嵌入式Linux系统开发全程解析

内容概要

韩超是中国大陆长期工作于一线的知名工程师、架构师，也是嵌入式Linux相关技术在大陆发展10年的技术领航人之一，同时也是畅销书作者。其主要从事相关技术研发方向，包括嵌入式Linux板级平台、GUI系统和应用、移动多媒体。韩超对嵌入式Linux的技术把握以实用技术为主，以操作系统本身为辅，重视在系统使用特定硬件的技术，重视内核与用户空间的交互的要点，适用于嵌入式Linux的软件工程等方面。

韩超完成了本书主要部分的编写工作，此外，众多不同规模的企业开发成果也为本书的编写提供了重要的素材。参与本书编写的还有康硕、于仕林、张超等人，以及清华大学计算机系操作系统研究兴趣小组的肖奇学、徐永健、王欢、何嘉权、范文良、茅俊杰等人。

书籍目录

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

作者简介

《嵌入式Linux系统开发全程解析》是一本全面介绍嵌入式Linux开发的专著，书中涵盖了程序生成工具、调试工具、引导加载器、Linux系统结构、Linux内核、驱动程序、用户空间编程、用户空间中间件等方面的内容。《嵌入式Linux系统开发全程解析》内容前后照应、贴近实践，且有较强的延伸型，有利于读者建立嵌入式Linux开发系统化的知识结构和技术理念。

《嵌入式Linux系统开发全程解析》不仅适用于嵌入式Linux的工程师增强能力，也适用于其他领域的技术人员了解嵌入式Linux。

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