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要認識嵌入式Linux，看這一篇就夠了 嵌入式Linux跟桌面Linux一樣，是一個(gè)操作系統。從單片機走過(guò)來(lái)的童鞋往往習慣于直接控制寄存器，事必躬親，從零開(kāi)始實(shí)現想要的功能。而在嵌入式Linux的世界里，我們首先要拋棄這個(gè)思想，應把它作為最后沒(méi)辦法的辦法。 就像我們想要在windows系統中編寫(xiě)一個(gè)程序，首先想到的不是操作CPU芯片的寄存器，而是學(xué)習Windows API一樣。我們在嵌入式linux編程時(shí)，首先想到的應該是使用現成的驅動(dòng)或軟件或Linux API。沒(méi)有的話(huà)看看能不能修改一下現成的資源為己所用。還是不行的話(huà)才考慮自己從頭開(kāi)始寫(xiě)。 嵌入式Linux大廈是由很多層組成的，當我們想找一個(gè)人時(shí)，首先要明確他在那一層樓。同樣的，我們遇到問(wèn)題時(shí)，首先要知道是哪個(gè)方面的問(wèn)題，然后才有可能知道到哪里尋找答案。下面我們把這座大廈進(jìn)行一下拆解。 我們平時(shí)使用Linux系統的話(huà)，最常用的工具就是Shell（或者用windows中常見(jiàn)的說(shuō)法：命令行），初學(xué)者接觸Linux的第一個(gè)東西往往也是shell。也許你已經(jīng)知道，把shell命令組合起來(lái)寫(xiě)成一個(gè)文件，亦即shell編程，也是一門(mén)大學(xué)問(wèn)，它能做的事很多很強大，但僅限于對Linux系統的操作。 我們一定不會(huì )用shell命令去編寫(xiě)一個(gè)顯示屏程序，或者一個(gè)GPS導航程序。而且作為嵌入式Linux開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，shell不可能作為最終產(chǎn)品工作的平臺，因為我們不能要求用戶(hù)在屏幕中輸入代碼來(lái)實(shí)現功能。因此我認為對嵌入式開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，shell命令無(wú)需深究，掌握基本操作就夠了。 shell基本操作主要包括：獲取命令幫助，到達指定目錄，查看目錄內容，權限修改，文件的復制粘貼等基本操作，文件搜索，文件內容查看和編輯，系統關(guān)機重啟……（這些只是最基本的，后面再慢慢學(xué)別的命令，比如學(xué)習進(jìn)程編程時(shí)，再學(xué)習進(jìn)程相關(guān)的命令；學(xué)習C語(yǔ)言編程時(shí)，再學(xué)各種編譯和調試命令也不遲） 學(xué)習嵌入式Linux，我們的最終目的是制作一套嵌入式系統來(lái)實(shí)現功能。往往需要用C/C++或Python等其他語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，但是編程之前我們要先明確一些基本概念。 最基本的，當我們編寫(xiě)程序時(shí)，首先要明確嵌入式Linux分為用戶(hù)空間和內核空間。用戶(hù)空間是應用程序運行的空間，內核空間就是操作系統和驅動(dòng)程序運行的空間。這是從軟件的角度來(lái)說(shuō)的，對應于ARM芯片來(lái)說(shuō)，就是芯片的不同“工作模式”。這兩個(gè)空間是通過(guò)“地理隔離”實(shí)現互相完全獨立的，它們各自的程序使用不同的內存地址區間，各自使用自己的頭文件（有些頭文件在兩個(gè)空間內甚至是重名的，要注意區分）、各自調用屬于自己空間的函數（哪怕實(shí)現的功能相同，比如printf()和printk()），而且不能互相直接訪(fǎng)問(wèn)（用指針也不行）。（意味著(zhù)學(xué)習這兩部分的編程時(shí)要學(xué)習兩套獨立的知識體系） 內核空間相關(guān)的東西有：Linux內核源碼、內核編譯和配置、內核移植、文件系統、Busybox、設備驅動(dòng)程序編寫(xiě)、中斷編程…… 用戶(hù)空間相關(guān)的東西有：Shell、應用程序編譯和調試、進(jìn)程、線(xiàn)程、文件IO編程、網(wǎng)絡(luò )通信相關(guān)、Qt圖形界面編程…… 如果你僅僅要開(kāi)發(fā)應用程序，那你就可以遠離內核空間那些東西了。對你來(lái)說(shuō)，驅動(dòng)程序、底層硬件、操作系統的工作方式等都是透明的，你寫(xiě)的程序在別的芯片上也能跑得很好。 但如果你想要開(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序，或者定制自己的操作系統，或者你想向一片“全裸”芯片中寫(xiě)入操作系統，并使它正常運行起來(lái)，那就得學(xué)習內核空間的知識了。 如果你想讓“全裸”芯片運行起來(lái)，還會(huì )遇到一塊比內核更底層的東西，Bootloader。它是在內核啟動(dòng)前運行的一段程序，用來(lái)初始化硬件、建立內存空間映射等，與芯片的品牌、型號極其相關(guān)。我們通常對一些現成的Bootloader進(jìn)行修改來(lái)滿(mǎn)足需求，常見(jiàn)的Bootloader有U-Boot、Vivi等。 再多說(shuō)一句，如果想從零開(kāi)始做一個(gè)嵌入式設備，還有更底層的問(wèn)題需要解決和學(xué)習：電路設計、PCB布線(xiàn)等。 因此，我們看到的嵌入式Linux書(shū)籍就可以粗略分成兩個(gè)方向：一類(lèi)講嵌入式Linux應用程序編程，另一類(lèi)講如何搭建一個(gè)完整的嵌入式Linux平臺。分別對應的就是用戶(hù)空間和內核空間的事情。 雖然用戶(hù)空間和內核空間是獨立的，但就像Windows提供了API，允許我們對系統進(jìn)行操作一樣，用戶(hù)空間的程序也可以通過(guò)系統調用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)內核（就是一些的C語(yǔ)言函數）。但由于系統調用非�；A，所以有時(shí)使用起來(lái)很麻煩。比如說(shuō)一個(gè)簡(jiǎn)單的給變量分配內存空間的操作，就需要動(dòng)用多個(gè)系統調用。Linux定義一些庫函數(API)來(lái)將系統調用組合成某些常用的功能，以方便我們編程（同樣是C語(yǔ)言函數）。因此，我們在讀別人的程序時(shí)，就要區分其中的函數是系統調用，還是庫函數，還是C/C++標準庫中的函數，還是用戶(hù)自己定義的函數。如果是前三者，就可以到各個(gè)地方搜索相應的資料，這樣學(xué)習起來(lái)就快很多。 那么shell程序和我們用C/C++編寫(xiě)的程序有什么區別呢？事實(shí)上，我們在shell中寫(xiě)的每一個(gè)命令，都對應了一個(gè)程序，在程序內部就是通過(guò)調用各種API來(lái)實(shí)現相應功能的。因此用shell能實(shí)現的功能，理論上都能用C語(yǔ)言實(shí)現。 作為嵌入式Linux開(kāi)發(fā)初學(xué)者，簡(jiǎn)單熟悉了shell以后，就可以開(kāi)始進(jìn)行一些C語(yǔ)言編程的嘗試了。 我們最早接觸編程一般都是在大學(xué)的編程課上，而且往往用的是Visual C++ 6.0。竊以為這是讓我對編程原理長(cháng)期困惑不解的罪魁禍首！啥是環(huán)境變量？為啥要設置include路徑，lib路徑？為啥一點(diǎn)編譯按鈕就會(huì )出來(lái)那么多后綴名不同的文件？這些很基礎很重要的問(wèn)題都被VC6.0這個(gè)外殼掩蓋了。但哪怕你在Linux中使用gcc編譯一個(gè)最簡(jiǎn)單程序，一定就會(huì )像我一樣馬上明白把一個(gè).c的源文件變成一個(gè)可執行文件，中間究竟發(fā)生了什么事情。如果你再用gdb調試一個(gè)程序，就會(huì )明白得更多一點(diǎn)。 關(guān)于C/C++編程的基本工具，我們需要學(xué)習的有：vim等代碼編輯器、diff等文件比較的shell命令、gcc等編譯器、gdb等調試工具、交叉編譯等。這里需要特別提到一個(gè)重要工具（網(wǎng)站）：github，根據百度的解釋?zhuān)且粋�(gè)“分布式的版本控制系統”，初學(xué)者還用不到版本控制，那就可以單純把它當成一個(gè)開(kāi)放的源代碼庫。這個(gè)網(wǎng)站里有大量?jì)?yōu)秀的源代碼供學(xué)習和使用。 學(xué)習了基本的編程方法，我們就該接觸Linux的API等內容了。畢竟，我們的嵌入式系統要與設備進(jìn)行交互，只用C/C++標準庫是不夠的。在此之前，需要建立一個(gè)Linux的重要概念：一切皆文件。甚至硬件設備對Linux系統來(lái)說(shuō)，也是文件。這樣對設備的操作就等同于對文件進(jìn)行讀、寫(xiě)，或讀寫(xiě)以外的操作。這部分內容在各種書(shū)籍資料中通常以“文件IO編程”命名，作為一個(gè)章節來(lái)寫(xiě)。我覺(jué)得這是應當第一個(gè)來(lái)學(xué)的東西，因為看到自己能隨意操控文件和外設是一件讓人很振奮的事情！成就感是繼續學(xué)習的一大動(dòng)力！ 另外一個(gè)重要內容是，理解進(jìn)程和線(xiàn)程。通過(guò)學(xué)習這個(gè)部分，能管中窺豹地大致領(lǐng)略到Linux系統如何進(jìn)行調度，你的程序是怎么在Linux中運行的。這是操作系統原理的內容，但作為非軟件專(zhuān)業(yè)出身的人，沒(méi)辦法，只能自學(xué)了。 其他應用程序編程如網(wǎng)絡(luò )編程、Qt圖形編程等就不一一說(shuō)明了。 驅動(dòng)程序可能是我們將來(lái)接觸內核空間遇到的第一個(gè)內容。不過(guò)暫時(shí)還沒(méi)什么特別想說(shuō)的。內核空間距離初學(xué)者還是有點(diǎn)遠的……以后再來(lái)學(xué)這部分內容。 免費試聽(tīng)C語(yǔ)言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、JAVA、安卓等。 想學(xué)習的你和我聯(lián)系預約就可以免費聽(tīng)課了。 宋工企鵝號：三五二四六五九零八八 Tel：173--1795--1908 
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