嵌入式Linux系统开发全程解析

目 录
第1章　Linux的开发环境 1
1．1　开发环境概述 1
1．2　串口终端工具 2
1．3　TFTP 6
1．4　NFS 7
1．5　SAMBA共享 8
1．6　Linux系统的软件发布协议 9
第2章　程序生成和GCC 11
2．1　程序生成工具概述 11
2．1．1　GUN的GCC工具 11
2．1．2　ELF文件格式 14
2．2　GCC工具的使用 16
2．2．1　示例工程 16
2．2．2　编译、汇编和连接 18
2．2．3　预处理和汇编 20
2．2．4　归档工具（ar）和静态库 20
2．2．5　动态库 22
2．2．6　ELF格式文件信息读取（readelf） 22
2．2．7　符号信息工具（nm） 25
2．2．8　字符串工具（strings） 26
2．2．9　去除符号（strip） 27
2．2．10　目标文件复制（objcopy） 28
2．2．11　目标文件信息（objdump） 28
第3章　工程管理和make机制 33
3．1　make工具 33
3．2　Makefile的基本原则 34
3．2．1　Makefile的变量 34
3．2．2　Makefile的条件执行 36
3．2．3　Makefile中的函数 36
3．3　Makefile使用示例 39
3．3．1　简单的Makefile 39
3．3．2　依赖关系实例 39
3．3．3　隐含规则的编译实例 41
3．3．4　指定依赖的编译实例 44
3．4　自动生成Makefile 46
3．4．1　autoconf工具介绍 46
3．4．2　automake工具介绍 46
3．4．3　其他工具 47
3．4．4　自动生成Makefile的流程 47
第4章　调试和GDB 49
4．1　嵌入式系统的调试技术 49
4．1．1　调试技术 49
4．1．2　硬件调试 50
4．1．3 代码调试 51
4．2　Linux的基本信息 51
4．3 GDB调试和远程调试 52
4．4 GDB的安装与使用 57
4．4．1 使用gdbstub实现调试用户
程序 57
4．4．2 GDB和GDB Server的编译 59
4．5 使用gdbserver调试 61
第5章　Linux系统的结构 65
5．1 Linux操作系统基本概念 65
5．1．1 Linux的进程信息 65
5．1．2 Linux的文件系统和文件
信息 70
5．1．3 文件的另外三位属性 71
5．2 Linux系统的组成和构建 72
5．2．1 Linux系统的组成 72
5．2．2 嵌入式Linux的构建 73
5．3 Linux系统的启动流程 74
第6章　BootLoader及其构建 76
6．1 嵌入式Linux的BootLoader 76
6．1．1 BootLoader的开发要点 76
6．1．2 BootLoader的结构 78
6．2 U-Boot的使用 80
6．2．1 U-Boot概述 80
6．2．2 U-Boot的结构 81
6．2．3 U-Boot的生成 83
6．2．4 U-Boot的启动流程 84
6．3 U-Boot的命令 86
6．3．1 U-Boot命令概述 86
6．3．2 增加命令 88
6．4 U-Boot的移植 91
6．4．1 U-Boot的移植概述 92
6．4．2 U-Boot的扩展 92
6．4．3 板级支持 94
第7章　Linux内核及其构建 97
7．1 Linux内核概述 97
7．1．1 Linux内核结构 97
7．1．2 Linux源文件结构 98
7．2 嵌入式Linux的配置和编译 99
7．2．1 Linux内核配置结构 99
7．2．2 Linux内核的配置 99
7．2．3 Linux内核的生成 107
7．3 Linux内核的启动过程 108
7．4 特定系统的Linux的构建 114
7．4．1 Linux内核的移植 114
7．4．2 ARM处理器上运行的Linux
系统 115
7．4．3 S3C6410 Linux内核的构建 117
7．4．4 S3C6410 Linux内核的移植
内容 118
第8章　文件系统及其构建 123
8．1 Linux文件系统特性 123
8．2 Linux文件系统的结构 125
8．2．1 文件系统的主要接口 125
8．2．2 文件系统的实现 130
8．2．3 默认的公共实现 134
8．3 几种Linux使用的文件系统 136
8．3．1 EXT 2/3（扩展文件系统2/3） 136
8．3．2 NFS（网络文件系统） 136
8．3．3 ROMFS（只读文件系统） 137
8．3．4 CRAMFS（压缩ROM文件
系统） 137
8．3．5 JFFS2（日志Flash文件
系统） 138
8．3．6 YAFFS（另一种Flash文件
系统） 138
8．3．7 UBIFS（非排序块映像文件
系统） 139
8．4 Linux文件系统的构建 140
8．4．1 根文件系统的结构 140
8．4．2 制作根文件系统映像 141
8．4．3 内核启动中根文件系统的
参数 142
第9章　Linux用户空间的核心 143
9．1 嵌入式系统中的操作系统和系统关系 143
9．2 C语言库 144
9．3 Shell工具Busybox 147
9．3．1 Busybox配置和编译 148
9．3．2 Busybox的源代码结构 150
第10章　Linux用户空间的编程 152
10．1 Linux用户空间编程概述 152
10．2 文件的相关内容 154
10．2．1 文件的打开、关闭和
读写等 155
10．2．2 文件的控制、映射和
查询等 157
10．2．3 文件的其他操作 158
10．3 进程相关的内容 159
10．3．1 fork和exec 159
10．3．2 管道 161
10．3．3 System V IPC 162
10．3．4 POSIX IPC 165
10．4 信号相关的内容 166
10．5 pthread线程 168
10．5．1 线程的基本使用 169
10．5．2 线程的属性 171
10．5．3 线程互斥量 172
10．5．4 线程条件量 173
10．5．5 线程取消 175
10．6 dlopen机制 176
10．6．1 dlopen的结构和意义 176
10．6．2 在C语言中使用dlopen 178
10．6．3 在C++中使用dlopen 180
第11章　Linux用户空间的中间件 185
11．1 基于嵌入式Linux的系统与中间件 185
11．2 网络协议相关 186
11．2．1 Linux套接字编程的基础 186
11．2．2 TCP和UDP协议的流程 189
11．2．3 TCP编程实例 189
11．2．4 UDP编程实例 193
11．2．5 深入网络编程 196
11．2．6 用作IPC的UNIX Socket 198
11．3 GUI应用开发 201
11．3．1 Qt系统 203
11．3．2 MiniGUI应用程序 209
11．3．3 MicroWindows（Nano-X Window） 216
11．4 数据库 217
11．4．1 关于嵌入式数据库 217
11．4．2 SQLite 218
第12章　Linux驱动基础 228
12．1 Linux驱动概述 228
12．1．1 驱动的理念和结构 228
12．1．2 驱动程序对用户空间的
接口 230
12．2 设备文件和相关文件系统 230
12．2．1 设备文件 230
12．2．2 sys文件系统 231
12．2．3 proc文件系统 233
第13章　Linux的内核编程 237
13．1 Linux内核编程概述 237
13．2 内核模块的编写 237
13．2．1 Linux内核中的模块 237
13．2．2 内核模块的编译结构 239
13．3 内核编程接口 241
13．3．1 Linux编程风格 241
13．3．2 Linux编程主要接口 242
第14章　Linux的驱动核心架构 248
14．1 用户空间的接口 248
14．1．1 用户空间的驱动调用接口 248
14．1．2 系统调用 248
14．1．3 驱动的主要调用函数 249
14．2 字符设备和块设备的框架 250
14．2．1 文件操作file_operations 250
14．2．2 字符设备的基本框架 251
14．2．3 块设备的框架 252
14．2．4 字符设备和块设备的默认
file_operations实现 254
14．3 网络协议和网络设备的框架 258
14．3．1 网络系统的核心 259
14．3．2 网络协议的实现 261
14．3．3 网络设备的框架 263
14．4 proc文件系统的框架 264
14．4．1 proc文件系统的编程接口 264
14．4．2 proc文件系统的实现 266
14．5 sys文件系统的框架 266
14．5．1 sys文件系统的编程接口 266
14．5．2 sys文件系统的实现 267
第15章　Linux驱动的要点 269
15．1 驱动程序的核心实现 269
15．2 设备、驱动和资源 273
15．3 中断的处理 276
15．4 中断的下半部 277
15．4．1 软中断 277
15．4．2 软中断之tasklet 278
15．4．3 软中断之定时器 279
15．5 竞态处理 280
15．5．1 自旋锁 280
15．5．2 信号量 280
15．6 阻塞处理 281
15．7 异步操作 282
第16章　几个典型的简单驱动 283
16．1 设备驱动概述 283
16．2 内存设备驱动 284
16．2．1 内存设备驱动的公共内容 284
16．2．2 空设备 286
16．2．3 零设备 287
16．2．4 满设备 288
16．3 内存块设备驱动 288
16．4 回环块设备驱动 291
16．5 回环网络设备驱动 294
第17章　几个典型的驱动框架和相应
的驱动 296
17．1 Misc驱动框架 296
17．2 帧缓冲驱动框架和具体驱动 297
17．2．1 帧缓冲驱动框架 297
17．2．2 虚拟帧缓冲驱动 300
17．2．3 针对硬件实现的帧缓冲
驱动 302
17．3 输入-事件驱动框架 305
17．3．1 输入-事件驱动框架概述 305
17．3．2 针对硬件的事件驱动 307
17．4 GPIO驱动框架和具体驱动 310
17．4．1 GPIO驱动框架 310
17．4．2 GPIO具体硬件的驱动 312
17．5 Power Supply驱动框架和具体驱动 312
17．5．1 Power Supply驱动框架 312
17．5．2 Power Supply驱动 313
17．6 TTY驱动框架和驱动 314
17．6．1 TTY驱动框架 314
17．6．2 伪TTY驱动 316
17．6．3 串口TTY和虚拟TTY 316
第18章　MTD系统和驱动 318
18．1 MTD概述 318
18．2 MTD的核心 319
18．2．1 MTD的接口部分 320
18．2．2 MTD的核心实现部分 322
18．3 MTD的设备层 322
18．3．1 MTD字符设备 322
18．3．2 MTD块设备 323
18．4 CFI硬件实现层 324
18．4．1 公用部分 324
18．4．2 ROM的MTD实现 325
18．4．3 RAM的MTD实现 325
18．4．4 Nor Flash的MTD实现 326
18．5 Nand Flash的硬件实现层 326
18．5．1 公用部分 326
18．5．2 GPIO的Nand Flash实现 327
18．5．3 处理器芯片上的Nand Flash
实现 330
第19章　USB系统和驱动 331
19．1 USB概述 331
19．1．1 USB规范 331
19．1．2 USB的软件系统 333
19．2 Linux的USB主机端支持 334
19．2．1 USB主机端的软件结构 334
19．2．2 USB主机端的核心部分 335
19．2．3 USB驱动的实现 337
19．2．4 HCI的实现 339
19．3 Linux的USB设备端支持 340
19．3．1 USB设备端的软件结构 340
19．3．2 Gadget的核心部分 340
19．3．3 Gadget驱动 342
19．3．4 UDC驱动的实现 345
第20章　SPI总线和驱动 348
20．1 SPI概述 348
20．2 SPI总线驱动的框架 349
20．3 简单字符设备spidev 353
20．4 SPI主控制器的实现 355
20．4．1 GPIO实现的SPI主控制器 355
20．4．2 S3C64xx的SPI主控制器 356
20．5 SPI从设备的驱动 358
第21章　I2C总线和驱动 361
21．1 I2C概述 361
21．1．1 基本概念 361
21．1．2 SMBus 362
21．2 I2C总线驱动的框架 362
21．2．1 I2C核心框架 362
21．2．2 I2C总线接口 367
21．2．3 I2C设备和驱动 368
21．3 具体的I2C主控制器 370
21．4 I2C从设备的驱动 372
第22章　PCI总线和驱动 375
22．1 PCI概述 375
22．1．1 PCI的基本结构 375
22．1．2 PCI的总线信号 377
22．1．3 PCI的总线操作 378
22．1．4 PCI的总线配置 379
22．1．5 PCI的发展和衍生标准 381
22．2 PCI总线的驱动框架 381
22．3 PCI设备的驱动 384
22．3．1 PCI的桩实现 384
22．3．2 网卡的PCI实现 385
第23章　音频系统和驱动 389
23．1 音频系统概述 389
23．2 OSS架构 389
23．2．1 OSS系统的结构 390
23．2．2 OSS系统的核心 391
23．2．3 OSS系统的实现 392
23．3 ALSA架构 393
23．3．1 ALSA系统的结构 393
23．3．2 ALSA系统的核心 395
23．3．3 ALSA系统芯片层 395
23．3．4 ALSA的用户空间 400
第24章　视频系统和驱动 403
24．1 视频系统概述 403
24．2 Video for Linux系统 403
24．2．1 基本结构 404
24．2．2 Video for Linux的核心
结构 405
24．2．3 Video for Linux的其他
方面 410
24．2．4 Video for Linux驱动的
接口 413
24．2．5 Video for Linux驱动的实
现层 417