劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社課件

1、劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 嵌入式系統(tǒng)實踐教程 （S3C2410+LINUX版） 劉彥文 2013-6-21劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 嵌入式系統(tǒng)實踐教程 劉彥文 編著 清華大學出版社 2013年3月劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社第1章 Linux及嵌入式開發(fā)系統(tǒng)組成簡介 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社1.1 Linux起源及發(fā)展1.1.1UNIX和GNU軟件UNIX最初是由美國電報電話（AT&T）公司下屬的貝爾實驗室開發(fā)的。1969年，貝爾實驗室的研究人員創(chuàng)建了UNIX的第一個版本，當時稱為UNICS（Uniplexed

2、 Operating and Computing System，單操作和計算機系統(tǒng)），由這個系統(tǒng)演化為之后通用的UNIX操作系統(tǒng)。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1984年，工程師Richard Stallman開始著手GNU計劃，該計劃致力于創(chuàng)建一個類UNIX（UNIX-like）的、任何人都可以免費發(fā)布和使用的、不受UNIX名字和源代碼私有權限制的操作系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境，開發(fā)環(huán)境主要包括：高質量的編譯器、命令行make環(huán)境、實用程序等。 Richard Stallman現(xiàn)在管理著一個免費的軟件基金會（Free Software Foundation，F(xiàn)SF），他和他的支持者們創(chuàng)

3、建的許多程序，廣泛地應用于商業(yè)的和開放源碼的UNIX版本中。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 GNU代表GNUs Not Unix，是一個首字母遞歸的縮略詞。GNU項目已經(jīng)提供了許多UNIX系統(tǒng)上應用程序的仿制品，所有這些程序，統(tǒng)稱為GNU軟件。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社1.1.2Linux的發(fā)展 Linux是一個可以自由使用、學習、修改、發(fā)布的，開源（open source）的，類UNIX內(nèi)核的一種操作系統(tǒng)的內(nèi)核。 Linux是由芬蘭赫爾辛基大學的研究生Linus Torvalds在1991年開發(fā)的。其開發(fā)的目的是，保證Linux除了包含可以自由發(fā)布的代碼外，不

4、會集成任何專有代碼，也就是我們通常說的源碼全部公開，并可以免費使用。Linux內(nèi)核遵循GNU GPL條款。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 Linux只是一個操作系統(tǒng)的內(nèi)核，而操作系統(tǒng)的shell、文件系統(tǒng)和工具軟件等等程序的編寫，主要由因特網(wǎng)上GNU支持者、UNIX程序員完成，并使其逐漸發(fā)展成為一個完整的、強大的系統(tǒng)。 Linux的出現(xiàn)，使臺式機具備了以前需要花費數(shù)千美元購買UNIX才能獲得的功能。 幾乎所有為UNIX編寫的程序，都可以在Linux上編譯運行；一些專用于UNIX商業(yè)版本的應用軟件，可以不加改變地以二進制可執(zhí)行文件形式在Linux上運行。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch

5、1清華大學出版社 Linux的發(fā)展是許多人共同努力的結果。操作系統(tǒng)內(nèi)核本身僅僅是一個可用的操作系統(tǒng)的一小部分。Linux內(nèi)核以外的大量程序，是由許許多多的編程人員，特別是以前為UNIX編程的、GNU項目的程序員編寫，并免費、自由地以源代碼形式發(fā)布的。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 GNU項目為Linux提供了許多UNIX系統(tǒng)上應用程序的仿制品，所有這些GNU軟件，都是在遵守GPL條款下發(fā)布的，常用的軟件有：n GCC：GNU編譯器集，包含GNU C編譯器。n G+：C+編譯器，是GCC的一部分。n GDB：源代碼級調試器。n GNU make：UNIX make免費版。n ba

6、sh：命令行解釋器，或稱外殼，shell的一種。n GNU Emacs：文本編譯器及環(huán)境。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社1.2 內(nèi)核、shell、文件系統(tǒng)及實用程序1.2.1Linux內(nèi)核 Linux內(nèi)核版本可以分為兩大類：一類是專門用于開發(fā)的試驗版本，另一類是穩(wěn)定的產(chǎn)品版本。Linux內(nèi)核版本號由主版本號、次版本號及序列號組成。次版本號是奇數(shù)的為試驗版，偶數(shù)的為產(chǎn)品版。 例如，Linux 2.5.x，次版本號是奇數(shù)，是試驗版內(nèi)核；而Linux 2.6.x，次版本號是偶數(shù)，是產(chǎn)品版。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 內(nèi)核是Linux系統(tǒng)的最底層，內(nèi)核提供了系統(tǒng)的核心功

7、能，并允許進程以一種有序的、高效的方式訪問硬件。內(nèi)核控制進程、I/O設備、文件系統(tǒng)的操作，內(nèi)核還管理著內(nèi)存。內(nèi)核支持系統(tǒng)以多用戶、多任務模式運行，并支持這些運行模式對資源的有序訪問。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 能夠在一種體系結構處理器（如Intel x86）上運行的內(nèi)核，不能在另一種體系結構處理器（如ARM）上直接運行，必須經(jīng)過移植，才能在另一種體系結構處理器上運行。內(nèi)核代碼的絕大部分是用標準的C語言編寫的，僅有很少一部分與處理器相關的代碼，是用匯編語言編寫的，這給代碼移植帶來了很大的方便。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 在Linux操作系統(tǒng)命令提示符下，使用c

8、at命令能夠查看并顯示當前系統(tǒng)的內(nèi)核版本信息： rootvm-dev # cat /proc/version Linux version 2.6.9-42.ELsmp (bhcompilehs20-bc1-) (gcc version 3.4.6 20060404 (Red Hat 3.4.6-2) #1 SMP Wed Jul 12 23:27:17 EDT 2006劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社1.2.2shell簡介 shell是什么 shell作為用戶與Linux內(nèi)核的接口程序，稱為外殼。根（root）用戶使用的shell在內(nèi)核 啟動后啟動，普通用戶使用的shell，在用

9、戶登錄進入系統(tǒng)時啟動。內(nèi)核能夠接收用戶在命令行提示符后輸入的命令和參數(shù)。shell在Linux系統(tǒng)中的位置如圖1.1所示。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社圖1.1 shell在Linux中的位置劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 圖1.1中，bash、csh是不同種類shell中較為常用的兩種shell。 shell是一個命令行解釋器，也稱為命令語言解釋器（command-language interpreter），它擁有自己內(nèi)建的shell命令集。 使用shell能夠讓用戶與操作系統(tǒng)交互，當執(zhí)行用戶命令或者在提示符后進行輸入時，就會與shell進行交互。shell將用戶

10、的命令和鍵盤輸入的參數(shù)轉化成內(nèi)核能夠理解的內(nèi)容，內(nèi)核響應并處理，處理結果送shell，再輸出給用戶。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 shell為系統(tǒng)提供了內(nèi)核之上的一層功能，可以直接用它來管理和運行系統(tǒng)，shell也能被系統(tǒng)中其他實用程序（utilities）和應用程序（application programs）所調用。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 shell等待并接收提示符后用戶輸入的命令和參數(shù)，然后解釋并傳送給內(nèi)核。 有些常用命令，比如打印當前工作目錄命令pwd，shell內(nèi)部包含這些命令對應的程序，就像MS-DOS的內(nèi)部命令那樣，shell將直接轉去執(zhí)行對

11、應的程序； 另外更多的命令，比如拷貝cp和移動rm命令，類似于MS-DOS的外部命令，命令對應的程序不在shell內(nèi)部，而是文件系統(tǒng)中某個目錄下的單獨的可執(zhí)行文件。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 當用戶在命令行提示符后輸入命令和參數(shù)，按下回車鍵以后，shell將尋找命令對應的可執(zhí)行文件，然后裝入內(nèi)存并執(zhí)行；對于用戶編寫的應用程序，以及用shell語言編寫的腳本程序，同樣可以通過指定文件名，由shell讀入并執(zhí)行。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 Linux根目錄下的bin子目錄，通常存放著許多系統(tǒng)自帶的、用戶命令對應的二進制可執(zhí)行文件。 例如cp和rm命令對應的文件

12、是： rootvm-dev bin# ls /bin/cp -l -rwxr-xr-x 1 root root 59100 2006-04-11 /bin/cp rootvm-dev bin# ls /bin/rm -l -rwxr-xr-x 1 root root 34952 2006-04-11 /bin/rm劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 在/bin目錄下，還可以看到系統(tǒng)自帶的各種版本的shell程序文件、用于編輯文件的vi程序文件，以及許多用戶命令對應的可執(zhí)行文件。 Linux根目錄下的sbin子目錄，通常存放著許多系統(tǒng)自帶的、系統(tǒng)管理員命令對應的二進制可執(zhí)行文件，例如用

13、于劃分物理磁盤的fdisk和用于配置網(wǎng)絡接口的ifconfig命令對應的文件：劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 rootvm-dev sbin# ls /sbin/fdisk -l -rwxr-xr-x 1 root root 83024 2006-05-25 /sbin/fdisk rootvm-dev sbin# ls /sbin/ifconfig -l -rwxr-xr-x 1 root root 66024 2006-06-07 /sbin/ifconfig 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 在shell內(nèi)部，有shell自帶的命令所對應的程序，可以通過輸入he

14、lp命令，查看用戶使用的shell種類及該shell內(nèi)部自帶的命令有哪些。 rootvm-dev sbin# help 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 shell啟動 根用戶使用的shell，在系統(tǒng)啟動時，使用系統(tǒng)指定的shell，自動啟動。 普通用戶在登錄進入系統(tǒng)時，系統(tǒng)會啟動指定種類的shell。 所有用戶在系統(tǒng)運行過程中，可以改變當前使用的shell，成為另一種shell，例如登錄時使用的shell種類為bash，用戶可以改為tcsh。 Linux是一個多用戶系統(tǒng)，系統(tǒng)中每個用戶可以使用一個與其他用戶不同的shell。只有當用戶退出Linux系統(tǒng)時，shell運行才結束。劉

15、彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 常用的shell Linux和UNIX系統(tǒng)里有許多種類不同的shell可以使用，例如bash、sh、tcsh、csh、ash、bsh、ksh、zsh等等，它們中的大多數(shù)都是從sh shell演變而來的。最常用的三種shell是bash、csh和ksh。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 Linux系統(tǒng)中，默認安裝的總是GNU工具集中的bash（GNU Bourne Again shell），它是開源的并且可以被移植到幾乎所有的類UNIX系統(tǒng)上。 可以使用如下命令來查看用戶主機使用的Linux中有哪些shell，shell的鏈接及當前使用的s

16、hell的版本號。 rootvm-dev bin# ls *sh ash bash bsh csh ksh sh tcsh zsh劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社rootvm-dev bin# ls -l *sh-rwxr-xr-x1 root root 98356 2004-06-16 ash-rwxr-xr-x1 root root 616248 2006-04-13 bashlrwxrwxrwx 1 root root 3 2008-03-30 bsh - ashlrwxrwxrwx 1 root root 4 2008-03-30 csh - tcsh-rwxr-xr-x1

17、 root root 183492 2005-08-08 kshlrwxrwxrwx 1 root root 4 2008-03-30 sh - bash-rwxr-xr-x 1 root root 307488 2004-09-22 tcsh-rwxr-xr-x 1 root root 453836 2005-06-28 zsh劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 rootvm-dev bin# /bin/bash -version GNU bash, version 3.00.15(1)-release (i386-redhat-linux-gnu) Copyright (C) 2

18、004 Free Software Foundation, Inc.劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1.2.3 文件系統(tǒng) 文件系統(tǒng)是Linux系統(tǒng)的一個組件，它能夠讓用戶以統(tǒng)一的方式查看、組織以及保護存儲設備上的文件和目錄，并與其進行交互。 Linux環(huán)境中的文件，具有特別重要的意義，因為它們?yōu)椴僮飨到y(tǒng)服務并為設備操作提供了一個簡單而一致的接口。在Linux中，一切都可以看作文件，包括硬件設備在內(nèi)。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1.2.4 實用程序 實用程序（utilities）也是Linux系統(tǒng)的一個組件。實用程序是一些可執(zhí)行的程序，用來幫助用戶在系統(tǒng)上進行工作

19、。例如，用于Internet定位的Web瀏覽器、文字處理程序、編輯程序、e-mail程序，以及除了shell內(nèi)部命令外，其他Linux命令對應的程序，都可以稱為實用程序。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社1.3 選擇Linux的理由 1.3.1Linux是成熟的、廣泛使用的操作系統(tǒng) 1.3.2 開源軟件帶來的優(yōu)點 一些對安全敏感的產(chǎn)品，比如用于航天、軍事、銀行等方面的產(chǎn)品，產(chǎn)品開發(fā)者更希望使用操作系統(tǒng)本身的源代碼是可見的，而不希望使用由二進制可執(zhí)行文件組成的操作系統(tǒng)。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 使用開源的操作系統(tǒng)，如果需要，開發(fā)者可以查閱操作系統(tǒng)的某一段代碼，理解

20、它的含義及產(chǎn)生的行為。這樣做的好處是，對于開發(fā)過程中產(chǎn)生的錯誤，容易區(qū)分是系統(tǒng)軟件引起的，還是應用軟件引起的。 使用開源軟件，便于將Linux操作系統(tǒng)從一種處理器體系結構，移植到另一種處理器體系結構。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1.3.3 免費軟件帶來的優(yōu)點 1.3.4Linux得到了眾多硬、軟件廠商的支持 目前常見的32位以上、帶MMU的嵌入式微處理器，幾乎都得到Linux的支持。 目前Linux已經(jīng)移植到幾十種不同體系結構的處理器上；支持200多種不同的評估板；支持200多種網(wǎng)絡適配器；支持5家廠商的閃存和10種以上的USB存儲設備及各種各樣的眾多外設。 1.3.5 使用

21、Linux的不足之處劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社1.4 Linux環(huán)境嵌入式開發(fā)系統(tǒng)組成簡介1.4.1Linux環(huán)境嵌入式開發(fā)系統(tǒng)組成 圖1.2 Linux環(huán)境嵌入式開發(fā)系統(tǒng)組成劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1.4.2 主機（Host） 圖1.2中主機在不同的資料中也稱為宿主機、Linux宿主機、Linux工作站、桌面機，本書統(tǒng)一稱為主機。 主機可以是基于80 x86的普通臺式PC機或筆記本電腦，但是普通筆記本電腦通常不帶串口，可以選用與串口電纜連接在一起的USB口轉串口的部件。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1.4.3 目標板（Target）

22、目標板也稱為開發(fā)板、評估板、開發(fā)平臺實驗板、目標平臺、目標機等，本書通常稱為目標板。在學習或開發(fā)階段，目標板指的是購買來的用于做實驗，或為了開發(fā)最終產(chǎn)品而運行、調試程序的板、卡或實驗箱。例如基于ARM920T內(nèi)核的S3C2410開發(fā)平臺。對于從事某項產(chǎn)品研發(fā)、最終要設計出硬件產(chǎn)品的項目，最終設計出的硬件產(chǎn)品也稱為目標板。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1.4.4 主機與目標板的連接 通常主機與目標板連接的端口有串行口和以太網(wǎng)端口；有時主機并行端口，也就是連接打印機的端口，通過JTAG電纜連接到目標板的JTAG端口。 串行口也稱為串行端口、RS-232C、COM口、串口； 以太網(wǎng)端

23、口也稱為網(wǎng)口、網(wǎng)絡端口； 并行端口也稱為并口。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1.4.5 主機中運行的程序 軟件開發(fā)過程中，主機運行的程序主要是Linux操作系統(tǒng)，另外還有交叉編譯器等工具軟件。主機中運行的Linux操作系統(tǒng)，就是通常說的Linux操作系統(tǒng)，也稱為Linux發(fā)行版（flavor）或發(fā)行套件，也稱為發(fā)布版。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 主機中的交叉編譯器等工具軟件，通常不包含在Linux操作系統(tǒng)內(nèi)部，可以從網(wǎng)上下載，或者使用購買目標板時廠商附帶的軟件。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 在Linux支持下，主機中運行的交叉編譯器，會把用

24、戶編寫的源程序，經(jīng)過編譯、連接等步驟，產(chǎn)生出目標板上可執(zhí)行的二進制代碼文件。如果目標板是基于ARM內(nèi)核的微處理器，那么可執(zhí)行文件的代碼是ARM機器指令代碼。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 minicom程序是能夠在主機Linux環(huán)境下運行的一個仿真終端程序，這個程序把主機Linux下的一個窗口和主機的鍵盤，作為目標板終端，這個終端由主機通過串口連接到目標板串口。目標板運行裝載引導程序或者Linux時，默認的終端就是這個終端。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 主機在某些時候，不運行Linux，而是運行Windows，比如從主機傳送一些文件（裝載引導程序、內(nèi)核、根文件系統(tǒng)

25、、應用程序等）到目標板，并且要把這些文件燒寫到目標板的閃存（Flash）。這時通常主機工作在Windows環(huán)境，運行的仿真終端程序是“超級終端”，目標板通過串口連接，把主機超級終端窗口和主機鍵盤，作為它的終端。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1.4.6 目標板中運行的程序 購買回來的目標板，廠商通常在目標板的閃存中預裝了以下程序或文件：n裝載引導程序nLinux內(nèi)核，通常包含一種默認的shell，如bash或其他種類的shellnLinux根文件系統(tǒng)n應用程序劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 裝載引導程序通常是目標板加電或RESET以后，第一個從閃存裝入內(nèi)存并運行的程

26、序，這個程序為隨后裝入的Linux內(nèi)核作了相應的初始化工作。然后裝載引導程序從閃存裝入Linux內(nèi)核到內(nèi)存，并把運行權交給Linux內(nèi)核。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 Linux內(nèi)核從閃存裝入根文件系統(tǒng)到內(nèi)存，完成了目標板Linux啟動運行的過程。之后目標板可能裝入并啟動某個指定的應用程序，也可能在目標板Linux內(nèi)核和shell支持下，等待用戶從終端輸入的命令和參數(shù)。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 比較常用的術語，如嵌入式Linux，通常指的是目標板上的Linux內(nèi)核、Linux根文件系統(tǒng)和應用程序這三部分的總體。它們也被稱為嵌入式Linux發(fā)行版或發(fā)行套件。

27、 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 運行在基于ARM體系結構處理器目標板的嵌入式Linux，組成Linux的可執(zhí)行文件代碼是ARM機器指令代碼；運行在PowerPC體系結構處理器目標板的嵌入式Linux，是PowerPC機器指令代碼。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 同樣是ARM體系結構的嵌入式Linux，不同的目標板如果外設種類不同，嵌入式Linux內(nèi)核中的驅動程序也不同。 同樣是ARM體系結構，微處理器系列號不同，例如S3C2410和S3C6410，嵌入式Linux內(nèi)核中與處理器相關的代碼，也不完全相同。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 1.4.7 開發(fā)系統(tǒng)附帶的光盤文檔 用戶購買開發(fā)系統(tǒng)所附帶的光盤中，通常會有支持目標板運行Windows CE、C/OS或Linux操作系統(tǒng)的對應文檔。 同一臺目標板，購買時如果預裝了嵌入式Linux，那么買回來默認的開發(fā)環(huán)境就是Linux；如果預裝的是Windows CE，那么默認的開發(fā)環(huán)境就是Windows CE。 劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 當然用戶可以將光盤中的文件，通過主機傳送到目標板并燒寫到閃存，也就是說用戶可以通過改變目標板閃存已燒寫的文件，來改變開發(fā)環(huán)境。劉彥文嵌入式系統(tǒng)實踐教程ch1清華大學出版社 光盤中支持Linux操作系統(tǒng)的文檔，