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嵌入式Linux初级实验以及学习经验杂谈.doc
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嵌入式Linux初级实验以及学习经验杂谈
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嵌入式 Linux 初级实验教程
目 录
第一篇 开发环境篇
第 1 章 概述...................................................................................................................2
1.1 基本概念................................................................................................................................3
1.1.1 嵌入式 Linux.....................................................................................................................3
1.1.2 ARM 处理器......................................................................................................................6
1.1.3 宿主机和目标机..............................................................................................................10
1.1.4 交叉编译..........................................................................................................................13
1.1.5 内核..................................................................................................................................18
1.1.6 根文件系统......................................................................................................................19
1.1.7 系统引导程序(BootLoader)......................................................................................21
1.2 嵌入式 LINUX 开发过程简介.................................................................................................23
第 2 章 开发平台介绍.................................................................................................26
2.1 SUPER-ARM 整体结构及资源...............................................................................................26
2.1.1 Super-ARM 整体结构.....................................................................................................26
2.1.2 Super-ARM 教学系统主要资源.....................................................................................28
2.2 SUPER-ARM 各模块简介.......................................................................................................30
2.2.1 底板..................................................................................................................................30
2.2.2 主板..................................................................................................................................32
2.2.3 核心板..............................................................................................................................38
2.2.4 LCD 模块.........................................................................................................................38
2.2.5 JTAG 仿真器 ProbeICE...................................................................................................39
2.2.6 连接电缆及配件..............................................................................................................39
第 3 章 ADS 开发环境搭建........................................................................................41
3.1 搭建硬件开发环境...............................................................................................................42
3.1.1 Super-ARM 供电线路连接.............................................................................................42
3.1.2 JTAG 连接........................................................................................................................43
3.2 搭建软件开发环境.................................................................................................................44
3.2.1 ProbeICE-ARM 服务器配置...........................................................................................44
3.2.2 ProbeICE-ARM 仿真器配置...........................................................................................47
3.3 新建工程及仿真调试...........................................................................................................50
3.3.1 新建工程..........................................................................................................................51
3.3.2 编译及连接......................................................................................................................57
3.3.3 仿真调试..........................................................................................................................57
第 4 章 嵌入式 LINUX 开发环境搭建.......................................................................61
4.1 安装 LINUX 操作系统.............................................................................................................61
4.1.1 在 Windows 中安装虚拟机.............................................................................................62
1
4.1.3 在虚拟机上安装 Ubuntu.................................................................................................67
4.2 宿主机 LINUX 系统中基本环境的配置与安装....................................................................71
4.2.1 网络配置..........................................................................................................................71
4.2.2 更新 Linux 操作系统.......................................................................................................74
4.2.3 安装一些相关工具和程序库..........................................................................................74
4.2.4 实际项目工作空间目录的安排......................................................................................75
4.2.5 配置 Linux 下的 minicom...............................................................................................77
4.2.6 配置 Linux 下的 TFTP 服务器.......................................................................................83
4.3 在主机 LINUX 系统中建立交叉编译环境............................................................................85
4.3.1 准备工具链软件..............................................................................................................85
4.3.2 建立交叉编译工具链......................................................................................................87
第 5 章 BOOTLOADER 移植....................................................................................93
5.1 系统引导程序基础...............................................................................................................94
5.1.1 Boot Loader 的安装媒介(Installation Medium)........................................................95
5.1.2 BootLoader 工作模式......................................................................................................96
5.1.3 BootLoader 的启动过程..................................................................................................97
5.1.4 BootLoader 与宿主机之间进行文件传输所用的通信设备及协议...........................100
5.1.5 几种常用的 Boot Loader...............................................................................................100
5.2 移植 U-BOOT.........................................................................................................................107
5.2.1 U-Boot 源码结构...........................................................................................................107
5.2.2 U-Boot 移植过程详解...................................................................................................109
5.2.3 烧写 U-Boot...................................................................................................................124
5.3 U-BOOT 使用.........................................................................................................................126
5.3.1 U-Boot 命令...................................................................................................................127
5.3.2 U-Boot 命令使用实例...................................................................................................130
5.3.3 U-Boot 引导内核...........................................................................................................135
5.4 U-BOOT 的环境变量............................................................................................................136
5.4.1 查看环境变量................................................................................................................136
5.4.2 设置环境变量................................................................................................................138
5.4.3 保存环境变量................................................................................................................139
第 6 章 LINUX 内核移植.........................................................................................141
6.1 选择 LINUX 内核...................................................................................................................142
6.2 LINUX 内核移植前准备.......................................................................................................145
6.2.1 Linux 内核源码.............................................................................................................146
6.2.2 内核配置及方法............................................................................................................149
6.2.3 图形化内核配置选项....................................................................................................150
6.2.4 构建内核映像................................................................................................................153
6.2.5 构建模块........................................................................................................................154
6.2.6 安装内核及内核模块....................................................................................................155
6.3 LINUX 内核移植实例............................................................................................................156
6.3.1 配置编译内核的过程....................................................................................................156
6.3.2 从 NandFlash 引导内核.................................................................................................161
6.3.3 网络引导内核................................................................................................................163
第 7 章 根文件系统移植...........................................................................................165
7.1 文件系统概述.....................................................................................................................166
7.1.1 文件系统........................................................................................................................166
2
7.1.2 根文件系统....................................................................................................................171
7.2 制作根文件系统.................................................................................................................173
7.2.1 Busybox 工具.................................................................................................................173
7.2.2 根文件系统制作实例....................................................................................................174
7.3 配置 NFS 服务....................................................................................................................188
7.3.1 NFS 文件系统简介........................................................................................................188
7.3.2 在 Linux 下配置 NFS 服务器.......................................................................................192
7.4 目标机挂载 NFS 根文件系统............................................................................................197
7.4.1 移植网卡驱动................................................................................................................198
7.4.2 挂载 NFS 根文件系统...................................................................................................201
7.5 HELLO WORLD 测试程序.....................................................................................................208
7.6 文件系统移植.....................................................................................................................209
7.6.1 配置内核命令行参数....................................................................................................210
7.6.2 制作 cramfs 文件系统...................................................................................................212
7.6.3 将根文件系统烧写到 NandFlash.................................................................................212
第 8 章 LINUX 设备驱动概述.................................................................................216
8.1 设备驱动的角色.................................................................................................................216
8.2 设备驱动和操作系统.........................................................................................................219
8.2.1 无操作系统时的设备驱动............................................................................................220
8.2.2 有操作系统时的设备驱动............................................................................................223
8.3 LINUX 设备驱动....................................................................................................................224
8.3.1 Linux 设备的分类及特点.............................................................................................225
8.3.2 不同设备的驱动设计概述............................................................................................228
8.3.3 Linux 设备文件的创建.................................................................................................233
8.3.4 Linux 驱动程序的加载和卸载.....................................................................................236
8.3.5 学习 Linux 驱动程序的基础及方法............................................................................239
第 9 章 LED 实例......................................................................................................239
9.1 字符设备驱动程序的结构.................................................................................................240
9.1.1 常用的头文件................................................................................................................241
9.1.2 主次设备号...................................................................................................................242
9.1.3 cdev 结构体...................................................................................................................243
9.1.4 分配和释放设备号........................................................................................................246
9.1.5 File_operation 结构体....................................................................................................247
9.1.6 字符设备驱动程序一般结构........................................................................................250
9.2 LED 设备驱动实例............................................................................................................252
9.2.1 实验目的........................................................................................................................253
9.2.2 实验原理........................................................................................................................253
9.2.3 实验任务........................................................................................................................257
9.2.4 实验步骤........................................................................................................................257
第 10 章 按键中断实例.............................................................................................271
10.1 S3C2410 中断机制...........................................................................................................272
10.1.1 中断向量表..................................................................................................................272
10.1.2 中断控制器..................................................................................................................274
10.2 嵌入式 LINUX 中断处理程序架构....................................................................................287
10.2.1 Linux 中断处理程序的上半部与下半部机制...........................................................287
10.3 按键中断驱动实例...........................................................................................................293
3
10.3.1 实验目的......................................................................................................................293
10.3.2 实验原理......................................................................................................................294
10.3.3 实验任务......................................................................................................................295
10.3.4 实验步骤......................................................................................................................295
第 11 章 数码管实例.................................................................................................310
11.1 数码管显示原理...............................................................................................................310
11.1.1 数码管简介..................................................................................................................310
11.1.2 数码管显示原理..........................................................................................................313
11.1.3 数码管驱动电路设计..................................................................................................314
11.2 数码管设备驱动实例.......................................................................................................318
11.2.1 实验目的......................................................................................................................318
11.2.3 实验任务......................................................................................................................320
11.2.4 实验步骤......................................................................................................................320
第 12 章 4*4 矩阵键盘实例......................................................................................339
12.1 键盘接口概述...................................................................................................................340
12.1.1 键盘的分类..................................................................................................................340
12.1.2 键盘的扫描..................................................................................................................342
12.1.3 键盘的防抖..................................................................................................................344
12.1.4 键盘的缓冲算法..........................................................................................................345
12.2 4*4 键盘驱动实例............................................................................................................345
12.2.1 实验目的......................................................................................................................346
12.2.2 实验原理......................................................................................................................346
12.2.3 实验任务......................................................................................................................350
12.2.4 实验步骤......................................................................................................................351
第 13 章 LCD 驱动实例............................................................................................376
13.1 LCD 的硬件原理..............................................................................................................377
13.1.1 LCD 的显像原理.........................................................................................................377
13.1.2 LCD 的分类.................................................................................................................379
13.1.3 TFT LCD 的工作时序及参数设置.............................................................................381
13.2 S3C2410 的 LCD 控制器及 IO 配置.................................................................................386
13.2.1 LCD 控制器.................................................................................................................387
13.2.2 LCD 控制器的寄存器设置.........................................................................................388
13.2.3 S3C2410 的 LCD 接口及配置....................................................................................396
13.3 基于帧缓冲(FRAMEBUFFER)的 LCD 驱动分析.........................................................397
13.3.1 FrameBuffer 设备驱动分析........................................................................................398
13.3.2 基于 FrameBuffer 的 LCD 驱动分析.........................................................................407
13.3.3 FrameBuffer 驱动与 LCD 驱动之间的关系..............................................................419
13.4 LCD 驱动移植实例..........................................................................................................420
13.4.1 实验目的......................................................................................................................420
13.4.2 实验原理......................................................................................................................420
13.4.3 实验任务......................................................................................................................421
13.4.4 实验步骤......................................................................................................................421
第 14 章 触摸屏实例.................................................................................................426
14.1 触摸屏的硬件原理...........................................................................................................426
4
14.2 S3C2410 的触摸屏控制...................................................................................................428
14.2.1 S3C2410 的 ADC 及触摸屏接口原理........................................................................429
14.2.2 S3C2410 的 ADC 和触摸屏接口模式........................................................................432
14.2.3 S3C2410 的 ADC 及触摸屏控制寄存器....................................................................433
14.2.4 S3C2410 的触摸屏中断控制......................................................................................437
14.3 LINUX 输入子系统..............................................................................................................438
14.3.1 Input 子系统架构........................................................................................................439
14.3.2 Input 子系统数据结构................................................................................................439
14.3.3 Input 设备驱动编写....................................................................................................440
14.3.4 Input 设备驱动范例....................................................................................................442
14.4 触摸屏驱动移植实例.......................................................................................................443
14.4.1 实验目的......................................................................................................................444
14.4.2 实验原理......................................................................................................................444
14.4.3 实验任务......................................................................................................................457
14.4.4 实验步骤......................................................................................................................457
第 15 章 嵌入式 QT 环境搭建..................................................................................463
15.1 嵌入式 GUI 简介................................................................................................................464
15.1.1 MiniGUI.......................................................................................................................465
15.1.2 OpenGUI......................................................................................................................468
15.1.3 Qt/Embedded................................................................................................................469
15.2 QT 开发环境搭建.............................................................................................................474
15.2.1 Ubuntu 下安装 QT 开发环境......................................................................................474
15.2.2 Qt Assistant..................................................................................................................476
15.2.3 Qt Designer..................................................................................................................478
15.2.4 QDevelop.....................................................................................................................480
15.3 QT/EMBEDDED 环境的安装...............................................................................................481
15.3.1 安装 tslib......................................................................................................................482
15.3.2 安装 Qt/Embedded.......................................................................................................484
15.3.3 环境配置及触摸屏校准..............................................................................................488
第 16 章 嵌入式 QT 之 HELLOWORLD...............................................................491
16.1 QT/E 信号与插槽机制.......................................................................................................492
16.1.1 信号和插槽机制..........................................................................................................492
16.1.2 信号和插槽机制的实现..............................................................................................494
16.2 HELLOWORLD 实例............................................................................................................500
16.2.1 实验目的......................................................................................................................500
16.2.2 实验任务......................................................................................................................501
16.2.3 实验步骤......................................................................................................................501
第 17 章 综合实例.....................................................................................................511
17.1 实验目的.........................................................................................................................512
17.2 实验任务.........................................................................................................................512
17.3 实验步骤.........................................................................................................................513
参考文献....................................................................................................................539
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