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如何学习arm linux

2019-07-12 22:44发布

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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

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