微机原理:理解ARM微处理器的工作原理
电子技术基础:理解基于ARM的嵌入式设备的电路原理图,编撰Linux驱动程序的基础
汇编语言:阅读、编写Bootloader和Linux内核源代码(包括驱动程序)
C语言:阅读、编写Bootloader和Linux内核源代码(包括驱动程序),阅读、编写Linux应用程序
C++语言:阅读、编写Linux图形应用程序
Java语言:Android编程
设计一个ARM+Linux设备,分为硬件设计和软件设计。硬件设计不用多说,软件设计是我们讨论的重点。基于ARM的嵌入式设备,实际上就是一种简化版的笔记本加上特定功能的硬件。通用的PC在开机启动时,首先会运行显卡上的BIOS,之后才启动操作系统;对应于ARM设备,开机时首先启动Bootloader,初始化硬件,之后Bootloader将Linux内核(2MBytes左右)迁往显存中,之后Linux在显存中运行,接管整个设备的管理运行。所以学习嵌入式Linux,首先要学习Bootloader。
Linux用的Bootloader种类比较多,都是开放源代码的,现今比较流行用u-boot。Bootloader的源代码是用汇编语言和C语言编撰的,所以要有汇编语言和C语言基础,汇编语言代码在全部代码中仅占1%的比列,绝大部份代码是C语言代码。Bootloader代码经过编译器编译成ARM可执行的映像文件,大小在几十kBytes至几百kBytes。这个映像文件通过专用的插口(JTAG)和专用的软件烧讲到ARM的FlashROM上。在网上可以下载Bootloader源代码,由于每一种嵌入式设备的硬件不尽相同,所以下载来的源代码不一定完全适用于当前的硬件,要按照硬件的配置对Bootloader源代码进行一些更改,这一步称作Bootloader的移植。
学完Bootloader移植,下一步就是Linux内核的移植和驱动程序的编撰。与Bootloader类似,Linux内核的移植也是按照硬件情况对Linux内核源代码进行更改,让Linux内核能在硬件开发板上运行上去。Linux内核源代码可到相关网站下载,移植的过程主要是针对核心硬件(MPU、内存、FlashROM)更改Linux内核源代码,让Linux内核能在开发板上运行上去。Linux内核源代码更改完成后,经过编译生成Linux内核映像文件,可在开发板的显存中运行;Linux内核映像文件并不大,通常在2MBytes左右。Linux内核移植完成后,尽管Linux已可在硬件上运行,而且好多外围硬件(如LCD、键盘、鼠标等)并没有被驱动上去,所以下一步就是外围硬件的驱动程序编撰。与PC上常用的Windows操作系统不同,Linux的驱动程序是在内核上面的嵌入式linux驱动程序设计从入门到精通,不能像Windows那样便捷地安装硬件驱动程序。Linux硬件驱动程序代码写好后,置于内核源代码中,再重新编译Linux内核,重新运行内核后能够在Linux上操作对应硬件。
Linux的文件系统与Windows也不相同。Windows的内核和文件系统是一体的,在WIndows的资源管理器中可查看全部内核文件和应用程序文件。Linux内核是一个单独的文件,而所有应用程序却都置于一个称为文件系统的文件包内,这样做的用处是内核和应用程序是分割开的,利于内核的稳定,虽然应用程序崩溃了linux命令tar,也不会影响到内核linux手机软件,在文件系统中处理应用文件时也不会误删掉内核,所以Linux比Windows稳定得多。类似于Windows中的c盘分区,Linux内核映像占一个单独分区,文件系统必须在别的分区上。Linux内核运行之后,会找寻文件系统对应的那种包(分区),并挂载这个包,亦称文件系统挂载。文件系统挂载上之后,可以用与Windows资源管理器类似的方式管理应用程序,但管理不了内核的任何细节。文件系统里的所有文件都是通过目录和文件形式管理的。
再出来就是应用程序的编撰了。Linux的应用程序分有图形显示的应用程序和无图形显示的应用程序。无图形显示的应用程序运行上去如同在Windows的“命令提示符”界面中运行,不须要在显示屏上显示任何内容,或仅须要显示一些简单字符,这类程序在嵌入式领域用途广泛,由于好多嵌入式设备是没有LCD显示屏的。有图形显示的应用程序是在有LCD显示屏的嵌入式设备上运行的,比如手机。
无图形显示的应用程序主要用C语言编撰嵌入式linux驱动程序设计从入门到精通,直接借助Linux内核提供的编程插口完成各类功能。C语言程序可以实现好多功能,即使是多线程、多进程也都可轻松搞定。Linux内核提供的编程插口都是C语言可直接调用的函数,实际上Linux这些操作系统编程就是C语言编程。
有图形的应用程序编撰相对复杂一些。Linux本身的编程是基于C语言的,要想让Linux有图形显示,必须给Linux加上一个图形用户界面(GUI),Linux的GUI现今有好多,桌面Linux用的有Gnome、KDE等,嵌入式Linux用Qt、MiniGUI等。这种GUI实际上都是在内核提供的C编程插口的基础上封装一些图形插口,之后弄成图形库供应用程序调用。Linux的GUI多是开放源代码的,也有一些商用GUI不开放源代码。我们可以下载GUI的源代码,之后用编译器编译成库文件,之后将这种库文件放在文件系统的特定目录下。GUI实际上是应用程序的一部份,而不属于Linux内核。GUI提供的编程插口多为C/C++插口,所以图形应用程序常用C语言或C++语言编撰。也有特殊的如Android,提供的是Java编程插口。所以图形应用程序编撰须要把握C/C++编程语言(Java语言)。