【超详细】韦东山:嵌入式Linux学习路线图

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我是1999年上的大学,物理专业。在大一时,我们班里普遍弥漫着对未来的不安,不知道学习了物理后出去能做什么。你当下的经历、当下的学习,在未来的一天肯定会影响到你。毕业后我们也各自找到了自己的职业:出国深造转行做金融、留校任教做科研、设计芯片、写程序、创办公司等等,这一切都离不开在校时学到的基础技能(数学、IT、电子电路)、受过煅炼的自学能力。

所以,各位正在迷茫的在校生,各位正在尝试转行的程序员,未来一定有你的位置,是好是坏取决于你当下的努力与积累。

我不能预言几年后什么行业会热门,也不能保证你照着本文学习可以发财。我只是一个有十几年经验的程序员,给对编程有兴趣的你,提供一些建议。

程序员的三大方向

程序员的方向,一般可以分为3类:专业领域业务领域操作系统领域。你了解它们后,按兴趣选择吧。对于专业领域,我提供不了建议。业务,也就是应用程序,它跟操作系统并不是截然分开的:

①开发实体产品时,应用程序写得好的人,有时候需要操作系统的知识,比如调度优先级

的设置、知道某些函数可能会令进程休眠。

②写应用程序的人进阶为系统工程师时,他需要从上到下都了解,这时候就需要有操作

系统领域的知识了,否则,你怎么设计整个系统的方案呢?

③做应用程序的人,需要了解行业的需求,理解业务的逻辑。所以,当领导的人,多是

做应用的。一旦钻入了某个行业,很难换行业。

④而操作系统领域,做好了这是通杀各行业:他只负责底层系统,在上面开发什么业务跟

他没关系。这行很多是技术宅,行业专家。

⑤操作系统和业务之间并没有一个界线。有操作系统经验,再去做应用,你会对系统知

根知底,碰到问题时都有解决思路。有了业务经验,你再了解一下操作系统,很快就可组成一个团队自立门户,至少做个CTO没问题。

专业领域

它又可以分为下面2类。

学术研究

比如语音、图像处理、人工智能,这类工作需要你有比较强的理论知识,我倾向于认为这类人是“科学家”,他们钻研多年,很多时候是在做学术研究。

在嵌入式领域,需要把他们的成果用某种算法表达出来,针对某种芯片进行优化,这部分工作也许有专人来做。

工程实现

也有这样一类人,他们懂得这些专业领域的概念,但是没有深入钻研。可以使用各类开源资料实现某个目标,做出产品。比如图像处理,他懂得用opencv里几百个复杂函数来实现头像识别。有时候还可以根据具体芯片来优化这些函数。

“专业领域”不是我的菜,如果你要做这一块,我想最好的入门方法是在学校学习研究生、博士课程。

业务领域

换句话说,就是应用程序,这又可以分为下面2类。

界面显示

做产品当然需要好的界面,但是,不是说它不重要,是没什么发展后劲。

现在的热门词是Android

APP和IOS APP开发。你不要被Android、IOS两个词骗了,它们跟以前的VC、VB是同一路货色,只是、仅仅是一套GUI控件的实现。

希望没有冒犯到你,我有理由。

一个程序需要有GUI界面,但是程序的内在逻辑才是核心。Android、IOS的开发工具给我们简化了GUI的开发,并提供了这些控件的交互机制,封装并提供了一些服务(比如网络传输)。

但是程序内部的业务逻辑、对视频图像声音的处理等等,这才是核心。另外别忘了服务器那边的后台程序:怎样更安全地保存数据、保护客户的隐私,怎样处理成千上万上百万的并发访问,等等,这也是核心。

但是,从Android、IOS APP入门入行,这很快!如果你是大四,急于找到一份工作,那么花上1、2个月去学习Android或IOS,应该容易找到工作,毕竟APP的需求永远是最大的,现在这两门技术还算热门。在2011、2012年左右,Android程序员的起薪挺高,然后开始下滑。Android APP的入门基本只要1个月,所以懂的人也越来越多。2013、2014年,IOS开发的工资明显比Android高了,于是各类IOS培训也火曝起来。中华大地向来不缺速成人才,估计再过一阵子IOS工程师也是白菜价了。会Android、IOS只是基本要求,不信去51job搜搜Android或IOS,职位要求里肯定其他要求。

业务逻辑

举个简单例子,做一个打卡软件,你需要考虑这些东西:

①正常流程是上班下班时都要打卡

②有人忘记了怎么办?作为异常记录在案,推送给管理员

③请假时怎么处理?

④加班怎么处理?

对于更复杂的例子,视频会议系统里,各个模块怎么对接,各类协议怎么兼容,你不深入这个行业,你根本搞不清楚。

应用开发的职位永远是最多的,入门门槛也低。基本上只要你会C语言,面试时表现比较得体,一般公司都会给你机会。因为:

①你进公司后,还需要重新培训你:熟悉它们的业务逻辑。

②你要做的,基本也就是一个个模块,框架都有人给你定好了,你去填代码就可以了。

说点让你高兴的事:软件公司里,做领导的基本都是写应用程序的(当然还有做市场的)。写应用程序的人,对外可以研究市场接待客户,对内可以管理程序员完成开发,不让他做领导让谁做?如果你的志向是写应用程序,那么我建议你先练好基本功:数据结构、算法是必备,然后凭兴趣选择数据库、网络编程等等进行深入钻研。最后,选择你看好的、感兴趣的行业深耕个10年吧。做应用开发的人选择了某个行业,后面是很难换行业的,选行很重要!

操作系统领域

UCOS太简单,VxWorks太贵太专业,Windows不玩嵌入式了,IOS不开源,所以对于操作系统领域我们也只能玩Linux了。

在嵌入式领域Linux一家独大!

Android呢?Android跟QT一样,都是一套GUI系统。只是Google的实力太强了,现在Android无处不在,所以很多时候Linux+Android成了标配。注意,在这里我们关心的是Android的整个系统、里面的机制,而不是学习几个API然后开发界面程序。

操作系统领域所包含的内容,简单地说,就是制作出一台装好系统的专用“电脑”,可以分为:

①为产品规划硬件:

按需求、性能、成本选择主芯片,搭配周边外设,交由硬件开发人员设计。

②给单板制作、安装操作系统、编写驱动

③定制维护、升级等系统方案

④还可能要配置、安装Android等GUI系统:

⑤为应用开发人员配置开发环境

⑥从系统角度解决疑难问题

这个领域,通常被称为“底层系统”或是“驱动开发”。

先解决2个常见误区:

①这份工作是写驱动程序吗?

看看上面罗列的6点,应该说,它包含驱动开发,但远远不只有驱动开发。

②我们还需要写驱动吗?不是有原厂吗?或者只需要改改就可以?

经常有人说,芯片原厂都做好驱动了,拿过来改改就可以了。如果,你的硬件跟原厂的公板完全一样,原厂源码毫无BUG,不想优化性能、削减成本,不想做一些有特色的产品,那这话是正确的。

但是在这个不创新就是找死的年代,可能吗?!原因有二:

①即使只是修改代码,能修改的前提是能理解;能理解的最好煅炼方法是从零写出若干

驱动程序

②很多时候,需要你深度定制系统。

以前做联发科手机只需要改改界面就可以出货了,现在山寨厂一批批倒下。大家都使用原厂的方案而不加修改时,最后只能拼成本。举个例子,深圳有2家做交通摄像头、监控摄像头的厂家,他们曾经找我做过4个项目:

①改进厂家给的SD卡驱动性能,使用DMA。

②换了Flash型号后,系统经常出问题,需要修改驱动BUG。

③触摸屏点击不准,找原因,后来发现是旁路电容导致的。

④裁减成本,把4片DDR换为2片DDR,需要改bootloader对DDR的初始化。

这些项目都很急,搞不定就无法出货,这时候找原厂?除非你是中兴华为等大客户,否则谁理你?

我在中兴公司上班时,写驱动的时间其实是很少的,大部分时间是调试:系统调优,上帮APP工程师、下帮硬件工程师查找问题。我们从厂家、网上得到的源码,很多都是标准的,当然可以直接用。但是在你的产品上也许优化一下更好。比如我们可以把摄像头驱动和DMA驱动揉合起来,让摄像头的数据直接通过DMA发到DSP去。

我们可以在软件和硬件之间起桥梁作用,对于实体产品,有可能是软件出问题也可能是硬件出问题,一般是底层系统工程师比较容易找出问题。当硬件、软件应用出现问题,他们解决不了时,从底层软件角度给他们出主意,给他们提供工具。再比如方案选择:芯片性能能否达标、可用的BSP是否完善等等,这只能由负责整个方案的人来考虑,他必须懂底层。

在操作系统领域,对知识的要求很多:

①懂硬件知识才能看懂电路图

②英文好会看芯片手册

③有编写、移植驱动程序的能力

④对操作系统本身有一定的理解,才能解决各类疑难问题

⑤理解Android内部机制

⑥懂汇编、C语言、C++、JAVA

它绝对是一个大坑,没有兴趣、没有毅力的人慎选。

①这行的入门,绝对需要半年以上,即使全天学习也要半年。

②它的职位,绝对比APP的职位少

③并且你没有1、2年经验,招你到公司后一开始你做的还是APP。

优点就是

①学好后,行业通杀,想换行就换行;想自己做产品就自己做产品。

②相比做应用程序的人,不会被经常变动的需求搞得天天加班。

③门槛高,当然薪水相对就高。

操作系统领域,我认为适合于这些人:

①硬件工程师想转软件工程师,从底层软件入门会比较好

②单片机工程师,想升级一下。会Linux底层的人肯定会单片机,会单片机的人不一定

会Linux。

③时间充足的学生:如果你正读大二大三,那么花上半年学习嵌入式Linux底层多有益处。

④想掌握整个系统的人,比如你正在公司里写APP,但是想升为系统工程师,那么底层

不得不学。

⑤想自己创业做实体产品的工程师,你有钱的话什么技术都不用学,但是如果没钱又想

做产品,那么Linux底层不得不学。

⑥做Linux APP的人,没错,他们也要学习。

这部分人不需要深入,了解个大概就可以:bootloader是用来启动内核,Linux的文件系统(第1个程序是什么、做什么、各目录干嘛用)、APP跟驱动程序的调用关系、工具链,有这些概念就可以了

本文中,就把操作系统默认为Linux,讲讲怎么学习嵌入式Linux+Android系统。

嵌入式Linux+Android系统包含哪些内容

嵌入式Linux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?

当然运行应用程序以便上网、聊天什么的了。

这些上网程序、聊天程序在哪?

在C盘、D盘上。

所以,windows要先识别出C盘、D盘。在Linux下我们称之为根文件系统。

③windows能识别出C盘、D盘,那么肯定有读写硬盘的能力。

这个能力我们称之为驱动程序。当然不仅仅是操作硬盘,还有网卡、USB等等其他硬件。

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。

简单地说,嵌入式LINUX系统里含有bootloader、内核、驱动程序、根文件系统、应用程序这5大块。而应用程序,我们又可以分为:C/C++、Android。

所以,嵌入式Linux+Android系统包含以下6部分内容:

①bootloader

②Linux内核

③驱动程序

④使用C/C++编写的应用程序

⑤Android系统本身

⑥Android应用程序

Android跟Linux的联系实在太大了,它的应用是如此广泛,学习了Linux之后没有理由停下来不学习Android。在大多数智能设备中,运行的是Linux操作系统;它上面要么安装有Android,要么可以跟Android手机互联。现在,Linux+Android已成标配

怎么学习嵌入式Linux操作系统

本文假设您是零基础,以实用为主,用最快的时间让你入门;后面也会附上想深入学习时可以参考的资料。在实际工作中,我们从事的是“操作系统”周边的开发,并不会太深入学习、修改操作系统本身。

①操作系统具有进程管理、存储管理、文件管理和设备管理等功能,这些核心功能非常

稳定可靠,基本上不需要我们修改代码。我们只需要针对自己的硬件完善驱动程序

②学习驱动时必定会涉及其他知识,比如存储管理、进程调度。当你深入理解了驱动程

序后,也会加深对操作系统其他部分的理解

③Linux内核中大部分代码都是设备驱动程序,可以认为Linux内核由各类驱动构成

但是,要成为该领域的高手,一定要深入理解Linux操作系统本身,要去研读它的源代码。

在忙完工作,闲暇之余,可以看看这些书:

①赵炯的《linux内核完全注释》,这本比较薄,推荐这本。他后来又出了《Linux内核

完全剖析》,太厚了,搞不好看了后面就忘记前面了。

②毛德操、胡希明的《LINUX核心源代码情景分析》,此书分上下册,巨厚无比。当作

字典看即可:想深入理解某方面的知识,就去看某章节。

③其他好书还有很多,我没怎么看,没有更多建议

基于快速入门,上手工作的目的,您先不用看上面的书,先按本文学习

入门路线图

假设您是零基础,我们规划了如下入门路线图。


前面的知识,是后面知识的基础,建议按顺序学习。每一部分,不一定需要学得很深入透彻,下面分章节描述。

学习驱动程序之前的基础知识

C语言

只要是理工科专业的,似乎都会教C语言。我见过很多C语言考试90、100分的一上机就傻了,我怀疑他们都没在电脑上写过程序。

理论再好,没有实践不能干活的话,公司招你去干嘛?

反过来,实践出真知,学习C语言,必须练练练、写写写!

当你掌握基本语法后,就可以在电脑上练习一些C语言习题了;

当你写过几个C程序后,就可以进入下一阶段的裸机开发了。

①不需要太深入

作为快速入门,只要你会编写“Hello, world!”,会写冒泡排序,会一些基础的语法操作,暂时就够了。指针操作是重点,多练习;

不需要去学习过多的数据结构知识,只需要掌握链表操作,其他不用学习,比如:队列、二叉树等等都不用学;不需要去学习任何的函数使用,比如文件操作、多线程编程、网络编程等等;这些知识,在编写Linux应用程序时会用,但是在操作系统特别是驱动学习时,用不着!永往直前吧,以后碰到不懂的C语言问题,我们再回过头来学习。

在后续的“裸机开发”中,会让你继续练习C语言,那会更实战化。

C语言是在写代码中精进的。

②可以在Visual Studio下学习,也可以在Linux下学习,后者需要掌握一些编译命令

我们暂时没有提供C语言的教程,找一本C语言书,网上找找免费的C语言视频(主要看怎么搭建环境),就可以自学了。

PC Linux基本操作:

对于PC Linux,我们推荐使用Ubuntu,在它上面安装软件非常简便。

我们的工作模式通常是这样:在Windows下阅读、编写代码,然后把代码上传到PC Linux去编译。实际上,Ubuntu的桌面系统已经很好用了,我们拿到各种智能机可以很快上手,相信Ubuntu的桌面系统也可以让你很快上手。为了提高工作效率,我们通常使用命令行来操作Ubuntu。不用担心,你前期只需要掌握这几条命令就可以了,它们是如此简单,我干脆列出它们:

①cd : Change

Directory(改变目录)

cd目录名//进入某个目录

cd ..// cd“两个点”:返回上一级目录

cd -// cd“短横”:返回上一次所在目录

②pwd : Print Work Directory(打印当前目录 显示出当前工作目录的绝对路径)

③mkdir : Make

Directory(创建目录)

mkdir abc//创建文件夹abc

mkdir -p a/b/c//创建文件夹a,再a下创建文件夹b,再在b下创建文件夹c

④rm : Remove(删除目录或文件)

rmfile//删除名为file的文件

rm -rf dir//删除名为dir的目录

⑤ls : List(列出目录内容)

⑥mount :挂载

mount -t nfs -o nolock,vers=2 192.168.1.123:/work/nfs_root /mnt

mount -t yaffs /dev/mtdblock3 /mnt

⑦chown : Change

owner(改变文件的属主,即拥有者)

chown book:book /work -R//对/work目录及其下所有内容,属主改为book用户,组改为book

⑧chmod : Change mode(改变权限),下面的例子很简单粗暴

chmod 777 /work -R//对/work目录及其下所有内容,权限改为可读、可写、可执行

⑨vi : Linux下最常用的编辑命令,使用稍微复杂,请自己搜索用法。

要练习这些命令,你可以进入Ubuntu桌面系统后,打开终端输入那些命令;或是用SecureCRT、putty等工具远程登录Ubuntu后练习。

硬件知识

我们学习硬件知识的目的在于能看懂原理图,看懂通信协议,看懂芯片手册;不求能设计原理图,更不求能设计电路板。对于正统的方法,你应该这样学习:

①学习《微机原理》,理解一个计算机的组成及各个部件的交互原理。

②学习《数字电路》,理解各种门电路的原理及使用,还可以掌握一些逻辑运算(与、或等)。

③《模拟电路》?好吧,这个不用学,至少我在工作中基本用不到它,现在全忘光了。

就我个人经验来说,这些课程是有用的,但是:

①原理有用,实战性不强。

比如《微机原理》是基于x86系统,跟ARM板子有很大差别,当然原理相通。

我是在接触嵌入式编程后,才理解了这些课程。

②每本书都那么厚,内容都很多,学习时间过长,自学有难度。

针对这些校园教材的不足,并结合实际开发过程中要用到的知识点,我们推出了《学前班_怎么看原理图》的系列视频:

学前班第1课第1节_怎么看原理图之GPIO和门电路.wmv

学前班第1课第2.1节_怎么看原理图之协议类接口之UART.wmv

学前班第1课第2.2节_怎么看原理图之协议类接口之I2C.wmv

学前班第1课第2.3节_怎么看原理图之协议类接口之SPI.wmv

学前班第1课第2.4节_怎么看原理图之协议类接口之NAND Flash.wmv

学前班第1课第2.5节_怎么看原理图之协议类接口之LCD.wmv

学前班第1课第3节_怎么看原理图之内存类接口.wmv

学前班第1课第4.1节_怎么看原理图之分析S3C2410开发板.wmv

学前班第1课第4.2节_怎么看原理图之分析S3C2440开发板.wmv

学前班第1课第4.3节_怎么看原理图之分析S3C6410开发板.wmv

即使你只具备初中物理课的电路知识,我也希望能通过这些视频,让你可以看懂原理图,理解一些常见的通信协议;如果你想掌握更多的硬件知识,这些视频也可以起个索引作用,让你知道缺乏什么知识。这些视频所讲到的硬件知识,将在《裸板开发》系列视频中用到,到时可以相互对照着看,加深理解。

要不要专门学习Windows下的单片机开发

很多学校都开通了单片机的课程,很多人都是从51单片机、AVR单片机,现在比较新的STM32单片机开始接触嵌入式领域,并且使用Windows下的开发软件,比如keil、MDK等。

问题来了,要不要专门学习Windows下的单片机开发?

①如果这是你们专业的必修课,那就学吧

②如果你的专业跟单片机密切相关,比如机械控制等,那就学吧

③如果你只是想从单片机入门,然后学习更广阔的嵌入式Linux,那么放弃在Windows

学习单片机吧!理由如下:

①Windows下的单片机学习,深度不够

Windows下有很好的图形界面单片机开发软件,比如keil、MDK等。

它们封装了很多技术细节,比如:

你只会从main函数开始编写代码,却不知道上电后第1条代码是怎么执行的;

你可以编写中断处理函数,但是却不知道它是怎么被调用的;

你不知道程序怎么从Flash上被读入内存;

也不知道内存是怎么划分使用的,不知道栈在哪、堆在哪;

当你想裁剪程序降低对Flash、内存的使用时,你无从下手;

当你新建一个文件时,它被自动加入到工程里,但是其中的机理你完全不懂;

等等等。

②基于ARM+Linux裸机学习,可以学得更深,并且更贴合后续的Linux学习。

实际上它就是Linux下的单片机学习,只是一切更加原始:所有的代码需要你自己来编写;哪些文件加入工程,需要你自己来管理。在工作中,我们当然倾向于使用Windows下更便利的工具,但是在学习阶段,我们更想学习到程序的本质。一切从零编写代码、管理代码,可以让我们学习到更多知识:

你需要了解芯片的上电启动过程,知道第1条代码如何运行;

你需要掌握怎么把程序从Flash上读入内存;

需要理解内存怎么规划使用,比如栈在哪,堆在哪;

需要理解代码重定位;

需要知道中断发生后,软硬件怎么保护现场、跳到中断入口、调用中断程序、恢复现场;

你会知道,main函数不是我们编写的第1个函数;

你会知道,芯片从上电开始,程序是怎么被搬运执行的;

你会知道,函数调用过程中,参数是如何传递的;

你会知道,中断发生时,每一个寄存器的值都要小心对待;

等等等。

你掌握了ARM+Linux的裸机开发,再回去看Windows下的单片机开发,会惊呼:怎么那么简单!并且你会完全明白这些工具没有向你展示的技术细节。

驱动程序=Linux驱动程序软件框架+ARM开发板硬件操作,我们可以从简单的裸机开发入手,先掌握硬件操作,并且还可以:

①掌握如何在PC Linux下编译程序、把程序烧录到板子上并运行它

②为学习bootloader打基础:掌握了各种硬件操作后,后面一组合就是一个bootloader

为什么选择ARM9 S3C2440开发板,而不是其他性能更好的?

有一个错误的概念:S3C2440过时了、ARM9过时了。

这是不对的,如果你是软件工程师,无论是ARM9、ARM11、A8还是A9,对我们来说是没有差别的。一款芯片,上面有CPU,还有众多的片上设备(比如UART、USB、LCD控制器)。我们写程序时,并不涉及CPU,只是去操作那些片上设备。

所以:差别在于片上设备,不在于CPU核;差别在于寄存器操作不一样。

因为我们写驱动并不涉及CPU的核心,只是操作CPU之外的设备,只是读写这些设备的寄存器。之所以推荐S3C2440,是因为它的Linux学习资料最丰富,并有配套的第1、2期视频。

怎么学习ARM+Linux的裸机开发

学习裸机开发的目的有两个:

①掌握裸机程序的结构,为后续的u-boot作准备

②练习硬件知识,即:怎么看原理图、芯片手册,怎么写代码来操作硬件

后面的u-boot可以认为是裸机程序的集合,我们在裸机开发中逐个掌握各个部件,再集合起来就可以得到一个u-boot了。后续的驱动开发,也涉及硬件操作,你可以在裸机开发中学习硬件知识。

注意:如果你并不关心裸机的程序结构,不关心bootloader的实现,这部分是可以先略过的。在后面的驱动视频中,我们也会重新讲解所涉及的硬件知识。

推荐两本书:杜春蕾的《ARM体系结构与编程》,韦东山的《嵌入式Linux应用开发完全手册》。后者也许是国内第1本涉及在PC Linux环境下开发的ARM裸机程序的书,如果我说错了,请原谅我书读得少。

对于裸机开发,我们提供有2部分视频:

①环境搭建

第0课第1节_刚接触开发板之接口接线.wmv

第0课第2节_刚接触开发板之烧写裸板程序.wmv

第0课第3节_刚接触开发板之重烧整个系统.wmv

第0课第4节_刚接触开发板之使用vmware和预先做好的ubuntu.wmv

第0课第5节_刚接触开发板之u-boot打补丁编译使用及建sourceinsight工程.wmv

第0课第6节_刚接触开发板之内核u-boot打补丁编译使用及建sourceinsight工程.wmv

第0课第7节_刚接触开发板之制作根文件系统及初试驱动.wmv

第0课第8节_在TQ2440,MINI2440上搭建视频所用系统.wmv

第0课第9节_win7下不能使用dnw烧写的替代方法.wmv

②裸机程序开发

第1课 环境搭建及工具、概念介绍.wmv

第2课GPIO实验.wmv

第3课 存储管理器实验.wmv

第4课MMU实验.wmv

第5课NAND FLASH控制器.wmv

第6课 中断控制器.wmv

第7课 系统时钟和UART实验.wmv

第8课LCD实验.wmv

要声明的是:

录制上述《裸机程序开发》视频时,本意是结合《嵌入式Linux应用开发完全手册》的《第2篇ARM9嵌入式系统基础实例篇》来讲解,所以视频里没有完全从零编写代码,需要结合书本来学习。

①书和视频并不是完全配套的,不要照搬,其中的差异并不难解决。

《嵌入式Linux应用开发完全手册》发表于2008年,使用了很多款开发板,并且那时的开发板配置较低(Nand Flash是64M);《裸机程序开发》视频使用JZ2440开发板录制。

②书和视频,适用于所有S3C2440开发板,包括mini2440、tq2440等

天下S3C2440配置都是相似的,基本也就是LED、按键所用引脚不同,LCD型号不同;你学习了书、视频,如果连这些差异都搞不定的话,那就是你我的失败了。

学习方法是这样的:

①先看《环境搭建》视频来搭建开发环境

②书(第2篇)和视频(裸机程序开发)结合,看完一章,练习一章

一定要编写代码,即使是照抄也要写。

③如果对于ARM架构相关的知识,觉得模糊或是想了解得更深入,参考《ARM体系结构与编程》

学习程度:

①理解一个裸机程序的必要结构:异常向量、硬件初始化、代码重定位、栈

②知道如何操作GPIO、Flash、LCD、触摸屏等硬件

③很多人觉得MMU难以理解,可以放过它

bootloader的学习

bootloader有很多种,vivi、u-boot等等,最常用的是u-boot。

u-boot功能强大、源码比较多,对于编程经验不丰富、阅读代码经验不丰富的人,一开始可能会觉得难以掌握。但是,u-boot的主要功能就是:启动内核。它涉及:读取内核到内存、设置启动参数、启动内核。按照这个主线,我们尝试自己从零编写一个bootloader,这个程序相对简单,可以让我们快速理解u-boot主要功能的实现。

从零编写bootloader的视频有:

毕业班第1课第1.1节_自己写bootloader之编写第1阶段.wmv

毕业班第1课第1.2节_自己写bootloader之编写第2阶段.wmv

毕业班第1课第2节_自己写bootloader之编译测试.wmv

毕业班第1课第3节_自己写bootloader之改进.wmv

分析u-boot 1.1.6的视频有:

第9课第1节u-boot分析之编译体验.wmv

第9课第2节u-boot分析之Makefile结构分析.wmv

第9课第3节u-boot分析之源码第1阶段.wmv

第9课第3节u-boot分析之源码第2阶段.wmv

第9课第4节u-boot分析之u-boot命令实现.wmv

第9课第5节u-boot分析_uboot启动内核.wmv

移植一个全新u-boot的视频有:

毕业班第2课第1节_移植最新u-boot之初试.wmv

毕业班第2课第2.1节_移植最新u-boot之分析启动过程之概述.wmv

毕业班第2课第2.2节_移植最新u-boot之分析启动过程之内存分布.wmv

毕业班第2课第2.3节_移植最新u-boot之分析启动过程之重定位.wmv

毕业班第2课第3.1节_移植最新u-boot之修改代码之建新板_时钟_SDRAM_UART.wmv

毕业班第2课第3.2节_移植最新u-boot之修改代码支持NAND启动.wmv

毕业班第2课第3.3节_移植最新u-boot之修改代码支持NorFlash.wmv

毕业班第2课第3.4节_移植最新u-boot之修改代码支持NandFlash.wmv

毕业班第2课第3.5节_移植最新u-boot之修改代码支持DM9000网卡.wmv

毕业班第2课第4.1节_移植最新u-boot之裁剪和修改默认参数.wmv

毕业班第2课第4.2节_移植最新u-boot支持烧写yaffs映象及制作补丁.wmv

《嵌入式Linux应用开发完全手册》上对u-boot的讲解有如下章节:

15.1Bootloader简介

15.1.1Bootloader的概念

15.1.2Bootloader的结构和启动过程

15.1.3常用Bootloader介绍

15.2U-Boot分析与移植

15.2.1 U-Boot工程简介

15.2.2 U-Boot源码结构

15.2.3 U-Boot的配置、编译、连接过程

15.2.4 U-Boot的启动过程源码分析

15.2.5 U-Boot的移植

15.2.6 U-Boot的常用命令

15.2.7使用U-Boot来执行程序

学习方法如下:

①先学习《从零编写bootloader的视频》,这可以从最少的代码理解bootloader的主要功能

②再看书上对u-boot的讲解,并结合《分析u-boot 1.1.6的视频》来理解

③最后,有时间有兴趣的话,看《移植一个全新u-boot的视频》,这不是必须的。

学习程度:

①理解u-boot的启动过程,特别是u-boot代码重定位:怎么从Flash上把自己读入内存

②理解u-boot的核心:命令

③知道bootloader如何给内核传递参数

④知道bootloader是根据“bootcmd”指定的命令启动内核

⑤作为入门:只求理解,不要求能移植u-boot

Linux内核的学习

前面说过,内核本身不是我们学习的重点,但是了解一下内核的启动过程,还是很有必要的:工作中有可能要修改内核以适配硬件,掌握了启动过程才知道去修改哪些文件。

分析内核的视频有:

第10课第1节 内核启动流程分析之编译体验.wmv

第10课第2节 内核启动流程分析之配置.wmv

第10课第3节 内核启动流程分析之Makefile.wmv

第10课第4节 内核启动流程分析之内核启动.wmv

移植内核的视频有:

业班第3课第1节_移植3.4.2内核之框架介绍及简单修改.wmv

毕业班第3课第2节_移植3.4.2内核之修改分区及制作根文件系统.wmv

毕业班第3课第3节_移植3.4.2内核之支持yaffs文件系统.wmv

毕业班第3课第4节_移植3.4.2内核之裁剪及ECC简介及制作补丁.wmv

《嵌入式Linux应用开发完全手册》上对内核的讲解有如下章节:

16.1Linux版本及特点

16.2Linux移植准备

16.2.1获取内核源码

16.2.2内核源码结构及Makefile分析

16.2.3内核的Kconfig分析

16.2.4Linux内核配置选项

16.3Linux内核移植

16.3.1Linux内核启动过程概述

16.3.2修改内核以支持S3C2410/S3C2440开发板

16.3.3修改MTD分区

16.3.4移植YAFFS文件系统

16.3.5编译、烧写、启动内核

学习方法如下:

①先看书,并结合《分析内核的视频》进行理解

②如果有兴趣,再根据《移植内核的视频》自己掌握移植内核,这不是必须的

学习程度:

①知道机器ID的作用,根据机器ID找到单板对应的文件

②知道Makefile、Kconfig的作用,知道怎么简单地配置内核

③知道怎么修改分区

④作为入门:只求理解,不要求能移植

根文件系统

在驱动程序开发阶段,我们喜欢搭建一个最小根文件系统来调试驱动;

在开发应用程序时,也需要搭建文件系统,把各种库、配置文件放进去;

在发布产品时,你还需要修改配置文件,使得产品可以自动运行程序;

甚至你想实现插上U盘后自动启动某个程序,这也要要修改配置文件;

这一切,都需要你理解根文件系统的构成,理解内核启动后是根据什么配置文件来启动哪些应用程序。

分析根文件系统的视频有:

第11课第1节 构建根文件系统之启动第1个程序.wmv

第11课第2节 构建根文件系统之init进程分析.wmv

第11课第3节 构建根文件系统之busybox.wmv

第11课第4节 构建根文件系统之构建根文件系统.wmv

《嵌入式Linux应用开发完全手册》上对文件系统的讲解有如下章节:

17.1Linux文件系统概述

17.1.1Linux文件系统的特点

17.1.2Linux根文件系统目录结构

17.1.3Linux文件属性介绍

17.2移植Busybox

17.2.1Busybox概述

17.2.2init进程介绍及用户程序启动过程

17.2.3编译/安装Busybox

17.3使用glibc库

17.3.1glibc库的组成

17.3.2安装glibc库

17.4构建根文件系统

17.4.1构建etc目录

17.4.2构建dev目录

17.4.3构建其他目录

17.4.4制作/使用yaffs文件系统映象文件

17.4.5制作/使用jffs2文件系统映象文件

学习方法:结合书和视频学习。

学习程度:

①理解配置文件的作用

②知道根文件系统中lib里的文件来自哪里

③可以制作、烧写文件系统映象文件

驱动程序的学习

《嵌入式Linux应用开发完全手册》对驱动程序的讲解不多,我们推出的“韦东山Linux视频第2期_驱动现场编写调试”,可以认为完全脱离了书本。

所以,驱动程序的学习完全按照视频来就可以了。

第2期的视频,对每一个驱动,先讲解硬件原理,然后从零写代码,从简单到复杂,逐渐完善它的功能。我们不会罗列专业术语,会参考日常生活的例子,力争用最形象的比喻让你轻松入门,同时又会很深入。

注意:我们可以让你入门时很轻松,但是要深入理解的话,这需要你跟着视频练习代码,这是个要慢慢思考的过程,不会轻松。

轻松的话,凭什么拿高工资?

再次申明:即使照抄也要写代码!很多人视频看得很高兴,但是写代码时就傻了。

经典字符设备驱动程序

视频中以LED、按键驱动为例,讲解并练习开发过程中碰到的机制:查询、休眠-唤醒、中断、异步通知、poll、同步、互斥等等。后续更复杂的驱动程序,就是在这些机制的基础上,根据硬件特性设计出精巧的软件框架。相关的视频有(文件名中带“_P”的属于第2期加密视频):

第12课第1节字符设备驱动程序之概念介绍.wmv

第12课第2.1节 字符设备驱动程序之LED驱动程序_编写编译.wmv

第12课第2.2节 字符设备驱动程序之LED驱动程序_测试改进.wmv

第12课第2.3节 字符设备驱动程序之LED驱动程序_操作LED.wmv

第12课第3节字符设备驱动程序之查询方式的按键驱动程序.wmv

第12课第4.1节 字符设备驱动程序之中断方式的按键驱动_Linux异常处理结构.wmv

第12课第4.2节 字符设备驱动程序之中断方式的按键驱动_Linux中断处理结构.wmv

第12课第4.3节 字符设备驱动程序之中断方式的按键驱动_编写代码.wmv

第12课第5节字符设备驱动程序之poll机制.wmv

第12课第6节字符设备驱动程序之异步通知.wmv

第12课第7节字符设备驱动程序之同步互斥阻塞.wmv

第12课第8节字符设备驱动程序之定时器防抖动_P.wmv

第13课第1节输入子系统概念介绍_P.wmv

第13课第2节输入子系统第编写驱动程序_P.wmv

《嵌入式Linux应用开发完全手册》上对字符设备驱动程序的讲解有如下章节:

第19章字符设备驱动程序

19.1Linux驱动程序开发概述

19.1.1应用程序、库、内核、驱动程序的关系

19.1.2Linux驱动程序的分类和开发步骤

19.1.3驱动程序的加载和卸载

19.2字符设备驱动程序开发

19.2.1字符设备驱动程序中重要的数据结构和函数

19.2.2LED驱动程序源码分析

第20章Linux异常处理体系结构

20.1Linux异常处理体系结构概述

20.1.1Linux异常处理的层次结构

20.1.2常见的异常

20.2Linux中断处理体系结构

20.2.1中断处理体系结构的初始化

20.2.2用户注册中断处理函数的过程

20.2.3中断的处理过程

20.2.4卸载中断处理函数

20.3使用中断的驱动程序示例

20.3.1按键驱动程序源码分析

20.3.2测试程序情景分析

学习方法

①沿着数据流向,从应用程序的对驱动程序的使用进行情景分析。

所谓情景分析,就是假设应用程序发起某个操作,你去分析其中的运作过程。比如应用程序调用open、read、ioctl等操作时涉及驱动的哪些函数调用。你要思考一个问题:一个应用程序,怎么获得按键信息,怎么去控制LED。把其中数据的流向弄清楚了,对字符驱动程序也就基本理解了。

②学习异常和中断时,可以结合书和视频;对于驱动程序中其他内容的学习,可以不看书。

工作中各类驱动程序

我们的视频中讲解的驱动程序非常多,目的有二:

①在你工作中遇到同类驱动时提供借鉴

②供你学习、练习,煅炼阅读驱动程序的“语感”,提升编写程序的能力,增加调试经验

我们还打算扩充驱动视频,把它打造成“Linux驱动程序大全”视频,基本上都会采取从零现场编写的方式。也许有人说:在工作中我们基本上只是移植、修改驱动而已,很少从头编写。这话没错,但是能修改的前提是理解;想更好地理解,最好的方法是从零写一个出来。在学习阶段,不要怕耗费太多时间,从零开始编写,慢慢完善它,在这过程中你既理解了这个驱动,也煅炼了能力,做到触类旁通。

如果有时间,建议你学完这些所有的视频,直到你自认为:

①给你一个新板,你可以很快实现相关驱动

②给你一个新硬件,你可以很快给它编写/移植驱动。

我们录制的视频很多,下面只罗列到“课”,不罗列到“节”。

第2期视频:

第14课 驱动程序分层分离概念_总线驱动设备模型

第15课LCD驱动程序

第16课 触摸屏驱动程序

第17课USB驱动程序

第18课 块设备驱动程序

第19课NAND FLASH驱动程序

第20课NOR FLASH驱动程序

第21课 网卡驱动程序

第22课 移植DM9000C驱动程序

第23课I2C设备裸板程序

第24课I2C驱动程序(不看此课,看第32课,第32课讲得更好)

第26课 声卡驱动程序(不看此课,看第3期的ALSA驱动,那讲得更好)

第27课DMA驱动程序

第28课hotplug_uevent机制

第32课3.4.2内核下的I2C驱动程序

第3期的驱动视频:

摄像头驱动_虚拟驱动vivi

摄像头驱动_USB摄像头

摄像头驱动_CMOS摄像头

WIFI网卡驱动程序移植

3G网卡驱动程序移植

ALSA声卡驱动程序

学习方法:

①再次强调,不能光看不练:一定要写程序,即使照抄也得写

②必学:LCD、触摸屏、NAND Flash、Nor

Flash、hotplug_uevent机制

③学完之后,强烈建议换一个不同的开发板,尝试在新板上写驱动程序。

按视频学习会一切顺利,很多问题你可能没想到、没想通,换一个新板会让你真正掌握。

调试方法

有一种说法,程序是三分写七分调,我们从操作系统的角度提供了一些很有用的调试方法。

相关的视频有:

第29课第1节_裸板调试之点灯法_P.wmv

第29课第2节_裸板调试之串口打印及栈初步分析_P.wmv

第29课第3.1节_裸板调试之JTAG原理_P.wmv

第29课第3.2节_裸板调试之JTAG调试体验_P.wmv

第29课第3.3节_裸板调试之JTAG调试命令行调试_P.wmv

第29课第3.4节_裸板调试之JTAG调试源码级调试_P.wmv

第30课第1.1节_驱动调试之printk的原理_P.wmv

第30课第1.2节_驱动调试之printk的使用_P.wmv

第30课第1.3节_驱动调试之打印到proc虚拟文件_P.wmv

第30课第2.1节_驱动调试之段错误分析_根据pc值确定出错的代码位置_P.wmv

第30课第2.2节_驱动调试之段错误分析_根据栈信息确定函数调用过程_P.wmv

第30课第3节_驱动调试之自制工具_寄存器编辑器_P.wmv

第30课第4节_驱动调试之修改系统时钟中断定位系统僵死问题_P.wmv

第31课第1节_应用调试之使用strace命令跟踪系统调用_P.wmv

第31课第2节_应用调试之使用gdb和gdbserver_P.wmv

第31课第3节_配置修改内核打印用户态段错误信息_P.wmv

第31课第4.1节_应用调试之自制系统调用_P.wmv

第31课第4.2节_应用调试之使用自制的系统调用_P.wmv

第31课第5.1节_应用调试之输入模拟器之设计思路_P.wmv

第31课第5.2节_应用调试之输入模拟器之编写保存功能_P.wmv

第31课第5.3节_应用调试之输入模拟器之编写测试模拟功能_P.wmv

Linux应用程序的学习

对于大多数人来说,第1个C程序是在Windows的Visual Studio C++(简称VC)上写的,所以你们关心的也许是:嵌入式Linux应用程序,跟VC应用程序之间的区别:

①编译方法不同:

在VC上点点鼠标即可编译,对于嵌入式Linux应用程序,我们需要“交叉编译”:程序要在PC Linux上编译,但是运行时要放到单板上。并且,它的编译环境需要你自己搭建:解压出工具链后设计PATH,还要自己构造一套Makefile系统。

②调试方法不同:

在VC上点点鼠标就可以调试,对于嵌入式Linux应用程序,你可以更喜欢用打印;或是在PC Linux上通过GDB观察应用程序在单板上的运行状况。

③可用的资源不同:

对于VC程序,你可以直接使用微软公司提供的各种类库;对于嵌入式Linux应用程序,很多时候需要去寻找、下载、编译、使用开源库。

④功能不同:

VC程序运行在PC上,一般是用来解决某些纯软件的问题,比如整理数据、修图、联网播放音乐之类。嵌入式Linux应用程序一般都要操作若干种硬件,比如监控设备中要操作摄像头、存储音视频,无人机中要操作GPS、螺旋桨,POS机中要操作银行卡等等。它跟单板上的硬件联系很大,很多时候需要你懂点硬件知识,至少是知道怎么通过驱动程序来操作这些

硬件。

上述4点的不同,花很少的时间就可以掌握。

如果你有志于开发应用程序,那么一定要有算法、数据结构、网络编程等基础,然后再掌握一些设计模式,最后就是多参加一些实际项目的开发了。

基于我们提供的视频,你可以这样学习:

①先掌握第1期讲解的根文件系统:

在后续学习中你会经常构建根文件系统,比如往里面添加库、修改配置文件让你的程序自动运行。

②掌握怎么编译、烧写u-boot、内核:

在实际工作中,一般来说不需要你去烧写u-boot、内核,但是在自学阶段还是自己掌握吧,免得去麻烦别人。按开发板手册即可操作,你甚至不用管里面的原理。

③掌握Makefile:

可以看如下第3期视频,以后编译程序时只要执行make命令即可:

第1课第4节_数码相框_编写通用的Makefile

④学习第1个项目:数码相框

该项目不使用任何开源的GUI项目,完全是自己构建一套GUI系统,实现了文件浏览、文件显示(文本和图片)、图片操作(放大、缩小、自动播放)等功能;涉及网络编程、多线程编程、开源库使用等等。

虽然数码相框作为一个产品已经落伍了,但是该项目所涉及的技术,特别是以面向对象的编程思想设计出一个模块化的、易扩展的系统,非常适合没有大型项目开发经验的人。很多同学,都是根据该项目所教会的编程思想找到了心怡的工作。

第3期视频取名为“项目开发”,而非“应用开发”,它的第2、3个项目跟内核、驱动耦合很大。如果只关心应用开发,或是急于找一份工作,可以先看第1个项目。

第2个项目涉及摄像头、ALSA声卡、WIFI网卡、3G网卡,这些都是在实际工作过程中经常用到的设备,比如我们后面补充的QQ物联就用到摄像头、声卡、WIFI网卡。

第3个项目是电源管理,讲解怎么讲你的单板休眠以省电。

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