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這本書由孫天澤、袁文菊、張海峰編著。雖稱不上經(jīng)典，但電子工業(yè)出版社（我最信賴的出版社）的字號擺在那。而且，我把這份筆記貼出來，并不是想以一個老鳥的身份現(xiàn)身說法，而是希望和大家創(chuàng)造一個寫讀書筆記的氛圍，對初學(xué)者（包括我自己）的入門以及大家選擇圖書有所幫助。

《嵌入式設(shè)計及Linux驅(qū)動開發(fā)指南--基于ARM9處理器》

讀書筆記

第一章嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)

1、 嵌入式系統(tǒng)定義：

"嵌入式系統(tǒng)是用來控制或者監(jiān)視機器、裝置、工廠等大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)備。"

--電氣工程師協(xié)會

　 "嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)"

--北京航空航天大學(xué)何立民教授

　 "嵌入性"、"專用性"與"計算機系統(tǒng)"是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。

2、 嵌入式操作系統(tǒng)：

硬實時系統(tǒng)有一個剛性的、不可改變的時間限制，它不允許任何超出時限的錯誤超時錯誤會帶來損害甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失敗、或者導(dǎo)致系統(tǒng)不能實現(xiàn)它的預(yù)期目標(biāo)。

軟實時系統(tǒng)的時限是柔性靈活的，它可以容忍偶然的超時錯誤。失敗造成的后果并不嚴(yán)重，僅僅是輕微地降低了系統(tǒng)的吞吐量。

我們可以認(rèn)為至少嵌入式系統(tǒng)都是軟實時系統(tǒng)，所有的嵌入式系統(tǒng)都是實時系統(tǒng)，但并不是所有的實時系統(tǒng)都是嵌入式系統(tǒng)。

常用的嵌入式操作系統(tǒng)有：Linux, uC/OS, Windows CE, VxWorks, Palm OS, QNX等。

3、 選擇Embedded OS的原則：

* 系統(tǒng)成本；

* 市場進(jìn)入時間及技術(shù)支持；

* 可移植性；

* 可利用資源；

* 系統(tǒng)定制能力。

第二章 基于ARM9處理器的硬件開發(fā)平臺

1、 ARM的歷史：

ARM(Advanced RISC Machine)公司于1990年11月在英國劍橋成立。

1991年，ARM推出第一個嵌入式RISC核心--ARM6系列處理器，VLSI、夏普、GEC Plessey、德州儀器、Cirrus Logic等公司相繼同ARM公司簽署了授權(quán)協(xié)議。

1998年4月，ARM在倫敦證券交易所和納斯達(dá)克交易所上市。

ARM中國安謀咨詢上海有限公司于2002年7月在中國上海成立。

目前基于ARM核的處理器有以下幾類：

* ARM7家族；

* ARM9家族；

* ARM9E家族；

* ARM10E家族；

* ARM11家族；

* SecurCore家族；

* OptimoDE數(shù)據(jù)引擎內(nèi)核；

* MPCore多處理器家族；

* Intel公司的StrongARM/XScale。

　　2、ARM7和ARM9處理器的主要區(qū)別：

　 指令流水線：

ARM7：三級，（取指令，譯碼，執(zhí)行）；

ARM9：五級，（取指，譯碼，執(zhí)行，緩沖/數(shù)據(jù)，回寫）。

3、三星S3C2410X處理器：

基于ARM920T核（由ARM9TDMI、存儲管理單元MMU和高速緩存三部分組成），片上資源包括：

* 1個LCD控制器（支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏）；

* SDRAM控制器；

* 3個通道的UART;

* 4個通道的DMA;

* 4個具有PWM功能的計時器和1個內(nèi)部時鐘；

* 8通道的10位ADC;

* 觸摸屏接口；

* I2S總線接口；

* 2個USB主機接口，1個USB設(shè)備接口；

* 2個SPI接口；

* SD接口和MMC卡接口；

* 看門狗計數(shù)器；

* 117位通用I/O口和24位外部中斷源；

第三章 調(diào)試嵌入式系統(tǒng)程序

1、 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試方法：

1） 實時在線仿真（In-Circuit Emulator, ICE）

* 優(yōu)點：功能非常強大，軟硬件均可做到完全實時在線調(diào)試。

* 缺點：價格昂貴。

2） 模擬調(diào)試

* 優(yōu)點：簡單方便，不需要目標(biāo)板，成本低。

* 缺點：功能非常有限，無法實時調(diào)試。

3） 軟件調(diào)試

* 優(yōu)點：純軟件，價格較低，簡單，軟件調(diào)試能力較強。

* 缺點：需要事先燒制監(jiān)控程序（Monitor）（往往需多次實驗才能成功）且目標(biāo)板工作正常，功能有限，特別是硬件調(diào)試能力較差。

4） JTAG調(diào)試

* 優(yōu)點：方便、簡單，無需制作Monitor，軟硬件均可調(diào)適。

* 缺點：需要工作基本正常（至少CPU工作正常）的目標(biāo)板，僅適用于有調(diào)試接口的芯片。

2、 ARM仿真器工作原理：

利用高速JTAG(Joint Test Action Group)串行掃描鏈，通過調(diào)試通信通道（Debug Communication Channel, DCC）連接ARM核心內(nèi)嵌的名為"Embedded-ICE"的調(diào)試邏輯，調(diào)試邏輯實時監(jiān)測ARM核心的寄存器、數(shù)據(jù)總線和地址總線。調(diào)試器設(shè)置Breakpoint及Watchpoint后，程序在ARM內(nèi)核全速運行，調(diào)試程序?qū)崟r監(jiān)測地址與數(shù)據(jù)總線并與預(yù)設(shè)值比較，在吻合時產(chǎn)生異常中斷通知內(nèi)核并把控制權(quán)交給調(diào)試器。這樣，在程序全速運行時，可以在斷點處停止，可以設(shè)置條件斷點、條件觀測斷點等，而又不占用CPU時間及內(nèi)存資源。

3、 JTAG接口：

1985年制定的檢測PCB和IC的一個標(biāo)準(zhǔn)，1990年被修改后成為IEEE的一個標(biāo)準(zhǔn)，及IEEE1149.1-1990。通過這個標(biāo)準(zhǔn)，可對具有JTAG接口芯片的電路進(jìn)行邊界掃描和故障檢測。

第四章 創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

1、交叉編譯步驟：

（1） 創(chuàng)建編譯環(huán)境。在這個過程中，將設(shè)置一些環(huán)境變量，創(chuàng)建安裝目錄，安裝內(nèi)核源代碼和頭文件等。

（2） 創(chuàng)建binutils。這個過程結(jié)束后，會創(chuàng)建類似arm-linux-ld等工具。

　　Binutils是一組開發(fā)工具，包括鏈接器、匯編器以及其他用于目標(biāo)文件和檔案的工具

　　首先要安裝的軟件包使binutils。這非常重要，因為glibc和gcc會針對可用的連接器和匯編器進(jìn)行多種測試，以決定打開某些特性。

（3） 創(chuàng)建一個交叉編譯版本的gcc。注意：在這個過程中只能編譯C程序，而不能編譯C++程序。

　　創(chuàng)建交叉編譯版本的gcc，需要交叉編譯版本的glibc及其頭文件，而交叉編譯版本的glibc是通過交叉編譯版本的gcc創(chuàng)建的。面對這個先有雞還是先有蛋的問題，解決辦法是先只編譯對C語言的支持，并禁止支持線程。

（4） 創(chuàng)建一個交叉編譯版本的glibc。這里最容易出現(xiàn)問題。

glibc是一個提供系統(tǒng)調(diào)用和基本函數(shù)的C語言庫，比如open,malloc和printf等，所有動態(tài)鏈接的程序都要用到它。創(chuàng)建glibc需要的時間更長。

（5） 創(chuàng)建一個交叉編譯版本的gdb。在這個過程結(jié)束后，會創(chuàng)建ARM-Linux-gdb。

（6） 重新創(chuàng)建gcc。前面創(chuàng)建gcc的過程沒有編譯C++編譯器，現(xiàn)在glibc已經(jīng)準(zhǔn)備好了，所以這個步驟將完善gcc的交叉編譯。

（7） 重新創(chuàng)建glibc。如果成功執(zhí)行了這個過程，那么你就擁有了一套屬于自己的交叉編譯工具鏈。

2、如果在交叉編譯過程中出現(xiàn)錯誤，那么請檢查：

* 版本選擇是否正確，以及是否安裝了相應(yīng)的補丁；

* 庫文件路徑是否正確；

* 系統(tǒng)環(huán)境變量是否設(shè)置正確。

第五章 Bootloader

1、 Bootloader（引導(dǎo)加載程序）是系統(tǒng)加電后運行的第一段代碼。一般它只在系統(tǒng)啟動時運行非常短的一段時間，但對于嵌入式系統(tǒng)來說，這是一個非常重要的系統(tǒng)組成部分。

2、 嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通常可以分成4個層次：

（1） 引導(dǎo)加載程序。包括固化在固件（Firmware）中的啟動代碼（可選）和Bootloader兩大部分。

（2） 內(nèi)核。特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及控制內(nèi)核引導(dǎo)系統(tǒng)的參數(shù)。

（3） 文件系統(tǒng)。包括根文件系統(tǒng)和建立于Flash內(nèi)存設(shè)備之上的文件系統(tǒng)。通常用Ramdisk作為根文件系統(tǒng)。它是提供管理系統(tǒng)的各種配置文件以及系統(tǒng)執(zhí)行用戶應(yīng)用程序的良好的運行環(huán)境的載體。

（4） 用戶應(yīng)用程序。特定于用戶的應(yīng)用程序。有時在用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能還會包括一個嵌入式圖形用戶界面。

3、 Bootloader包含兩種不同的操作模式：

1） 啟動加載(Bootloading)模式；

2） 下載(Downloading)模式。

4、 Bootloader的啟動流程：

第一階段：主要包含依賴于CPU的體系結(jié)構(gòu)硬件初始化的代碼，通常都用匯編實現(xiàn)。這個階段的任務(wù)有：

* 基本的硬件設(shè)備初始化（屏蔽所有的中斷、關(guān)閉處理器內(nèi)部指令/數(shù)據(jù)Cache等）

* 為第二階段準(zhǔn)備RAM空間

* 如果是從某個固態(tài)存儲媒質(zhì)中，則復(fù)制Bootloader的第二段代碼到RAM

* 設(shè)置堆棧

* 跳轉(zhuǎn)到第二階段的程序入口點

第二階段：通常用C語言完成，以便實現(xiàn)更復(fù)雜的功能，也使程序有更好的可讀性和可移植性。這個階段的任務(wù)有：

* 初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備

* 檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射

* 將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像從FLASH讀到RAM

* 為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)

* 調(diào)用內(nèi)核

5、 常用U-Boot命令：

命令名

功能

help / ?

幫助命令。用于查詢U-Boot支持的命令并列出簡單說明，和"？"是同一個命令

bdinfo

察看目標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)和變量、目標(biāo)板的硬件配置、各種變量參數(shù)

setenv

設(shè)置環(huán)境變量。比較常用的有：

setenv ipaddr *.*.*.*

setenv severip *.*.*.*

setenv gatewayip *.*.*.*

setenv ethaddr *.*.*.*.*.*

printenv

查看環(huán)境變量

saveenv

保存設(shè)置的環(huán)境變量到Flash

mw

寫內(nèi)存

md

察看內(nèi)存

mm

修改內(nèi)存

flinfo

察看Flash的信息

erase [起始地址 結(jié)束地址]

搽除Flash內(nèi)容，必須以扇區(qū)為單位進(jìn)行搽除

cp [源地址 目標(biāo)地址 大小]

內(nèi)存復(fù)制，可以在Flash和ram中交換數(shù)據(jù)

imi [起始地址]

察看內(nèi)核映像文件

bootm [起始地址]

從某個地址啟動內(nèi)核

tftpboot [起始地址 鏡像名]

通過ftp從主機系統(tǒng)下載內(nèi)核映像文件

reset

復(fù)位

第六章 Linux系統(tǒng)在ARM平臺的移植

1、 使某一個平臺的代碼運行在其它平臺上的過程就叫做移植。

2、 Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)：

* /arch包含了所有硬件結(jié)構(gòu)特定的內(nèi)核代碼。

Linux系統(tǒng)能支持如此多平臺的部分原因是因為內(nèi)河把原程序代碼清晰的劃分為體系結(jié)構(gòu)無關(guān)部分和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分。對于任何平臺，都必須包含以下幾個目錄：

* boot：包括啟動內(nèi)核所使用的部分或全部平臺特有代碼。

* kernel：存放支持體系結(jié)構(gòu)特有的（如信號處理和SMP）特征的實現(xiàn)。

* lib：存放高速體系結(jié)構(gòu)特有的（如strlen和memcpy）同用函數(shù)的實現(xiàn)。

* mm：存放體系結(jié)構(gòu)特有的內(nèi)存管理程序的實現(xiàn)。

* math-emu：模擬FPU的代碼。對于ARM處理器來說，此目錄用mach-xxx代替。

顯然，移植工作的重點就是移植arch目錄下的文件。

* /drivers包含了內(nèi)核中所有的設(shè)備驅(qū)動程序。

* /fs包含了所有的文件系統(tǒng)的代碼。

* /include包含了建立內(nèi)核代碼時所需的大部分庫文件，這個模塊利用其他模塊重建內(nèi)核。該目錄也包含了不同平臺需要的庫文件。比如，asm-arm是arm平臺需要的庫文件。

* /init包含了內(nèi)核的初始化代碼，內(nèi)核從此處工作。

不是系統(tǒng)的引導(dǎo)代碼，由main.c和version.c兩個文件。這是研究核心如何工作的好起點。

* /ipc包含了進(jìn)程間通信代碼。

* /kernel包含了主內(nèi)核代碼。

* /mm包含了所有內(nèi)存管理代碼。

* /net包含了和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的代碼。

3、 在移植過程中，定時器、中斷、CACHE管理、MMU等和硬件密切相關(guān)的地方都是要相關(guān)平臺的底層代碼支持的，要特別注意。

4、 編譯內(nèi)核：

1） 配置內(nèi)核

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-Linux- menuconfig

2） 創(chuàng)建內(nèi)核依賴關(guān)系

make dep

3） 創(chuàng)建內(nèi)核鏡像文件

make zImage

4） 創(chuàng)建內(nèi)核模塊

make modules