嵌入式Linux基础教程（嵌入式Linux权威著作）

.2.3.3　闪存的用途 14
2.3.4　闪存文件系统 14
2.3.5　存储器空间 15
2.3.6　运行上下文 16
2.3.7　进程中的虚拟内存 17
2.3.8　交叉开发环境 19
2.4　嵌入式linux的发行版 20
2.4.1　linux商业发行版 21
2.4.2　linux自定义发行版 21
2.5　小结 21
参考资源 22
第3章　处理器基础 23
3.1　单机处理器 23
3.1.1　ibm 970fx 24
3.1.2　intel pentium m 24
3.1.3　freescale mpc7448 25
3.1.4　配套芯片组 25
3.2　集成化处理器：片上系统 27
3.2.1　powerpc 27
3.2.2　amcc powerpc 27
3.2.3　freescale powerpc 30
3.2.4　mips 33
3.2.5　broadcom mips 33
3.2.6　amd mips 34
3.2.7　其他类型的mips 35
3.2.8　arm 35
3.2.9　ti arm 35
3.2.10　freescale arm 37
3.2.11　intel arm xscale 37
3.2.12　其他arm 38
3.2.13　其他体系结构 38
3.3　硬件平台 38
3.3.1　compactpci 38
3.3.2　atca 39
3.4　小结 39
参考资源 40
第4章　linux内核——不同视角 41
4.1　背景知识 41
4.1.1　内核的版本 42
4.1.2　内核源码库 43
4.2　linux内核构造 44
4.2.1　顶层资源目录 44
4.2.2　编译内核 45
4.2.3　严格意义上的内核：vmlinux 46
4.2.4　内核映像组件 47
4.2.5　子目录结构 50
4.3　内核构建系统 50
4.3.1　.config文件 51
4.3.2　配置编辑器 52
4.3.3　makefile的目标 55
4.3.4　内核配置 58
4.3.5　自定义配置选项 59
4.3.6　内核makefile 62
4.3.7　内核文档 62
4.4　获取linux内核 63
4.5　小结 64
参考资源 64
第5章　内核初始化 65
5.1　合成内核映像：piggy及其他 65
5.1.1　image目标文件 67
5.1.2　体系结构相关的目标文件 68
5.1.3　第二阶段引导装入程序 69
5.1.4　引导信息 69
5.2　初始化控制流 72
5.2.1　内核入口点：head.o 73
5.2.2　内核启动：main.c 74
5.2.3　体系结构设置 75
5.3　内核命令行处理 75
5.4　子系统初始化 80
5.5　init线程 82
5.5.1　通过initcall初始化 83
5.5.2　引导的最后步骤 84
5.6　小结 85
参考资源 85
第6章　系统初始化 86
6.1　根文件系统 86
6.1.1　fhs 87
6.1.2　文件系统布局 87
6.1.3　最小文件系统 88
6.1.4　根文件系统带来的挑战 89
6.1.5　试错法 90
6.1.6　自动化文件系统构建工具 90
6.2　内核的最后引导过程 90
6.2.1　用户空间下第一个程序 91
6.2.2　解决依赖 92
6.2.3　定制初始化进程 92
6.3　init进程 92
6.3.1　inittab 95
6.3.2　web服务器启动脚本示例 96
6.4　初始ram磁盘 97
6.4.1　初始ram磁盘的目的 98
6.4.2　使用initrd引导 98
6.4.3　引导装入程序对于initrd的
支持 98
6.4.4　initrd的奥妙所在：linuxrc
文件 100
6.4.5　initrd探究 100
6.4.6　构建initrd映像文件 101
6.5　使用initramfs 102
6.6　关机 103
6.7　小结 103
参考资源 104
第7章　引导装入程序 105
7.1　引导装入程序的作用 105
7.2　引导装入程序的挑战 106
7.2.1　dram控制器 106
7.2.2　闪存与ram 106
7.2.3　映像的复杂性 107
7.2.4　执行上下文 108
7.3　通用的引导装入程序：das u-boot 109
7.3.1　执行上下文 109
7.3.2　u-boot命令集 111
7.3.3　网络操作 111
7.3.4　存储子系统 113
7.3.5　从磁盘启动：u-boot 113
7.4　移植u-boot 114
7.4.1　为ep405开发板移植u-boot 114
7.4.2　u-boot的makefile配置目标 115
7.4.3　ep405处理器初始化 116
7.4.4　特定开发板的初始化 117
7.4.5　移植概要 120
7.4.6　u-boot映像格式 120
7.5　其他引导装入程序 122
7.5.1　lilo 122
7.5.2　grub.. 123
7.5.3　其他引导装入程序 124
7.6　小结 124
参考资源 124
第8章　设备驱动程序基础 126
8.1　设备驱动程序基本概念 126
8.1.1　可加载模块 127
8.1.2　设备驱动程序的体系结构 127
8.1.3　最小设备驱动程序示例 128
8.1.4　模块构建的基础设施 129
8.1.5　安装设备驱动程序 131
8.1.6　加载设备驱动程序模块 132
8.2　模块实用程序 133
8.2.1　insmod 133
8.2.2　模块参数 133
8.2.3　lsmod 134
8.2.4　modprobe 135
8.2.5　depmod 136
8.2.6　rmmod 136
8.2.7　modinfo 137
8.3　驱动程序方法 137
8.3.1　驱动程序文件系统操作 138
8.3.2　设备节点与mknod 140
8.4　汇总 141
8.5　设备驱动程序与gpl 143
8.6　小结 143
参考资源 144
第9章　文件系统 145
9.1　linux文件系统的概念 146
9.2　ext2文件系统 147
9.2.1　挂载文件系统 148
9.2.2　文件系统完整性检查 149
9.3　ext3文件系统 150
9.4　reiserfs文件系统 152
9.5　jffs2文件系统 153
9.6　cramfs文件系统 155
9.7　nfs文件系统 156
9.8　伪文件系统 160
9.8.1　proc文件系统 160
9.8.2　sysfs文件系统 162
9.9　其他文件系统 164
9.10　构建简单的文件系统 165
9.11　小结 166
参考资源 166
第10章　mtd子系统 168
10.1　启用mtd服务 168
10.2　mtd基础知识 170
10.3　mtd分区 172
10.3.1　redboot分区表 173
10.3.2　内核命令行分区 176
10.3.3　映射驱动程序 177
10.3.4　闪存芯片驱动程序 178
10.3.5　特定开发板的初始化 179
10.4　mtd实用程序 180
10.5　小结 184
参考资源 184
第11章　busybox 186
11.1　busybox简介 186
11.2　busybox配置 187
11.3　busybox操作 189
11.3.1　busybox之init 191
11.3.2　rcs初始化脚本示例 193
11.3.3　在目标平台安装busybox 193
11.3.4　busybox命令 195
11.4　小结 196
参考资源 196
第12章　嵌入式开发环境 197
12.1　交叉开发环境 197
12.2　主机系统需求 200
12.3　为目标板提供服务 201
12.3.1　tftp服务器 201
12.3.2　bootp/dhcp服务器 202
12.3.3　nfs服务器 204
12.3.4　使用nfs为目标板挂载根文件系统 205
12.3.5　u-boot nfs根挂载示例 206
12.4　小结 208
参考资源 208
第13章　开发工具 209
13.1　gdb 209
13.1.1　调试核心转储 210
13.1.2　调用gdb 211
13.1.3　gdb调试会话 213
13.2　ddd 214
13.3　cbrowser/cscope 216
13.4　追踪和程序分析工具 217
13.4.1　strace 217
13.4.2　strace的变体 220
13.4.3　ltrace 221
13.4.4　ps 222
13.4.5　top 224
13.4.6　mtrace 225
13.4.7　dmalloc 226
13.4.8　内核oops 228
13.5　二进制实用程序 230
13.5.1　readelf 230
13.5.2　使用readelf检查调试信息 232
13.5.3　objdump 233
13.5.4　objcopy 234
13.6　其他二进制实用程序 234
13.6.1　strip 234
13.6.2　addr2line 235
13.6.3　strings 235
13.6.4　ldd 235
13.6.5　nm 236
13.6.6　prelink 236
13.7　小结 237
参考资源 237
第14章　内核调试技术 238
14.1　内核调试的难点 238
14.2　使用kgdb调试内核 239
14.2.1　kgdb内核配置 240
14.2.2　支持kgdb的内核启动 241
14.2.3　有用的内核断点 243
14.3　linux内核的调试 244
14.3.1　gdb远程串口协议 244
14.3.2　调试优化后的内核代码 247
14.3.3　gdb用户定义命令 251
14.3.4　有用的内核gdb宏 252
14.3.5　调试可加载模块 258
14.3.6　printk调试 262
14.3.7　magic sysreq键 263
14.4　硬件辅助调试 263
14.4.1　使用jtag探测器对闪存编程 265
14.4.2　用jtag探测器进行调试 266
14.5　无法启动时 268
14.5.1　早期串口调试输出 269
14.5.2　转储printk日志缓冲区 270
14.5.3　kgdb捕捉崩溃 271
14.6　小结 272
参考资源 272
第15章　调试嵌入式linux应用程序 274
15.1　目标机调试 274
15.2　远程（交叉）调试 274
15.3　使用共享库进行调试 278
15.4　多任务调试 282
15.4.1　多进程的调试 282
15.4.2　多线程应用程序的调试 284
15.4.3　引导装入程序/闪存代码的调试 286
15.5　远程调试的附加选项 287
15.5.1　串行端口调试 287
15.5.2　绑定到正在运行的进程 287
15.6　小结 288
参考资源 288
第16章　移植linux 289
16.1　linux源代码的组织 289
16.2　为开发板定制linux 291
16.2.1　前提和假设 291
16.2.2　定制内核初始化 292
16.2.3　静态内核命令行 294
16.3　平台初始化 295
16.3.1　早期变量访问 298
16.3.2　开发板信息结构 299
16.3.3　机器相关的调用 301
16.4　汇总 302
16.5　小结 304
参考资源 304
第17章　linux与实时 305
17.1　什么是实时 305
17.1.1　软实时 305
17.1.2　硬实时 306
17.1.3　linux 调度 306
17.1.4　中断延迟 306
17.2　内核抢占 307
17.2.1　抢占的缺陷 307
17.2.2　抢占模型 308
17.2.3　smp内核 309
17.2.4　抢占延迟源 310
17.3　实时内核补丁 310
17.3.1　实时的特性 311
17.3.2　o(1) 调度器 313
17.3.3　创建实时进程 313
17.3.4　临界区管理 314
17.4　调试实时内核 314
17.4.1　软锁检测 314
17.4.2　抢占调试 315
17.4.3　调试唤醒时间 315
17.4.4　唤醒延迟历史 315
17.4.5　中断响应时间 316
17.4.6　中断响应历史 316
17.4.7　延迟跟踪 317
17.4.8　调试死锁环境 318
17.4.9　锁模式的运行时控制权 319
17.5　小结 319
参考资源 319
附录a　可配置的u-boot命令 320
附录b　busybox命令 322
附录c　sdram接口的注意事项 328
附录d　开源项目资源 334
附录e　bdi-2000配置文件示例... 336

.　　第4章从略微不同的角度审视Linux内核。这里没有重点讲解内核理论或其内部原理，只是介绍了内核的结构、布局和构建结构，目的是使读者从一开始就能学习这门庞大的软件工程项目。更重要的是，要知道哪些内容是必须重点关注的，包括对内核构建系统的详细讲解。
　　第5章详细说明了Linux内核的初始化过程。你可以学习到与体系结构和引导装入程序相关的映射组件，是如何拼接成适合下载到闪存的内核映射，并最终通过嵌入式系统的引导装入程序启动的。从这一章学到的知识将帮助你自定义Linux内核，使之可以满足你自己的嵌入式应用的需求。
　　第6章继续讲述初始化过程。当Linux内核完成自身初始化后，应用程序将根据预先确定的方式继续初始化过程。读完这一章以后，你就具备了自定义用户空间应用程序启动顺序的知识。
　　第7章主要介绍引导装入程序及其在嵌入式Linux系统中的作用。这一章以现在流行的开源引导装入程序U-Boot为例，说明了移植的概念；还简要介绍了其他几种现在使用着的引导装入程序，以便用户有特殊需求时可以有多种选择。
　　第8章介绍了Linux设备驱动程序模型，提供了很多进行设备驱动程序开发的背景资料，这些资料都在“参考资源”中列出。
　　第9章列举了目前嵌入式系统中使用的一些流行的文件系统，包括在闪存设备上最常用的JFFS2文件系统。这一章还简要介绍了如何创建自己的文件系统映像，这也是嵌入式Linux开发人员所面临的一项艰巨任务。
　　第10章介绍了MTD（Memory Technology Devices，内存技术设备）子系统。MTD是Linux文件系统和硬件内存设备（尤其是闪存）之间一种非常有效的抽象层。
　　第11章介绍了BusyBox，它是我们构建小型嵌入式系统最常用的工具。这一章讲述如何根据特殊需求对BusyBox进行配置和构建，随后介绍了仅使用BusyBox环境完成系统初始化的全过程。附录B列举了最新版本BusyBox提供的命令。
　　第12章详细介绍了典型交叉开发环境的特殊需求。这一章所介绍的一些技术能有效地提高嵌入式开发人员的工作效率，例如强大的NFS根目录挂载开发配置。
　　第13章介绍了一些有用的开发工具。介绍了使用gdb进行调试，包括核心转储分析；并通过示例介绍了strace、ltrace、top和ps，以及内存剖析工具mtrace和dmalloc。这一章最后介绍了更重要的一些二进制实用工具，如readelf等。
　　第14章深入探讨了一些Linux内核的调试技术，介绍了内核调试器KGDB的用法，提出了gdb和KGDB组合使用的许多调试技巧。这一章涉及的内容还包括硬件JTAG调试器的用法，以及当内核无法启动时的一些故障分析技巧。..
　　第15章把调试环境从内核转移至应用程序。这一章继续完善前两章用到的gdb示例，讲述了多线程和多进程的调试技巧。
　　第16章介绍了将Linux移植到自定义开发板的相关问题。这一章通过一个简单的示例，逐步说明了Linux内核移植到PowerPC板的详细过程，还讲解了几个困扰Linux内核移植方面新手的重要概念。读完本章后，会同第13章和第14章提出的技术，你应该能够对自己的开发板进行移植工作。
　　第17章介绍了嵌入式Linux中一个令人激动的发展：通过配置CONFIG_RT选项实现实时。这里介绍的特性通过RT选项得以实现，同时还介绍了如何在设计中使用这些特性。这一章也介绍了在应用程序中测试延时的技巧。
　　附录内容包括U-Boot可配置命令、BusyBox命令、SDRAM接口的注意事项、开源开发者的资源、BDI-2000调试器的配置文件范例。BDI-2000是目前很流行的硬件JTAG调试器。
　　其他
　　如果你能够边看书边在Linux工作站上动手实验，将会从书中得到最大的收获。可以找一个较旧的x86计算机完成嵌入式系统实验。如果有条件能连接其他体系结构的平台进行实验就更好了。你将受益于学习到大型代码库（如Linux内核）的布局和组织，在浏览内核并亲自动手实验时，能学到一些更重要的知识和经验。
　　看一下本书使用的代码并试着理解书中的示例，要使用不同的设置方案、配置选项和不同的硬件设备进行实验。除可获得丰富的知识，还充满了乐趣！
　　版权说明
　　本书使用的开源代码的版权归很多个人或公司所有。复制代码遵循了GNU公共许可，即GPL。
　　致谢
　　我由衷地敬佩开源软件工程师的崇高精神，深深地折服于我们社区中远远超过我的天才们。在本书的创作过程中，我向Linux和开源社区的很多人提出了大量问题，大多数问题都能很快得到答案，而且还经常获得鼓励。我要向Linux和开源社区中帮我解答问题的朋友致以真挚的谢意（排名不分先后）：
　　Dan Malek为第2章的部分内容提供了创作灵感。
　　Dan Kegel和Daniel Jacobowitz耐心地帮我解答了关于工具链的问题。
　　Scott Anderson 提供了第14章中gdb宏的最初的思想。
　　Brad Dixon不断地用他所掌握的知识挑战和扩展我的技术洞察力。
　　George Davis帮我解答了ARM的问题。
　　Jim Lewis为我提供了关于MTD的意见和建议。
　　Cal Erickson帮我解答了关于gdb用法的问题。
　　John Twomey就第3章内容给出了建议。
　　Lee Revell、Sven-Thorsten Dietrich和Daniel Walker就实时Linux的内容提供了建议。
　　非常感谢AMCC、Embedded Planet、Ultimate Solutions和United Electronic Industries公司，它们提供了示例硬件。感谢我的公司Monta Vista，允许我进行这次与工作无关的创作，并且提供了一些软件示例。在创作过程中，还有很多人贡献了他们的想法，并给予我鼓励和支持，我也非常感激！
　　我要诚挚地感谢最初审阅本书的团队，他们迅速地阅读了每一章，提供了极好的反馈、注释和想法。谢谢Arnold Robbins、Sandy Terrace、Kurt Lloyd和Rob Farber。还要感谢Arnold帮助我这个写作新手学习撰写技术图书的规则。虽然我已经努力排除每处错误，但错误肯定还会存在，这都归咎于我。
　　感谢Mark L. Taub使本书得以完成，感谢他的鼓励和无限的耐心。还要感谢制作团队，包括Kristy Hart、Jennifer Cramer、Krista Hansing和Cheryl Lenser。
　　最后，还要把最特别、最衷心的感谢献给Cary Dillman，在我撰写本书时她阅读了每一章，整个创作过程中都有她的不断鼓励和重要的贡献。...
　　Christopher Hallinan