嵌入式Linux开发教程

第1篇 嵌入式开发基础



第1章　嵌入式系统基础　1

1.1　嵌入式处理器简介　1

1.1.1　嵌入式微处理器　2

1.1.2　嵌入式微控制器　2

1.1.3　嵌入式数字信号处理器　2

1.1.4　嵌入式片上系统　3

1.2　ARM微处理器简介　3

1.3　嵌入式操作系统概述　4

1.4　搭建嵌入式开发环境　5

1.4.1　Ubuntu16.04的安装　5

1.4.2　Minicom的安装配置　8

1.4.3　Tftp服务的安装配置　9

1.4.4　NFS的安装配置　10

1.4.5　建立交叉工具链　12

1.5　启动目标板系统　16

1.5.1　Boot Loader和Kernel　16

1.5.2　根文件系统　18

1.6　小结　19

1.7　习题　19

第2章　嵌入式C语言开发流程　20

2.1　命令行下的开发流程　20

2.1.1　编写代码　20

2.1.2　编译程序　21

2.1.3　运行程序　22

2.1.4　交叉编译　22

2.1.5　编写Makefile　23

2.2　基于Eclipse的开发流程　24

2.2.1　下载和安装Eclipse　24

2.2.2　新建工程　25

2.2.3　编写代码　26

2.2.4　编译工程　26

2.2.5　运行程序　28

2.3　小结　28

2.4　习题　28

第3章　Linux操作基础　29

3.1　Linux的基本概念　29

3.1.1　文件　29

3.1.2　目录　29

3.1.3　分区　31

3.1.4　挂载　31

3.1.5　用户系统　31

3.1.6　用户权限　32

3.1.7　shell　32

3.1.8　环境变量　33

3.2　Linux的命令行　33

3.2.1　执行命令　34

3.2.2　参数　34

3.2.3　重定向符号　34

3.2.4　获取帮助　35

3.3　Linux的常用命令　36

3.3.1　文件管理　36

3.3.2　内容管理　39

3.3.3　权限管理　40

3.3.4　备份压缩　41

3.3.5　系统设置　43

3.3.6　进程控制　45

3.3.7　网络设置　47

3.4　小结　48

3.5　习题　49

第4章　嵌入式C编程基础　50

4.1　C语言概述　50

4.1.1　C语言程序的结构　50

4.1.2　C语言的语句　51

4.1.3　C语言的关键字　51

4.1.4　C语言程序设计步骤　51

4.2　数据类型　52

4.2.1　常量与变量　52

4.2.2　整型数据、实型数据　52

4.2.3　字符型数据　53

4.3　运算符和表达式　53

4.3.1　算术运算符　53

4.3.2　关系和逻辑运算符　53

4.3.3　位操作符　54

4.3.4　？操作符　55

4.3.5　表达式的优先级　55

4.4　流程控制　55

4.4.1　顺序程序设计　55

4.4.2　选择结构设计　56

4.4.3　循环结构设计　57

4.5　函数　58

4.5.1　函数定义的一般形式　58

4.5.2　函数的参数和函数的值　59

4.5.3　函数的调用　59

4.5.4　局部变量和全局变量　60

4.6　数组、指针　61

4.6.1　数组　61

4.6.2　指针的基本概念　62

4.6.3　指针与数组　64

4.6.4　指针与字符串　66

4.6.5　指针与函数　67

4.6.6　指针其他用法　68

4.6.7　动态内存管理　68

4.7　小结　69

4.8　习题　69



第2篇　嵌入式系统基础



第5章　S3C2440的内部资源　70

5.1　S3C2440微处理器　70

5.1.1　主要结构　70

5.1.2　片内资源　70

5.1.3　体系结构　71

5.2　S3C2440存储器映射　71

5.2.1　bank0总线宽度　72

5.2.2　nWAIT引脚的作用　73

5.2.3　nXBREQ/nXBACK引脚操作　73

5.3　S3C2440内部资源详解　73

5.3.1　Cache高速缓存　74

5.3.2　时钟和电源管理　74

5.3.3　中断控制器　75

5.3.4　脉冲带宽调制（PWM）定时器　76

5.3.5　实时时钟（RTC）　77

5.3.6　通用I/O端口　77

5.3.7　LCD控制器　77

5.3.8　UART控制器　78

5.3.9　A/D转换和触摸屏接口　79

5.3.10　看门狗定时器　79

5.3.11　IIC总线接口　79

5.3.12　AC97音频解码器接口　80

5.3.13　USB设备控制器　80

5.3.14　SD接口　81

5.3.15　SPI接口　81

5.3.16　相机接口　82

5.3.17　工作电压　82

5.4　小结　82

5.5　习题　82

第6章　ARM微处理器　84

6.1　ARM微处理器的结构　84

6.1.1　体系结构　84

6.1.2　寄存器结构　85

6.1.3　指令结构　85

6.2　ARM微处理器的选择　85

6.2.1　内核的选择　85

6.2.2　工作频率的选择　85

6.2.3　芯片内存储器的选择　86

6.2.4　片内外围电路的选择　86

6.3　ARM微处理器的指令集　86

6.3.1　ARM微处理器的指令分类和

格式　86

6.3.2　指令的条件域　87

6.3.3　跳转指令　88

6.3.4　数据处理指令　88

6.3.5　乘法指令与乘加指令　92

6.3.6　程序状态寄存器访问指令　94

6.3.7　加载/存储指令　95

6.3.8　批量数据加载/存储指令　97

6.3.9　数据交换指令　97

6.3.10　移位指令　98

6.3.11　协处理器指令　99

6.3.12　异常产生指令　100

6.4　ARM微处理器指令的寻址方式　101

6.4.1　立即寻址　101

6.4.2　寄存器寻址　101

6.4.3　寄存器间接寻址　101

6.4.4　基址变址寻址　102

6.4.5　多寄存器寻址　102

6.4.6　相对寻址　102

6.4.7　堆栈寻址　102

6.5　小结　103

6.6　习题　103

第7章　ADS集成开发环境　104

7.1　命令行开发工具　104

7.1.1　使用armcc　104

7.1.2　使用armlink　106

7.1.3　ARM运行时库　106

7.1.4　CodeWarrior集成开发环境　107

7.1.5　ADS调试器　109

7.2　使用ADS创建工程　109

7.2.1　创建新工程　109

7.2.2　编译和链接工程　112

7.2.3　ARM fromELF工具　114

7.2.4　在命令行下编译工程　115

7.3　使用AXD调试代码　116

7.3.1　打开调试文件　116

7.3.2　查看存储器内容　117

7.3.3　设置断点　118

7.3.4　查看变量值　118

7.4　小结　119

7.5　习题　119

第8章　S3C2440的外部电路　120

8.1　核心板电路　120

8.1.1　晶振电路　120

8.1.2　复位电路　120

8.1.3　启动配置电路　120

8.1.4　FLASH存储器（内存）　121

8.1.5　SDRAM存储器（闪存）　123

8.2　底板电路　124

8.2.1　电源电路　125

8.2.2　串口电路　125

8.2.3　USB接口　126

8.2.4　以太网接口　127

8.2.5　JTAG调试接口　127

8.2.6　音频接口　128

8.2.7　LCD接口　129

8.2.8　SD卡接口　129

8.3　小结　130

8.4　习题　130

第9章　嵌入式Linux文件系统　131

9.1　嵌入式文件系统基础　131

9.1.1　NOR FLASH存储器　131

9.1.2　NAND FLASH存储器　132

9.1.3　MTD简介　132

9.1.4　日志型文件系统　133

9.1.5　BusyBox　134

9.2　CramFS文件系统　136

9.2.1　CramFS文件系统的特性　136

9.2.2　CramFS文件系统映像文件的

结构　137

9.2.3　CramFS文件系统的工作原理　137

9.2.4　CramFS文件系统的初始化

过程　138

9.2.5　CramFS文件系统的制作　139

9.2.6　CramFS文件系统的挂载流程　141

9.3　基于RAM的文件系统　142

9.3.1　Ramdisk文件系统　142

9.3.2　RamFS/TmpFS文件系统　143

9.4　嵌入式文件系统的设计　145

9.4.1　文件系统格式选择的基本策略　145

9.4.2　混合型文件系统格式设计方法　145

9.5　小结　146

9.6　习题　146

第10章　内存和信号量　148

10.1　共享内存　148

10.1.1　共享内存的定义　148

10.1.2　涉及的系统调用　148

10.1.3　共享内存举例　150

10.2　System V共享内存　152

10.2.1　System V共享内存的定义　152

10.2.2　System V涉及的系统调用　152

10.2.3　System V共享内存举例　153

10.3　消息队列　154

10.3.1　消息队列的定义　154

10.3.2　消息队列涉及的系统调用　154

10.3.3　消息队列举例　156

10.4　System V信号量　158

10.4.1　System V信号量的定义　158

10.4.2　System V信号量涉及的系统

调用　159

10.4.3　System V信号量举例　160

10.5　POSIX信号量　163

10.5.1　POSIX信号量的定义　163

10.5.2　POSIX信号量涉及的系统

调用　163

10.5.3　POSIX信号量举例　164

10.6　小结　165

10.7　习题　166

第3篇　嵌入式设备驱动与移植



第11章　设备驱动开发基础　167

11.1　Linux设备管理和驱动概述　167

11.1.1　Linux设备的分类　167

11.1.2　设备驱动程序的作用　167

11.1.3　访问设备的实现　168

11.1.4　Linux设备控制方式　168

11.2　Linux设备驱动开发流程　169

11.2.1　构造和运行模块　170

11.2.2　字符设备驱动编写　171

11.2.3　字符设备驱动示例　172

11.2.4　并发控制　174

11.2.5　阻塞与非阻塞　180

11.2.6　select和poll　183

11.2.7　中断处理　185

11.2.8　内存与I/O操作　187

11.3　块设备驱动编写　191

11.3.1　块设备的I/O操作特点　191

11.3.2　block_device_operations

结构体　191

11.3.3　gendisk结构体　192

11.3.4　request结构体　193

11.3.5　request操作函数　196

11.3.6　bio结构体　197

11.3.7　注册与注销　199

11.3.8　加载与卸载　199

11.3.9　打开与释放　201

11.3.10　ioctl函数　202

11.3.11　I/O请求处理　202

11.4　小结　206

11.5　习题　206

第12章　MiniGUI图形界面设计　207

12.1　MiniGUI概述　207

12.1.1　MiniGUI的特点　207

12.1.2　MiniGUI运行模式　208

12.2　MiniGUI的安装和使用　208

12.2.1　安装MiniGUI库　208

12.2.2　安装MiniGUI的资源　209

12.2.3　配置MiniGUI　210

12.2.4　编译应用程序例子　210

12.2.5　交叉编译MiniGUI库　210

12.2.6　交叉编译例程　211

12.2.7　QVFB图形引擎　211

12.2.8　FrameBuffer图形引擎　212

12.3　利用Eclipse编写MiniGUI程序　213

12.3.1　建立vacs工程　213

12.3.2　配置编译选项　214

12.3.3　配置外部工具QVFB　214

12.3.4　运行vacs　215

12.3.5　调试vacs　215

12.4　MiniGUI的编程基础　215

12.4.1　头文件　217

12.4.2　程序入口　217

12.4.3　创建和显示主窗口　217

12.4.4　进入消息循环　218

12.4.5　窗口过程函数　219

12.4.6　屏幕输出　219

12.4.7　程序的退出　219

12.5　消息循环和窗口过程　220

12.5.1　消息处理函数　220

12.5.2　重要的消息　221

12.5.3　窗口及窗口过程　221

12.6　对话框和控件编程　223

12.6.1　控件的概念　223

12.6.2　预定义控件　223

12.6.3　自定义控件　225

12.6.4　控件子类化　226

12.6.5　对话框和对话框模板　227

12.6.6　模态和非模态对话框　230

12.7　图形设备接口　230

12.7.1　图形设备上下文　230

12.7.2　矩形操作和区域操作　231

12.7.3　像素值和调色板　233

12.7.4　位图操作函数　233

12.7.5　字体和文本输出　234

12.7.6　绘制图形　236

12.8　实例——MiniQQ界面设计　238

12.8.1　登录窗口　239

12.8.2　好友列表窗口　242

12.8.3　聊天窗口　246

12.8.4　其他　248

12.9　小结　248

12.10　习题　249

第13章　各类驱动设计和

引导程序　250

13.1　CAN总线和SJA1000介绍　250

13.1.1　SJA1000寄存器介绍　250

13.1.2　SJA1000与S3C2440连接　254

13.1.3　SJA1000的驱动程序　256

13.2　SD卡驱动　266

13.2.1　块设备驱动设计　266

13.2.2　SD卡驱动程序分析　266

13.2.3　SD卡驱动程序设计　266

13.3　网络驱动　269

13.3.1　DM9000芯片介绍　269

13.3.2　重要数据结构　269

13.3.3　网络设备初始化　271

13.3.4　激活和关闭网络设备　274

13.3.5　中断控制的实现　274

13.3.6　发送过程的实现　276

13.3.7　接收过程的实现　278

13.4　引导程序　280

13.4.1　Boot Loader　281

13.4.2　vivi简介　281

13.4.3　U-Boot简介　290

13.5　小结　295

13.6　习题　295

第14章　内核移植　296

14.1　Linux内核结构　296

14.2　Linux源码结构　298

14.2.1　arch目录　298

14.2.2　drivers目录　298

14.2.3　fs目录　299

14.2.4　其他目录　300

14.3　内核编译　302

14.3.1　编译准备　302

14.3.2　设置Flash分区　302

14.3.3　配置内核　305

14.4　内核配置选项　307

14.4.1　常规设置　307

14.4.2　模块和块设备层　309

14.5　下载内核　309

14.6　内核调试　310

14.6.1　内核调试步骤　310

14.6.2　常见内核问题　311

14.7　小结　312

14.8　习题　312

第4篇　嵌入式开发实战



第15章　综合案例—

嵌入式B超　313

15.1　系统终端的结构设计　313

15.1.1　总体结构　313

15.1.2　显示控制芯片选型　314

15.2　系统终端的软件设计　314

15.2.1　U-Boot　314

15.2.2　嵌入式Linux移植　315

15.2.3　MiniGUI移植　315

15.3　FPGA与ARM接口设计　318

15.3.1　硬件连接　318

15.3.2　FPGA驱动程序设计　318

15.4　显示芯片的连接与控制　319

15.4.1　选择SM501的原因　320

15.4.2　SM501驱动程序设计　320

15.5　超声动态图像的实时显示　321

15.5.1　图像动态显示　322

15.5.2　坐标转换和灰度插值　322

15.6　图形界面的结构　323

15.6.1　需求分析　323

15.6.2　总体结构　324

15.6.3　网络通信　324

15.6.4　多线程编程　325

15.7　操作界面设计　326

15.7.1　区域分配　326

15.7.2　键盘响应　326

15.7.3　控件设计　327

15.8　测量模块设计　328

15.8.1　椭圆的画法　328

15.8.2　椭圆测量周长和面积　329

15.8.3　轨迹法测量面积　329

15.9　小结　330

15.10　习题　330