嵌入式作業系統基礎

這是一篇關于關于嵌入式Linux作業系統知識點的文章，希望通過此，大家能溫故了解Linux和嵌入式的知識點概念。

1. Linux系統組成

使用者角度：由内到外，依次是：核心-》系統程式（工具）-》shell-》使用者工具；
開發者角度：分兩部分，軟體與硬體：硬體是基礎，軟體包括兩部分：系統軟體和使用者軟體，其中系統軟體包含驅動程式。系統軟體主要實作對系統軟、硬體資源的管理，使用者軟體主要根據具體需求實作相應功能。
靜态角度：以PC為例的話，包括：BIOS、Grub、核心、根檔案系統；以嵌入式系統為例的話，包括：Bootloader、核心、根檔案系統。
           

2. Linux檔案系統主要目錄作用：

/bin：普通指令；

/sbin：系統指令；

/lib：動态庫預設位置；

/dev：裝置檔案目錄；

/etc：配置檔案所在目錄；

/root：root使用者所在目錄;

/home：普通使用者所在目錄

3. linux常見指令：

ls：檢視目錄檔案或其屬性；

cp：拷備

rm：删除

mv：剪切、重命名

tar：打包、壓縮、解壓、拆包，常用操作：

打包壓縮：tar -jcvf file.tar.bz2 file //注：前面的”-”也可省掉，采用bsd模式

tar -zcvf file.tar.gz file

解壓拆包：tar -jxvf file.tar.bz2

tar -zxvf file.tar.gz

man：查系統指令、庫函數等

tab：用于自動補齊檔案名

---------------------------------------------------------------------

4. 嵌入式系統概念：以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟、硬體可裁剪，對性能、可靠性、功耗、體積等有嚴格要求的專用計算機系統。

5. 靜态角度看嵌入式Linux系統構成：bootloader、核心、根檔案系統

6. 本地開發：在一種平台上完成編輯、編譯、調試、運作的開發模式；

交叉開發：在一種平台上完成編輯、編譯、調試，在另一種平台上運作的開發模式。通常采用的模式為主控端——目标機。

7. 嵌入式系統軟體分類：系統軟體、應用軟體。前者用于完成系統軟、硬體資源，後者用于滿足使用者具體應用需求。

8. 常用交叉工具：arm-linux-gcc/as/ld/ar等。

9. 嵌入式Linux系統在emmc上布局：最開頭部分放置bootloader，然後放置核心，通常核心與bootloader之間會空一些區域用于存放系統啟動參數，其他區域放置根檔案系統或其他擴充檔案系統。

10. gcc編譯四個階段：預處理、編譯、彙編、連結。

預處理：gcc -E -o hello.i hello.c

編譯: gcc -S -o hello.s hello.i

彙編: gcc -c hello.s -o hello.o

連結: gcc hello.o -c hello

執行: ./hello

11. 采用gdb調試程式時，在編譯程式時需使其包含調試資訊，編譯時需加“-g”選項。

12. bootloader概念：在系統啟動前或應用程式執行前，首先執行的一小段代碼。

13. bootloader作用：初始化硬體，建立記憶體映射，為系統啟動準備環境。

14. bootloader不屬于核心，其與平台相關的代碼采用彙編編寫，該部分程式不具備可移植性。

1. ARM上電後從0位址開始執行。是以，需将uboot映射到0位址處。

16. bootloader程式分兩階段：彙編、C。前者完成模式切換、關MMC、看門狗、中斷等，初始化時鐘、記憶體、可信域，拷備uboot部分代碼，設定棧，跳到C部分(board_init_f());彙編階段初始化本階段所需硬體，等一小會（要麼進uboot系統，要麼設定核心參數、啟動核心）。

---------------------------------------------------------------------

17. uboot常用指令：

1. help; //查指令集，查具體指令
2. mmc類指令：
3. 環境變量類：setenv、editenv、saveenv、printenv（pri）

4. 指令序列定義：用setenv定義，指令序列用雙引号括起，各指令用分号分隔。

   指令序列運作：run 指令序列變量名

18. 與核心啟動相關的兩個重要環境變量：

bootcmd：自啟動指令序列；

bootargs：自啟動指令參數；以實驗時bootargs取值為例，詳細說明每一段的作用。

“root=/dev/nfs” --告訴核心根目錄是網絡中的共享

“nfsroot=$serverip:/opt/rootfs” --共享的目錄在哪裡

“ip=$ipaddr” --開發闆的ip位址

“ethmac=$usbethaddr” --開發闆的mac位址

“console=ttySAC0,115200” --核心啟動時，資訊向哪裡列印，ttySAC0指的是開發闆的序列槽0。

“init=/sbin/init” --告訴核心，核心啟動後，第一個要啟動的程式是什麼，也就是1号程序。

19. 核心配置4種方法：make config、make menuconfig、make gconfig、make xconfig

21. 核心最終配置檔案為：.config

22. 核心編譯：make，可用選項：-jn，采用n線程；v=1，完整資訊輸出；重定向（略）

23. Linux核心編譯的最終結果：zImage，位置在arch/arm/boot下，是一個可執行檔案。

24. Linux核心配置系統三部分：Makefile、Kconfig、以及配置工具。其中，Makefile和Kconfig通過.config檔案聯系起來。

25. zImage生成過程：（了解），執行make時，讀取.config檔案，根據其中的配置項，再由Makefile對相應目錄下源檔案進行編譯，生成*.o，之後對各目錄下的*.o檔案進行合并得到built-in.o，再對各個built-in.o檔案進行連結，得到最原始的核心檔案vmlinux，接着對vmlinux檔案進行瘦身，去除調試資訊、符号表等内容，進行格式轉換（轉成二進制），生成arch/arm/boot/Image檔案，再接着利用gzip對其進行壓縮，生成arch/arm/boot/compressed/piggy.gz檔案，然後編譯head.s、misc.s等檔案，将piggy.o一起合并為壓縮的、包含自解壓工具的核心檔案arch/arm/boot/compressed/vmlinux，之後再進行格式化轉換得到zImage。

26. 根檔案系統概念：存放運作、維護系統所必須的各種工具軟體、庫、配置檔案及其他檔案的地方。

27. 根檔案系統建構方法：按照FHS标準建立目錄，然後填充目錄：填充指令（/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin）、填充庫（/lib、/usr/lib）、填充/etc（initfs、inittab、profile）、填充/dev（null、console）

28. init執行完整流程：

1. 手動建立裝置檔案：mknod 檔案名 類型 主裝置号 次裝置号

2. 裝置号：dev_t類型資料，高12位主裝置号，低20位次裝置号

   宏： MAJOR()、MINOR()、MKDEV()

3. 自動建立裝置檔案：

   class_create()

   device_create()

   銷毀：

   device_destroy()

   class_destroy()

4. 虛位址概念：作業系統啟動MMU後，CPU經MMU擷取的位址。

   實位址概念：實體位址。

5. 位址映射：

   建立映射： 虛位址=ioremap(實位址，大小)

   取消映射： iounmap(虛位址)

6. 并發：真并發、僞并發，及原因。
7. 臨界區的概念：會産生并發通路，且包含共享資源的代碼段。
8. 原子操作：整型原子操作、位原子操作。僅用于保證這兩種類型的變量在進行操作時具有不可分割性。
9. 死鎖：單程序死鎖、多程序多資源死鎖。
10. 其他同步：自旋鎖、讀寫自寫鎖、信号量、讀寫信号量、互斥體，掌握各種同步方法的特點。