌入式开发大门。
万丈高楼平地起，心动不如行动，有志从事嵌入式开发的同学不要再犹豫了，赶紧拿出实际行动，好好学习，为实现自己的伟大梦想而努力奋斗吧。

对嵌入式系统感兴趣或想学习嵌入式的朋友可以通过电子邮件或电话和我交流，联系方式到百度搜索南京凌嵌电子科技，进入公司网站后，有我的联系方式。因为有些论坛不让发联系方式，所以比较烦，呵呵：）