EmbeddedSoftwareLearn1/05-EmbeddedLinux

🟢 第五层：嵌入式 Linux 开发基础

嵌入式 Linux 是物联网、智能设备、工业控制等领域的核心技术之一。本层重点掌握从 Bootloader 到驱动的开发过程，理解 Linux 系统构成及其移植方法。

---

🔹 嵌入式 Linux 系统概览

📌 嵌入式 Linux 特点

• 可裁剪、可定制、模块化强
• 支持多种架构（ARM、MIPS、RISC-V 等）
• 社区支持强大（开源内核、驱动丰富）

📌 系统组成

[Bootloader] → [Kernel] → [Root File System] → [User Application]

• Bootloader：负责上电后硬件初始化、加载内核（如 U-Boot）
• Kernel：Linux 内核，管理硬件与系统资源
• RootFS：根文件系统，包含用户空间程序
• 应用层：运行用户程序、脚本、服务等

---

🔹 启动流程详解

📌 通用启动流程

Power On →
  BootROM →
    Bootloader (SPL/U-Boot) →
      Load & Decompress Kernel →
        Kernel 初始化 →
          挂载 RootFS →
            启动 init →
              Shell / App

📌 U-Boot（主流 Bootloader）

• 二阶段：SPL（初始化内存）+ U-Boot 本体
• 功能：串口输出、TFTP 下载、引导内核、环境变量配置等
• 命令示例：

setenv bootargs console=ttyS0 root=/dev/mmcblk0p2
tftp 0x80008000 zImage
bootz 0x80008000 - 0x83000000

---

🔹 设备树（Device Tree）

📌 基本概念

• 描述硬件资源的结构化信息
• 独立于内核源码，提高可移植性
• 文件类型：.dts（源文件）、.dtsi（包含文件）、.dtb（二进制）

📌 示例结构

uart1: serial@40011000 {
    compatible = "vendor,uart";
    reg = <0x40011000 0x400>;
    interrupts = <5>;
    status = "okay";
};

📌 编译设备树

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- dtbs

---

常用 Linux 命令与开发工具

文件与目录管理

命令	功能说明
ls -l	列出文件详细信息
cd /path	进入目录
cp source dest	拷贝文件/目录
mv old new	移动/重命名文件
rm -rf dir	删除文件或目录
mkdir name	创建新目录
find / grep	搜索文件/内容

权限与用户管理

命令	功能说明
chmod 755 file	修改权限（rwx）
chown user:group	更改文件拥有者
sudo	以管理员身份执行命令
whoami / id	查看当前用户信息

进程管理

命令	功能说明
ps / top	查看运行进程
kill PID	杀死某个进程
htop	进阶图形化进程管理工具
nice, renice	修改进程优先级

网络调试

命令	功能说明
ping	测试网络连通性
ifconfig / ip	配置 IP、MAC
netstat -anp	查看网络连接状态
scp, rsync	文件远程复制
ssh user@host	SSH 登录远程系统

设备与文件系统

命令	功能说明
mount / umount	挂载 / 卸载设备
df -h	查看磁盘空间使用情况
lsblk, blkid	查看块设备信息
`dmesg	tail`

软件包管理（针对开发板所用 Linux）

工具	说明
apt, opkg, yum	安装 / 卸载软件包
dpkg -i pkg.deb	安装本地 deb 包

Shell 脚本与自动化

• #!/bin/sh 或 #!/bin/bash：脚本头部声明
• 脚本权限设置：chmod +x script.sh
• 示例：

#!/bin/bash
for i in {1..5}
do
   echo "Test $i"
done

交叉编译相关命令（Makefile 环境）

命令/工具	说明
make	使用 Makefile 构建
arm-linux-gcc	使用交叉编译器编译
file a.out	查看可执行文件平台架构

---

🔹 Linux 驱动开发模型

📌 驱动分层模型

[硬件设备] ←→ [总线] ←→ [Device] ←→ [Driver] ←→ [内核]

• 总线（bus）：如 platform、i2c、spi 总线
• 设备（device）：描述具体外设
• 驱动（driver）：实现对设备的控制逻辑

📌 字符设备驱动框架

struct file_operations fops = {
    .open = my_open,
    .read = my_read,
    .write = my_write,
    .release = my_release,
};

int major = register_chrdev(0, "mydev", &fops);

📌 平台驱动开发流程

1. 定义 platform_device
2. 编写并注册 platform_driver
3. 通过 of_match_table 匹配设备树节点
4. 实现 probe/remove 等接口

---

🔹 根文件系统构建

📌 常见文件系统类型

• ext3/ext4：标准 Linux 文件系统
• squashfs：只读压缩文件系统，适合嵌入式
• initramfs：内存文件系统

📌 文件系统布局（典型）

/
├── bin/       → 常用命令
├── sbin/      → 系统工具
├── etc/       → 配置文件
├── dev/       → 设备节点
├── lib/       → 库文件
├── proc/      → 内核虚拟文件系统
├── sys/       → 设备/驱动信息
├── usr/       → 用户软件
├── tmp/       → 临时目录
└── home/      → 用户主目录

📌 构建方式

• BusyBox + 自制文件结构
• Buildroot：快速构建定制系统
• Yocto：更灵活、工业级构建方案

---

🔹 工具链与调试手段

📌 交叉编译工具链

• gcc-arm-linux-gnueabi
• arm-none-eabi-gcc
• 使用环境变量指定：

export CROSS_COMPILE=arm-linux-

📌 GDB 调试

• GDB Server + Remote Debug

gdb-multiarch vmlinux
target remote :1234

📌 常用调试工具

工具	用途
GDB	程序级调试
strace	跟踪系统调用
dmesg	内核日志查看
ldd	查看依赖的库文件
top / htop	查看系统资源使用情况
lsmod/insmod	加载/查看内核模块

---

🔹 常见开发平台

平台	特点
Raspberry Pi	社区活跃，支持 Linux 全栈
Allwinner / Rockchip	国产主控，适配良好
BeagleBone	支持 PRU、实时协处理器
STM32MP1	支持 Linux + Cortex-M 协同

---

🔚 小结

嵌入式 Linux 是从单片机迈向高性能系统开发的核心门槛，掌握其启动流程、设备树结构与驱动框架是后续学习内核裁剪、系统移植与 IoT 平台开发的基础。