嵌入式linux怎么学?学习嵌入式linux有什么方法?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-02
学嵌入式linux需要先学什么?

韦东山:6000字长文告诉你如何学习嵌入式linux


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第1章 单片机和Linux的区别
1.1 有哪些产品使用单片机或Linux
所有的电子产品,所用技术都可以认为要么是单片机,要么是Linux;GUI方面主要是QT/Android,它们都是运行于Linux之上的。

也许你不服!不是还有ucos、vxwork、wince、IOS吗?下面这个图是关于操作系统的占比,是2016年的,我没找到更新的图,但是很有参考意义:
我们说的单片机不使用操作系统,在上图中没有体现出来。但是使用单片机设备肯定远远超过Linux。很多人也是先学习单片机,从单片机进入电子工程师行业
日常生活中,有哪些产品使用单片机、Linux呢?下面举一些例子:



我们设计一个产品时,是使用单片机还是Linux,取决于成本:硬件成本、软件成本、维护成本、升级成本。而不应该根据个人偏好来选择:我喜欢单片机,所以就排斥使用Linux;我喜欢Linux,就排斥使用单片机。为了有更多的选择,我们需要既懂单片机,又懂Linux。
1.2 在硬件操作上单片机和Linux是类似的
以点灯为例,无论是单片机还是Linux,我们要做的事情都一样:
① 看原理图,确定引脚是哪一个,确定它输出什么电平才可以
② 看芯片手册,确定要怎么操作寄存器
③ 写程序
但是,怎么编写程序,单片机和Linux有很大不同。
1.3 在单片机中点灯、使用LCD
使用单片机开发程序时,我们一上来就写一个main函数,下面是一些简化的代码:

LED程序里面的init_led、led_on、led_off函数是你一个人写的,爱取什么名就取什么名,爱怎么写就怎么写。
LCD程序里的函数也是你写的,完全是自由发挥。
很多单片机项目不是很复杂,2、3个人从上到下统统搞定,里面的函数大多时间是直接去读写寄存器。
很多单片机项目严重依赖于硬件,换一个芯片后怎么办?重写一套代码呗。
在单片机程序里,没有应用程序、驱动程序的概念,很可能一个人包揽了硬件设计、模块调试(或称之为驱动)、功能开发(或称之为应用)的全部活。
1.4 在Linux中点灯、使用LCD
在Linux中,不允许应用开发人员直接去操作硬件,比如你想点个灯,不好意思,你无法直接访问寄存器;你需要通过驱动程序来访问寄存器。
为什么?有几大原因:
① Linux系统中运行着众多程序,必须保证质量差的程序无法破坏系统:
假设你写的程序比较烂,那我不能让你去随便访问寄存器,把系统搞崩溃了怎么办?你本意是去点灯,但是你看错了寄存器,你把电源关了怎么办?
所以这些操作硬件的活,还是交给信得过的人来做吧:交给驱动工程师,他既懂硬件又懂软件。
② 保证程序的可移植性:
编写应用程序时,大家都使用统一的函数,以后换一个芯片时,应用程序不用变;只需要根据这个接口提供驱动程序就可以了。
③ 团队协作:
。使用Linux系统的项目一般比较大,术业有专攻,一个人不太可能从上到下都全部掌握。比如做人脸识别项目,有擅长做图像处理的,他可不管你要用多少种摄像头,有图像给他就可以。而多种摄像头的硬件操作方法各有不同,这些交给驱动程序工程师。
所以,在Linux中应用程序和驱动程序是分开的。
以LED、LCD程序为例,简化的代码如下:

也许你已经大概猜出来了,应用程序怎么调用驱动程序?通过标准的接口:
①open:
打开驱动程序。
② read/write:
读、写数据。
③ ioctl:
传入各种参数,获得各种参数。
④ mmap:
内存映射,比如映射之后,应用程序可以直接读写LCD的显存。
你看!从这些接口里,我们根本看不到寄存器的操作。底层的程序驱动会根据这些调用,去设置寄存器、操作硬件。
所以,我高大上的应用工程师,干嘛苦哈哈地去看原理图、看在片手册、读写寄存器,搞不好还要去调试硬件BUG。这些脏活、累活就交给驱动工程师吧。客户的需求千变万化,我996时间都不够用了。
切,我上懂软件、下懂硬件的驱动工程师,肯定不能把这么重要的活交给你去做了,把我的系统搞崩溃了怎么办。
开玩笑、开玩笑、开玩笑的,有应用工程师、驱动工程师的优劣之分,大家都是为了做出产品。现在有一个趋势,一个任务从上到下你都需要懂,这就是所谓的全栈工程师。
还是以LED为例,应用程序和驱动程序的协作如下图所示:
在Linux中,“一切皆文件”,要访问某个硬件,也是要打开文件、读写文件。应用程序要根据标准的文件接口:open/read/write/ioctl/mmap等来访问驱动程序。
既然如此,怎么写驱动程序呢?最简单的方法就是:APP要调用open来打开驱动程序,那驱动‘程序里就提供一个xxx_open函数来初始化硬件;APP要调用write来写数据,驱动程序里就提供一个xxx_write函数来接收数据并操作硬件。
用xxx_open、xxx_write来构成一个驱动程序,这就是驱动框架。
怎么实现这些xxx_open、xxx_write函数?我们要做的事情跟单片机是类似的,一样要去看电路图、看芯片手册,然后在这些函数里读写寄存器:这称为硬件操作。
所以,Linux驱动程序= 驱动框架 + 硬件操作。
有单片机基础的人,对硬件操作比较熟悉了,把重点放在驱动框架上就可以。
高能预警:驱动框架可不简单,对于LED来说是简单,但是还有更复杂的驱动程序,它要考虑“通用”,这很要命。
第2章 嵌入式Linux快速入门
这几天在群里跟学员聊天,有一位学员的学习方法很好:先观其广,再究其深。有时候要“不求甚解”,很多时候保持疑问先学下去,这些疑问就自然解决了。
比如课程中涉及汇编知识,如果你要彻底弄清楚,你需要去学习《ARM架构与编程》;当你学完这本书,你的同学搞不好已经可以上手工作了。
2.1 短期的目标是什么
我们先把学习目标定下来:快速了解嵌入式Linux开发的流程,知道要学什么,具备跟从业者交流的能力。


下面我们用类比和逻辑推导出嵌入式Linux系统的组成,没错,“推导”。
从上图可以知道:
① 组成:
嵌入式Linux系统
= bootloader + linux内核 + 根文件系统(里面含有APP)。
② bootloader:
它的目的是启动内核,去哪等读内核?读到哪里?去Flash等外设读内核,存到内存里去。所以需要有Flash里外设的驱动能力,为了调试方便还会有网络功能。
所以,可以认为 booloader = 裸机集合,它就是一个复杂的单片机程序。
③ Linux内核
Linux内核的最主要目的是去启动APP,APP保存在哪里?保存在“根文件系统”里。“根文件系统”又保存在哪里?在Flash、SD卡等设备里,甚至可能在网络上。所以Linux内核要有这些Flash、SD卡里设备的驱动能力。
不仅如此,Linux内核还有进程调度能力、内存管理等功能。
所以:Linux内核 = 驱动集合 + 进程调度 + 内存管理等。
2.3 要学习bootloader吗
Bootloader有很多种,常用的叫作u-boot。
在实际工作中,对于u-boot基本上是修修改改,甚至不改。但是u-boot本身是很复杂的,比如为了便于调试,它支持网络功能;有些内核是保存在FAT32分区里,于是它要能解析FAT32分区,读FAT32分区的文件。
花那么多精力去学习u-boot,但是工作中基本用不到,这对初学者很不友善。
所以,对于初学者,我建议:理解u-boot的作用、会使用u-boot的命令,这就可以了。
如果你的工作就是修改、完善bootloader,那么再去研究它吧。
2.4 要学习Linux内核、要学习驱动程序吗
之前我们说过Linux内核 = 驱动集合 + 进程调度 + 内存管理等,如果要学习Linux内核,从驱动程序入手是一个好办法。
但是人人都要学习Linux内核、人人都要学习Linux驱动吗?显然不是。
作为初学者,懂几个简单的驱动程序,有利于工作交流;理解中断、进程、线程的概念,无论是对驱动开发、应用程序开发,都是很有好处的。
所以对于初学者,建议前期只学习这几个驱动:LED、按键、中断。
① LED驱动程序:
这是最简单的驱动程序。
② 按键驱动程序:
它也比较简单,从它引入“中断”。
③ 中断:
从“中断”它可以引入:休眠-唤醒、进程/线程、POLL机制、异步通知等概念。这些概念无论是对驱动开发,还是对应用开发,都很重要。
所以,对于初学者,我建议必须学习这几个驱动:LED、按键、中断。
入门之后,如果你想从事内核开发、驱动开发,那么可以去钻研几个驱动程序(输入系统、I2C总线、SPI总线等),掌握若干个大型驱动程序后,你对内核的套路就有所了解了,再去研究其他部分(比如进程管理、文件系统)时你会发现套路是如此通用。
摄像头(VL42)、声卡ALSA驱动是Linux中比较复杂的2类驱动,它们是很难的,如果工作与此相关再去研究。

2.5,要学习Linux应用程序吗?先学一些基础技能
要学,即使以后你只想研究内核,一些基本的应用开发编写能力也是需要的:
① 基本设备的访问,比如LCD、输入设备
② 进程、线程、进程通信、线程同步与互斥
③ 休眠-唤醒、POLL机制、信号
④ 网络编程
①②③部分的知识,跟驱动有密切的关系,它们是相辅相承的。
掌握了基本驱动开发能力、基本应用开发能力之后,在工作中你就可以跟别人友好沟通了,不至于一脸懵逼。

2.6,应用程序是怎么启动的?要了解一下根文件系统
你辛辛苦苦写出了应用程序,怎么把它放到板子上,让它开机就自动启动?
你写的程序,它依赖于哪些库,这些库放到板子上哪个目录?
怎么做一个可升级的系统?即使升级中途断电了,也要保证程序至少还可以运行老的版本?
这些都需要我们了解一下根文件系统。
先了解一下init进程:它要读取配置文件,根据配置文件启动各个APP。
了解了init进程,你就了解了根文件系统的组成,就可以随心所欲裁剪系统,为你的项目制作出最精简的系统。
第3章 学习方法
3.1,先不要打破砂锅问到底
嵌入式涉及的东西太多太杂了,如果心里没有主线,碰到什么都要去研究个透彻,最终反而忘记自己要学什么了。
嵌入式涉及硬件知识、软件知识,软件里涉及汇编、ARM架构、C语言、Makefile、Shell;又分为bootloader、内核、驱动、基本的APP、GUI。
比如我们会用到Makefile,了解它的基本规则,会用我们提供的Makefile就可以。
不需要深入研究那些make函数,因为在工作中都有现成的Makefile给你使用,不需要自己去编写一套Makefile。何必花上好几天去深入研究它呢?
比如我们会用到bootloader,难道又要花上几个月来深入研究u-boot吗?工作中基本不需要改u-boot,会用那几个命令就可以。
甚至有些学员先去买本shell的书来学习shell命令,何必?我们在视频中用到什么命令,你不懂时再去百度一下这些命令就可以了。
不要脱离初学者的主线:应用基础、驱动基础。有了这2个基础后,你想深入研究某部分时,再去花时间吧。
3.2,思路要清晰,不怕抄代码
视频里的代码,请你一定要自己去写一次、写多次。为什么我现在写驱动那么熟?我2009年在华清远见上课时,
每次上课我都要给学生写一次那些驱动,十几次下来闭着眼睛都知道内核的套路了。
记不住那些函数?我也记不住,我都是去参考同类的驱动程序,这又不是闭卷考试。
但是要理清楚思路,你写这个程序要完成什么功能、怎么实现这些功能?这个要弄清楚。
有了思路后再写代码,不知道怎么写?没关系,看看视频,看看示例,然后关闭视频看看能否自己写出来。
3.3,对自己的方向很了解,我只能带你到这里了
我的专长是操作系统,是快速地带领大家掌握一些项目开发的基础知识。
如果你决定深入研究某方面时,我并不能带你多久。你要去看源码,去看这方面的专业书籍。
比如想深入钻研内核的内存管理时,它有页表映射(你需要阅读ARM架构的手册)、SLAB分配器、vmalloc/malloc实现、mmap实现、缺页中断、父进程子进程之间的页面管理等等,内容非常多。有时候连书籍都没有,你需要直接啃代码。
当你想从事某个行业时,就需要深入研究行业相关的知识。
比如CAN总线,它可以写成一本书:CAN协议、CAN报文、Socket CAN、车身网络拓扑结构,CAN应用报文,CAN网络管理报文,CAN诊断报文。
想做物联网网关,需要深入研究MQTT,MQTT协议相对简单,但是MQTT英文原版协议有130多页,中文版有近100页,是一本小书了。
每个行业都有自己的业务逻辑,在掌握基本的编程能力之一,你需要结合具体的业务去深入学习。
-☆ END ☆-

  提供一下几种方案

  一、还按照《嵌入死linux应用开发完全手册》(韦东山)的内容来,但是嵌入式linux的开发环境自己搭建。当时我是按照《鸟哥的私房菜-基础篇》和《鸟哥的私房菜-服务器篇》两篇,整出一套开发平台,CentOS5.3 + samba/vsftpd + gcc / linux-gcc 。 window平台上的工具sourceinsight、secureCRT。 注意:我使用了四个月学会linux操作。不知道你是否会先学这两本书,再学习韦东山老师的嵌入式呢。学完之后看似学习了很多,出来外面之后,我又去在windows平台开发,而且现在用C#。囧。现在看什么嵌入式系统都非常快,很容易理解架构,如何实现。可惜自己太年轻,没有资本和人脉,不然可以实现很多有意思的东西。现在正在尝试创业。

  二、寻找开发板,而不是书籍作为实验的途径。书籍只是辅助,辅助你实现某种功能。可以集中linux书籍、嵌入式开发书籍、单片机开发、编程语言。宋宝华的嵌入式书籍。开发板当时用的是飞凌的,由国嵌负责技术讲解和培训。讲了不少有用的东西。现在网上的开发板多,可以淘,但是不用太贵,作用不大。找前卫的技术开发,中国看似不行。前卫老师都没搞出什么东西,我们在基本是0基础的前提下,很难实现比较前卫的技术。打好基础,看似是唯一的选择。

  三、单独找台PC机,直接安装ubuntu11,买本ubuntu相关的书,他会交你怎样安装使用工具的。其实和第一种解决方式是一样的,书是别人在五(六)年前写的,不符合摩尔定理。所以没办法,我们在嵌入式方面的教育还是欠缺啊,出的书都少,记那么基本,还全是个人。没有什么教育机构。

  希望以上对你有用。

个人总结的嵌入式学习步骤:
嵌入式学习步骤分为三个阶段
1.:基础与理论阶段
主要包括一些理论知识,你至少了解这行业吧,基本的Linux系统使用;其次就是嵌入式核心开发语言C语言(必须精通);了解c语言数据结构及经典算法编程;最后就是要了解嵌入式产品的一个基本的开发流程,这对后续的开发有很大的帮助,不至于是那么的迷茫。
2.:嵌入式系统核心开发
整理了下,至少这些是你要学会的,当前企业招人,应用层的开发挺多,特别刚入行前期,神马驱动的、移植的相关的可能你还不熟练,找工作就靠下面这些知识点了。
嵌入式 linux应用编程;
嵌入式 Linux并发程序设计;
嵌入式 Linux网络编程;
嵌入式数据库开发;
嵌入式 Linux应用综合项目;
ARM处理器编程;
ARM硬件接口开发;
3.:底层
嵌入式底层一般会涉及到,如何把你写的程序移植到开发板上运行,那么就会接触到系统移植、内核驱动开发等等,这是嵌入式工程师最高境界。主要要学以下这些:
嵌入式Linux系统开发;
嵌入式Linux内核开发;
嵌入式Linux驱动开发基础;
嵌入式Linux驱动高级开发;
嵌入式学习步骤就是这么多,除以上相关学习内容外,对于嵌入式学习者来讲还应该具备一些学习态度和学习方法。
1.在学习和工作中要脚踏实地
在对所学内容有一定了解之后,在任何项目进行中就保留自己的想法,如果自己能够解决更好,如果不能可以找其他朋友帮忙,共同探讨遇到的问题,如果只懂执行过程,没有自己的想法,即使人家把代码给咱,咱又能了解多少?
2.多看代码、多写代码
3.及时对自己的知识进行充电。来华清远见星创客精英训练营,是一个不错的进阶提升的培训班。
建议现在打算学习嵌入式的朋友们一定要多看、多练,见多识广,熟能生巧。
以上嵌入式学习步骤主要涉及的内容有嵌入式专业知识的学习和学习态度的一些小建议,希望以上内容对你会有所帮助
米奇 2017-10-23 17:26:57查看前后消息
首先介绍一下什么是嵌入式,嵌入式学习是以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。由于嵌入式系统通常具有低功耗、体积小、集成度高等等特点,嵌入式系统在我们日常生活中形成了非常大的应用领域。
嵌入式要学什么:
1.嵌入式学习之基础篇阶段:
这部分内容主要是能够看得懂硬件工作原理,特别是操作系统级软件,这部分内容主要有C语言基础,嵌入式Linux操作系统使用,嵌入式LinuxC语言高级编程,数据结构以及经典算法,java语言基础,java语言高级编程等内容,这些科目内容众多,但相对来讲都是一些比较简单的基础,容易掌握。
2.嵌入式学习之linux学习阶段:
这部分内容能够更好地深入掌握Linux系统,主要内容包括嵌入式Linux文件I/O,嵌入式Linux库的制作和使用,嵌入式Linux开发程序设计,嵌入式Linux网络编程,嵌入式数据库开发,嵌入式Linux综合案例等基础相关内容。
3.嵌入式学习之底层开发阶段:
嵌入式学习第三阶段需要掌握嵌入式系统及底层开发相关内容,学习内容主要包括ARM处理器编程,ARM硬件接口编程,物联网基础等ARM相关内容,此外,还包括嵌入式Linux系统移植/内核开发/驱动开发等必备内容。
4.嵌入式学习之拓展与实践阶段:
拓展与实践内容主要包括便携式智能医疗系统,网络机顶盒项目,仓储物联网系统以及智能农业综合实训系统等内容,把所学内容和知识点更好地应用于实践工作中。
以上就是我总结的嵌入式要学什么,要说嵌入式进阶提升,华清远见星创客精英训练营是非常好的修炼场,有最新的项目实战和职场老鸟的带领,对未来就业很有帮助。总之,嵌入式就是要努力用心的学习,就可以学得好。

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