ARM嵌入式Linux系统开发详解

第1篇 Linux嵌入式开发基础篇.
第1章 嵌入式系统入门 2
1.1 什么是嵌入式系统 2
1.2 嵌入式系统应用领域 2
1.2.1 家用电器 2
1.2.2 交通工具 3
1.2.3 公共电子设施 3
1.3 嵌入式系统发展 4
1.3.1 嵌入式微控制器 4
1.3.2 嵌入式微处理器 5
1.3.3 未来嵌入式系统发展的方向 6
1.4 典型的嵌入式系统组成 6
1.5 小结 7
第2章 嵌入式软硬件系统 8
2.1 电路基本知识 8
2.1.1 什么是模拟电路 8
2.1.2 什么是数字电路 8
2.1.3 数制转换 9
2.2 计算机组成原理 10
2.2.1 计算机体系的发展 10
2.2.2 中央处理器 10
2.2.3 存储系统 11
2.2.4 总线系统 12
2.2.5 输入输出系统 12
2.3 软件基础知识 12
2.3.1 什么是软件 13
2.3.2 软件开发流程 13
2.3.3 常见的软件开发模型 14
2.3.4 计算机编程语言 14
2.3.5 数据结构 15
2.4 操作系统知识 15
2.4.1 什么是操作系统 16
2.4.2 操作系统的发展历史 16
2.4.3 操作系统由什么组成 16
2.4.4 几种操作系统的设计思路 17
2.4.5 操作系统分类 17
2.5 小结 18
第3章 ARM处理器 19
3.1 微处理器和微控制器 19
3.2 ARM处理器介绍 19
3.2.1 ARM微处理器的应用领域 20
3.2.2 ARM的功能特点 20
3.3 ARM指令集 21
3.3.1 算术运算指令 21
3.3.2 逻辑运算指令 22
3.3.3 分支指令 23
3.3.4 数据传送指令 23
3.4 ARM的结构 24
3.4.1 ARM体系结构的命名方法 24
3.4.2 处理器系列划分 25
3.4.3 处理器工作模式 25
3.4.4 存储系统 26
3.4.5 寻址方式 27
3.5 ARM的功能选型 29
3.5.1 ARM的选型原则 29
3.5.2 几种常见的ARM核处理器选型参考 32
3.6 小结 32
第4章 嵌入式Linux 33
4.1 常见的嵌入式操作系统 33
4.1.1 VxWorks 33
4.1.2 Windows CE 34
4.1.3 PalmOS 34
4.1.4 Symbian 34
4.2 嵌入式Linux操作系统 34
4.2.1 什么是Linux 35
4.2.2 Linux与UNIX的不同——GPL版权协议介绍 35
4.2.3 Linux发行版 36
4.2.4 常见的嵌入式Linux系统 37
4.3 小结 37
第5章 建立软件开发环境 38
5.1 独立的Linux系统 38
5.1.1 安装Ubuntu Linux 38
5.1.2 关键一步——系统的网络设置 46
5.1.3 其他必要的设置 46
5.1.4 怎样安装卸载软件 48
5.1.5 怎样配置系统服务 48
5.1.6 安装主要的开发工具 48
5.1.7 安装其他的开发工具和文档 49
5.2 运行在Windows上的Linux系统 50
5.2.1 什么是Cygwin 50
5.2.2 如何安装Cygwin 50
5.2.3 安装开发环境 54
5.3 Linux常用工具 54
5.3.1 Linux shell和常用命令 55
5.3.2 文本编辑工具vi 56
5.3.3 搜索工具find和grep 57
5.3.4 FTP工具 61
5.3.5 串口工具minicom 63
5.4 Windows常用工具 65
5.4.1 代码编辑管理工具Source Insight 65
5.4.2 串口工具XShell 71
5.5 ARM集成开发环境ADS 72
5.5.1 ADS集成开发环境介绍 73
5.5.2 配置ADS调试环境 73
5.5.3 建立自己的工程 75
5.6 小结 78
第6章 第一个Linux应用程序 79
6.1 向世界问好——Hello，World! 79
6.1.1 用vi编辑源代码文件 79
6.1.2 用gcc编译程序 80
6.1.3 执行程序 80
6.2 程序背后做了什么 80
6.2.1 程序执行的过程 81
6.2.2 窥视程序执行中的秘密 82
6.2.3 动态库的作用 83
6.3 程序如何来的——编译的全部过程 84
6.3.1 编译源代码 84
6.3.2 连接目标文件到指定的库 85
6.4 更简单的办法——用Makefile管理工程 86
6.4.1 什么是Makefile 87
6.4.2 它是如何工作的 87
6.4.3 如何使用Makefile 87
6.4.4 好的源代码管理习惯 88
6.5 小结 88
第2篇 Linux嵌入式开发应用篇
第7章 Linux应用程序编程基础 90
7.1 内存管理和使用 90
7.1.1 堆和栈的区别 90
7.1.2 内存管理函数malloc()和free() 93
7.1.3 实用的内存分配函数calloc()和realloc() 93
7.1.4 内存管理编程实例 94
7.2 ANSI C文件管理 97
7.2.1 文件指针和流 97
7.2.2 存储方式 98
7.2.3 标准输入、标准输出和标准错误 98
7.2.4 缓冲 98
7.2.5 打开关闭文件 99
7.2.6 读写文件 100
7.2.7 文件流定位 103
7.2.8 ANSI C文件编程实例 103
7.3 POSIX文件I/O编程 104
7.3.1 底层的文件I/O操作 104
7.3.2 文件描述符 104
7.3.3 创建/打开/关闭文件 105
7.3.4 读写文件内容 108
7.3.5 文件内容定位 109
7.3.6 修改已打开文件的属性 110
7.3.7 POSIX文件编程实例 110
7.4 小结 112
第8章 开发多进程/线程程序 113
8.1 多进程开发 113
8.1.1 什么是进程 113
8.1.2 进程环境和属性 114
8.1.3 创建进程 115
8.1.4 等待进程结束 117
8.1.5 退出进程 118
8.1.6 常用进程间通信的方法 120
8.1.7 进程编程实例 124
8.2 多线程开发 125
8.2.1 线程的概念 126
8.2.2 进程和线程对比 126
8.2.3 创建线程 127
8.2.4 取消线程 128
8.2.5 等待线程 129
8.2.6 使用pthread库线程操作实例 129
8.3 小结 131
第9章 网络通信应用 132
9.1 网络通信基础 132
9.1.1 TCP/IP协议族 132
9.1.2 IP协议 133
9.1.3 TCP协议 135
9.1.4 UDP协议 135
9.1.5 学习分析协议的方法 135
9.2 Socket通信基本概念 137
9.2.1 创建socket对象 138
9.2.2 面向连接的Socket通信实现 138
9.2.3 面向连接的Echo服务编程实例 140
9.2.4 无连接的Socket通信实现 144
9.2.5 无连接的时间服务编程实例 145
9.3 Socket高级应用 148
9.3.1 Socket超时处理 148
9.3.2 使用Select机制处理多连接 149
9.3.3 使用Poll机制处理多连接 151
9.3.4 多线程环境Socket编程 152
9.4 小结 152
第10章 串行口通信编程 154
10.1 串口介绍 154
10.1.1 什么是串口 154
10.1.2 串口工作原理 154
10.1.3 串口流量控制 155
10.2 开发串口应用程序 156
10.2.1 操作串口需要用到的头文件 156
10.2.2 串口操作方法 157
10.2.3 串口属性设置 157
10.2.4 与Windows串口终端通信 161
10.3 串口应用实例——手机短信发送 163
10.3.1 PC与手机连接发送短信的物理结构 164
10.3.2 AT指令介绍 164
10.3.3 GSM AT指令集 165
10.3.4 PDU编码方式 165
10.3.5 建立与手机的连接 167
10.3.6 使用AT指令发送短信 167
10.4 小结 171
第11章 嵌入式GUI程序开发 172
11.1 Linux GUI介绍 172
11.1.1 Linux GUI的发展 172
11.1.2 常见的嵌入式GUI 173
11.2 开发图形界面程序 174
11.2.1 安装Qt开发环境 174
11.2.2 建立简单的Qt程序 176
11.2.3 Qt库编程结构 178
11.3 深入Qt编程 179
11.3.1 使用Widget 179
11.3.2 对话框程序设计 181
11.3.3 信号与槽系统 185
11.4 移植Qtopia到ARM开发板 186
11.4.1 需要的资源 186
11.4.2 准备工作 187
11.4.3 编译主机Qt工具 187
11.4.4 交叉编译qtopia 189
11.5 小结 190
第12章 软件项目管理 191
12.1 源代码管理 191
12.1.1 什么是软件的版本 191
12.1.2 版本控制的概念 192
12.2 版本控制系统Subversion 193
12.2.1 在Linux系统下使用Subversion服务端 193
12.2.2 在Windows系统下使用TortoiseSVN客户端 195
12.3 开发文档管理——常见的开发文档 199
12.3.1 可行性研究报告 200
12.3.2 项目开发计划 200
12.3.3 软件需求说明书 200
12.3.4 概要设计 200
12.3.5 详细设计 200
12.3.6 用户手册 201
12.3.7 其他文档 201
12.4 使用trac管理软件开发文档 201
12.4.1 安装trac 201
12.4.2 配置trac基本设置 202
12.4.3 配置trac全局脚本 204
12.4.4 设置trac的Web界面 205
12.5 Bug跟踪系统 208
12.5.1 Bug管理的概念和作用 208
12.5.2 使用Bugzilla跟踪Bug 208
12.6 小结 211
第3篇 Liux系统篇
第13章 ARM体系结构及开发实例 214
13.1 ARM体系结构介绍 214
13.1.1 ARM体系结构 214
13.1.2 ARM指令集介绍 215
13.2 编程模型 216
13.2.1 数据类型 216
13.2.2 处理器模式 216
13.2.3 寄存器 217
13.2.4 通用寄存器 217
13.2.5 程序状态寄存器 219
13.2.6 异常处理 219
13.2.7 内存和内存I/O映射 220
13.3 内存管理单元 221
13.3.1 内存管理介绍 221
13.3.2 内存访问顺序 222
13.3.3 地址翻译过程 222
13.3.4 访问权限 223
13.4 常见接口和控制器 223
13.4.1 GPIO接口 223
13.4.2 中断控制器 224
13.4.3 RTC控制器 224
13.4.4 看门狗定时器 225
13.4.5 试验：使用GPIO点亮LED 226
13.5 小结 227
第14章 深入Bootloader 228
14.1 初识Bootloader 228
14.1.1 PC（个人电脑）上的Bootloader 228
14.1.2 什么是嵌入式系统的Bootloader 229
14.1.3 嵌入式系统常见的Bootloader 229
14.2 U-Boot分析 230
14.2.1 获取U-Boot 230
14.2.2 U-Boot工程结构分析 230
14.2.3 U-Boot总体工作流程 232
14.3 U-Boot启动流程分析 233
14.3.1 _start标号 233
14.3.2 reset标号 235
14.3.3 cpu_init_crit标号 237
14.3.4 lowlevel_init标号 238
14.3.5 relocate标号 239
14.3.6 start_armboot()函数 240
14.3.7 main_loop()函数 244
14.4 移植U-Boot到开发板 248
14.4.1 U-Boot移植的一般步骤 248
14.4.2 移植U-Boot到目标开发板 249
14.4.3 移植U-Boot的常见问题 250
14.5 小结 251
第15章 解析Linux内核 252
15.1 基本知识 252
15.1.1 什么是Linux内核 252
15.1.2 Linux内核版本 253
15.1.3 如何获取Linux内核代码 253
15.1.4 编译内核 253
15.2 Linux内核的子系统 260
15.2.1 系统调用接口 260
15.2.2 进程管理子系统 261
15.2.3 内存管理子系统 262
15.2.4 虚拟文件系统 263
15.2.5 网络堆栈 264
15.2.6 设备驱动 265
15.2.7 依赖体系结构的代码 266
15.3 Linux内核代码的工程结构 266
15.3.1 源代码目录布局 266
15.3.2 几个重要的Linux内核文件 267
15.4 内核编译系统 268
15.4.1 内核编译系统基本架构 269
15.4.2 内核顶层Makefile分析 269
15.4.3 内核编译文件分析 274
15.4.4 目标文件清除机制 278
15.4.5 编译辅助程序 279
15.4.6 KBuild变量 281
15.5 小结 282
第16章 嵌入式Linux启动流程 283
16.1 Linux内核初始化流程 283
16.2 PC的初始化流程 284
16.2.1 PC BIOS功能和作用 284
16.2.2 硬盘的数据结构.. 285
16.2.3 完整的初始化流程 286
16.3 嵌入式系统的初始化 286
16.4 Linux内核初始化 287
16.4.1 解压缩内核映像 287
16.4.2 进入内核代码 289
16.5 启动init内核进程 291
16.6 根文件系统初始化 292
16.6.1 根文件系统介绍 292
16.6.2 挂载虚拟文件系统 294
16.7 内核交出权限 300
16.8 init进程 300
16.9 初始化RAM Disk 301
16.9.1 RAM Disk介绍 301
16.9.2 如何使用RAM Disk 302
16.9.3 实例：使用RAM Disk作为根文件系统 302
16.10 小结 303
第17章 Linux文件系统 304
17.1 Linux文件管理 304
17.1.1 文件和目录的概念 304
17.1.2 文件的结构 305
17.1.3 文件的类型 305
17.1.4 文件系统的目录结构 307
17.1.5 文件和目录的存取权限 308
17.1.6 文件系统管理 310
17.2 Linux文件系统原理 311
17.2.1 非日志文件系统 311
17.2.2 日志文件系统 311
17.3 常见的Linux文件系统 312
17.3.1 ext2文件系统 312
17.3.2 ext3文件系统 315
17.3.3 ReiserFS文件系统 315
17.3.4 JFFS文件系统 316
17.3.5 cramfs文件系统 318
17.4 其他文件系统 319
17.4.1 网络文件系统 319
17.4.2 /proc影子文件系统 320
17.5 小结 323
第18章 建立交叉编译工具链 324
18.1 什么是交叉编译 324
18.2 需要哪些东西 325
18.3 手工创建工具链 325
18.3.1 准备工作——获取源代码 326
18.3.2 开始了——建立工作环境 326
18.3.3 建立Linux内核头文件 327
18.3.4 编译安装binutils 330
18.3.5 编译安装gcc的C编译器 331
18.3.6 编译安装glibc库 332
18.3.7 编译安装gcc的C、C++编译器 333
18.3.8 最后的工作 334
18.4 使用脚本创建工具链 334
18.5 更简便的方法——获取已编译好的交叉编译环境 336
18.6 小结 336
第19章 强大的命令系统BusyBox 337
19.1 BusyBox简介 337
19.1.1 简单易懂的BusyBox 337
19.1.2 BusyBox工作原理 338
19.1.3 安装BusyBox 339
19.2 交叉编译BusyBox 341
19.3 使用BusyBox 343
19.3.1 BusyBox初始化 344
19.3.2 目标板BusyBox安装 346
19.4 小结 348
第20章 Linux内核移植 349
20.1 Linux内核移植要点 349
20.2 平台相关代码结构 350
20.3 建立目标平台工程框架 351
20.3.1 加入编译菜单项 352
20.3.2 设置宏与代码文件的对应关系 352
20.3.3 测试工程框架 353
20.4 建立目标平台代码框架 354
20.4.1 ARM处理器相关结构 354
20.4.2 建立machine_desc结构 356
20.4.3 加入处理函数 356
20.4.4 加入定时器结构 357
20.4.5 测试代码结构 357
20.5 构建目标板代码 357
20.5.1 处理器初始化 358
20.5.2 端口映射 360
20.5.3 中断处理 361
20.5.4 定时器处理 361
20.5.5 编译最终代码 361
20.6 小结 362
第21章 内核和应用程序调试技术 363
21.1 使用GDB调试应用程序概述 363
21.2 基本的调试技术 363
21.2.1 列出源代码 366
21.2.2 断点管理 368
21.2.3 执行程序 370
21.2.4 显示程序变量 370
21.2.5 信号管理 371
21.2.6 调试实例 371
21.3 多进程调试 372
21.4 调试意外终止的程序 374
21.5 内核调试技术 376
21.5.1 printk打印调试信息 376
21.5.2 使用/proc虚拟文件系统 377
21.5.3 使用KDB调试工具 379
21.5.4 KDB调试指令 382
21.6 小结 384
第4篇 Linux嵌入式驱动开发篇
第22章 Linux设备驱动 386
22.1 设备驱动介绍 386
22.2 Linux内核模块 386
22.2.1 内核模块简介 387
22.2.2 内核模块的结构 387
22.2.3 内核模块的加载和卸载 388
22.2.4 编写一个基本的内核模块 389
22.2.5 编译内核模块 390
22.2.6 为内核模块添加参数 391
22.3 Linux设备驱动 392
22.3.1 PCI局部总线介绍 392
22.3.2 Linux设备驱动基本概念 393
22.3.3 字符设备 394
22.3.4 块设备 396
22.3.5 网络设备 396
22.4 字符设备驱动开发实例 396
22.4.1 开发一个基本的字符设备驱动 397
22.4.2 测试字符设备驱动 399
22.5 小结 400
第23章 网络设备驱动程序 401
23.1 网络基础知识 401
23.1.1 ISO/OSI网络参考模型 401
23.1.2 TCP/IP协议 402
23.2 以太网基础 404
23.2.1 工作原理 405
23.2.2 常见以太网标准 405
23.2.3 拓扑结构 406
23.2.4 工作模式 406
23.3 网卡工作原理 407
23.4 内核网络分层结构 408
23.4.1 内核网络结构 408
23.4.2 与网络有关的数据结构 409
23.4.3 内核网络部分的全局变量 410
23.5 内核网络设备驱动框架 411
23.5.1 net_device结构 411
23.5.2 数据包接收流程 413
23.5.3 数据包发送流程 415
23.6 实例：DM9000网卡驱动分析 416
23.6.1 DM9000芯片介绍 416
23.6.2 网卡驱动程序框架 416
23.6.3 DM9000网卡驱动主要数据结构 417
23.6.4 加载驱动程序 418
23.6.5 停止和启动网卡 423
23.6.6 发送数据包 425
23.6.7 接收数据包 427
23.6.8 中断和定时器处理 429
23.7 小结 431
第24章 Flash设备驱动 432
24.1 Linux Flash驱动结构 432
24.1.1 什么是MTD 432
24.1.2 MTD系统结构 433
24.2 Flash设备基础 434
24.2.1 存储原理 434
24.2.2 性能比较 435
24.3 内核MTD层 436
24.3.1 mtd_info结构 436
24.3.2 mtd_part结构 439
24.3.3 mtd_partition结构 440
24.3.4 map_info结构 440
24.3.5 nand_chip结构 442
24.4 Flash设备框架 443
24.4.1 NOR Flash设备驱动框架 443
24.4.2 NAND Flash设备驱动框架 444
24.5 Flash设备驱动实例——NOR Flash设备驱动剖析 445
24.5.1 数据结构 446
24.5.2 驱动初始化 446
24.5.3 驱动卸载 447
24.6 Flash设备驱动实例——NAND Flash设备驱动分析 448
24.6.1 S3C2440 NAND控制器介绍 448
24.6.2 数据结构 450
24.6.3 驱动初始化 450
24.6.4 驱动卸载 454
24.6.5 初始化NAND控制器 455
24.6.6 设置芯片操作 456
24.6.7 电源管理 458
24.7 小结 459
第25章 USB驱动开发 460
25.1 USB体系介绍 460
25.1.1 USB设计目标 460
25.1.2 USB体系概述 461
25.1.3 USB体系工作流程 462
25.2 USB驱动程序框架 462
25.2.1 Linux内核USB驱动框架 462
25.2.2 主机驱动结构 465
25.2.3 设备驱动结构 468
25.2.4 USB驱动程序框架 470
25.3 USB驱动实例剖析 473
25.3.1 USB串口驱动 473
25.3.2 USB键盘驱动 475
25.4 小结 478