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嵌入式 linux 培训教材

第 1 章嵌入式系统基础...............................................................................................................................8

1.1 嵌入式系统概述........................................................................................................................................8

1.1.1 嵌入式技术无处不在.........................................................................................................................8

1.1.2 嵌入式技术将成为后 PC 时代的主宰 ...............................................................................................8

1.1.3 什么是嵌入式系统..............................................................................................................................9

1.1.4 嵌入式系统的特点...........................................................................................................................10

1.1.5 嵌入式系统的分类............................................................................................................................10

1.1.6 嵌入式系统的应用领域 ...................................................................................................................11

1.2 嵌入式处理器..........................................................................................................................................14

1.2.1 概述...................................................................................................................................................14

1.2.2 嵌入式处理器的分类.......................................................................................................................14

1.2.3 典型的嵌入式处理器.......................................................................................................................15

1.2.4 我国的嵌入式处理器........................................................................................................................16

1.3 嵌入式操作系统......................................................................................................................................17

1.3.1 何谓嵌入式系统................................................................................................................................17

1.3.2 嵌入式操作系统的特点 ...................................................................................................................17

1.3.3 嵌入式实时系统中主要有三个指标来衡量系统的性能 ................................................................17

1.3.4 嵌入式实时系统的分类 ...................................................................................................................18

1.3.5 软件结构分类...................................................................................................................................18

1.3.6 嵌入式实时操作系统的发展趋势 ...................................................................................................19

1.3.7 嵌入式操作系统的种类 ...................................................................................................................19

1.4 嵌入式系统开发过程..............................................................................................................................21

第 2 章嵌入式 linux 操作系统 .................................................................................................................22

2.1 linux 概述.................................................................................................................................................22

2.2 主流的嵌入式 linux 系统........................................................................................................................23

2.3 linux 目录结构详解..................................................................................................................................23

2.4 linux 的使用.............................................................................................................................................24

嵌入式 linux 培训教材

2.4.1 如何获得 Linux 帮助和文档 ...........................................................................................................24

2.4.2 安装 Linux 系统 ...............................................................................................................................26

2.4.3 启动引导器........................................................................................................................................26

2.4.4 RedHat Linux 9 启动过程 .................................................................................................................28

2.4.5 用户和组管理...................................................................................................................................31

第 3 章 linux 内核讲解...............................................................................................................................56

3.1 linux 内核特征..........................................................................................................................................56

3.2 进程调度..................................................................................................................................................56

3.2.1 进程调度的功能...............................................................................................................................57

3.2.2 进程上下文的切换...........................................................................................................................57

3.2.3 Linux 系统中进程调度发生的时机..................................................................................................57

3.2.4 Linux 系统的调度算法 .....................................................................................................................57

3.3 进程管理..................................................................................................................................................59

3.3.1 进程的定义.......................................................................................................................................59

3.3.2 进程的特征.......................................................................................................................................59

3.3.3 Linux 进程的状态 .............................................................................................................................60

3.3.4 进程控制块 PCB ..............................................................................................................................60

3.3.5 Linux 进程的 PCB.............................................................................................................................61

3.3.6 进程控制...........................................................................................................................................62

3.3.7 进程通信...........................................................................................................................................66

3.3.8 消息传递系统...................................................................................................................................67

3.4 存储管理..................................................................................................................................................69

3.4.1 Linux 的分页管理机制 .....................................................................................................................69

3.4.2 内存的共享和保护...........................................................................................................................69

3.4.3 交换空间...........................................................................................................................................70

3.5 文件系统..................................................................................................................................................71

3.5.1 Linux 文件系统 .................................................................................................................................71

3.5 2 Linux 系统的文件操作 .....................................................................................................................72

3.6 设备管理..................................................................................................................................................73

3.6.1 LINUX 系统的设备管理...................................................................................................................73

3.6.2 LINUX 设备驱动程序的接口...........................................................................................................73

3.6.3 LINUX 的磁盘高速缓存...................................................................................................................73

嵌入式 linux 培训教材

3.6.4 磁盘缓冲管理的数据结构 ...............................................................................................................74

3.6.5 盘缓冲区管理算法...........................................................................................................................75

3.6.6 LINUX 的字符设备缓冲区管理.......................................................................................................75

3.6.7 空闲字符缓冲区的分配和回收 .......................................................................................................76

第 4 章嵌入式 linux 开发 ..........................................................................................................................77

4.1 开发环境和常用开发工具......................................................................................................................77

4.1.1 VI 简介..............................................................................................................................................77

4.1.2 GNU 编译链 ......................................................................................................................................79

4.1.3 gcc 常用方式 ....................................................................................................................................79

4.1.4 Make 与 makefile...............................................................................................................................79

4.1.5 交叉编译...........................................................................................................................................81

4.2 嵌入式 linux 内核编译............................................................................................................................81

4.2.1 内核源代码布局...............................................................................................................................81

4.2.2 内核编译步骤....................................................................................................................................81

4.2.3 内核配置...........................................................................................................................................82

4.2.4 重要的内核文件................................................................................................................................82

4.3 Boot Loader 介绍.....................................................................................................................................83

4.3.1 Boot Loader 的概念..........................................................................................................................83

4.3.2 Boot Loader 的操作模式...................................................................................................................84

4.3.3Boot Loader 执行过程分为 stage1 和 stage2 两大部分....................................................................84

第 5 章 Linux 系统编程详解 ....................................................................................................................86

5.1 进程间通信..............................................................................................................................................86

5.1.1 管道...................................................................................................................................................86

FIFO...................................................................................................................................................89

5.1.3 消息队列...........................................................................................................................................91

5.1.4 信号量...............................................................................................................................................93

5.1.5 共享内存...........................................................................................................................................97

小结...................................................................................................................................................98

5.2 文件操作编程..........................................................................................................................................98

5.2.1 文件类型...........................................................................................................................................98

5.2.2 取文件属性.......................................................................................................................................99

5.2.3 目录操作.........................................................................................................................................105

嵌入式 linux 培训教材

5.2.4 系统调用 I/O 接口..........................................................................................................................106

5.2.5 库函数 IO 接口...............................................................................................................................106

第 6 章 linux 设备驱动程序开发............................................................................................................114

6.1 设备驱动程序概述................................................................................................................................114

6.1.1 Linux 设备驱动程序分类 ...............................................................................................................114

6.1.2 设备驱动程序的功能.....................................................................................................................114

6.1.3 设备驱动程序基本原理 ..................................................................................................................115

6.1.4 Linux 驱动程序的特点 ...................................................................................................................115

6.1.5 Linux 驱动开发环境 .......................................................................................................................115

6.2 设备驱动模块........................................................................................................................................116

6.2.1 与驱动模块相关的命令 ..................................................................................................................116

6.3 简单例子..............................................................................................................................................116

6.3.1 设备驱动程序所需的常用系统调用 ..............................................................................................116

6.3.2 内核版本的 HelloWorld .................................................................................................................117

6.3.3 一个完整的设备驱动程序源代码 .................................................................................................117

6.4 驱动程序框架........................................................................................................................................119

6.4.1 常用结构.........................................................................................................................................119

6.4.2 关于文件操作.................................................................................................................................120

6.4.3 例子二.............................................................................................................................................120

第 7 章字符设备驱动程序 ......................................................................................................................124

7.1 概述........................................................................................................................................................124

7.2 scull 的设计 ............................................................................................................................................124

7.3 主设备号和次设备号............................................................................................................................125

7.4 动态分配主设备号................................................................................................................................126

7.5 文件操作................................................................................................................................................130

7.6 file 结构 ..................................................................................................................................................132

7.7 Open 和 Close.........................................................................................................................................134

7.8 Scull 的内存使用....................................................................................................................................137

7.9 读和写....................................................................................................................................................140

第 8 章驱动高级专题 ...............................................................................................................................146

8.1 字符设备驱动程序的扩展操作 ............................................................................................................146

8.2 内核时间................................................................................................................................................174

嵌入式 linux 培训教材

8.2.1 内核中的时间间隔.........................................................................................................................174

8.2.2 获取当前时间.................................................................................................................................177

8.2.3 延迟执行.........................................................................................................................................178

8.2.4 任务队列.........................................................................................................................................182

8.2.5 内核定时器.....................................................................................................................................195

8.2.6 向后兼容性.....................................................................................................................................199

8.2.7 快速参考.........................................................................................................................................200

8.3 获取内存................................................................................................................................................203

8.4 硬件管理................................................................................................................................................208

8.4.1 I/O 端口和 I/O 内存 .....................................................................................................................209

8.4.2 使用 I/O 端口................................................................................................................................211

8.4.3 使用数字 I/O 端口........................................................................................................................215

8.4.4 使用 I/O 内存................................................................................................................................218

8.4.5 向后兼容性.....................................................................................................................................228

8.4.6 快速参考.........................................................................................................................................229

8.5 中断处理................................................................................................................................................230

8.5.1 中断的整体控制.............................................................................................................................231

8.5.2 准备并口.........................................................................................................................................232

8.5.3 安装中断处理程序.........................................................................................................................232

8.5.4 实现中断处理程序.........................................................................................................................241

8.5.5 tasklet 和底半部处理......................................................................................................................246

8.5.6 中断共享.........................................................................................................................................251

8.5.7 中断驱动的 I/O..............................................................................................................................254

8.5.8 竞态.................................................................................................................................................255

8.5.9 向后兼容性...............................................................................................................................

......263

8.5.10 快速参考.......................................................................................................................................264

8.6 块设备驱动程序....................................................................................................................................267

8.6.1 注册驱动程序.................................................................................................................................268

8.6.2 头文件 blk.h...................................................................................................................................273

8.6.3 请求处理简介.................................................................................................................................275

8.6.4 请求处理详解.................................................................................................................................279

8.6.5 挂装和卸载是如何工作的 .............................................................................................................290

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