🟢 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
🔹 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
- 定义
platform_device - 编写并注册
platform_driver - 通过
of_match_table匹配设备树节点 - 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。