嵌入式Linux系统工程师实训教程PDF电子书下载

第一篇 开发基础篇 3

第1章 嵌入式基础知识 3

1.1 知识结构 4

1.1.1 应用软件开发 4

1.1.2 系统与驱动开发 4

1.1.3 硬件开发 5

1.2 嵌入式系统 5

1.2.1 概念 6

1.2.2 构成 7

1.2.3 特点 7

1.2.4 知识结构 8

1.3 嵌入式Linux 9

1.3.1 ARMLinux简介 10

1.3.2 uCLinux简介 12

1.3.3 实时Linux 13

1.4 ARM Linux开发需要的知识基础 15

1.5 素质培养 15

1.6 学习建议 17

1.7 本章小结 17

1.8 课后习题 17

第2章 嵌入式完全实例 19

2.1 ARMLinux项目概述 20

2.1.1 软硬件环境及其搭建 20

2.1.2 嵌入式Linux系统开发 20

2.2 ARMLinux项目流程 22

2.2.1 整体架构 22

2.2.2 启动加载程序Bootloader 22

2.2.3 操作系统内核 22

2.2.4 根文件系统 22

2.2.5 驱动程序 22

2.2.6 应用程序 22

2.3 完全实例介绍 23

2.3.1 搭建交叉开发环境 24

2.3.2 烧写Bootloader 24

2.3.3 烧写内核 24

2.3.4 烧写根文件系统 24

2.3.5 发布应用程序 24

2.4 技能训练 24

2.4.1 完全安装流程 24

2.4.2 运行结果 25

2.5 本章小结 25

2.6 课后习题 25

第3章 Linux操作系统 27

3.1 Linux的介绍 28

3.1.1 概述 28

3.1.2 主流版本 28

3.1.3 Linux的选择 30

3.2 Linux的基本组成与操作 30

3.2.1 Linux的基本组成 30

3.2.2 Linux的基本操作 31

3.3 编辑工具Vi 34

3.3.1 Vi的简介 34

3.3.2 基本命令 34

3.4 命令列表 36

3.5 Shell命令 38

3.5.1 Shell的介绍 38

3.5.2 Shell的常用命令 39

3.5.3 Shell的配置文件 41

3.5.4 Shell的语法结构 41

3.5.5 命令脚本 42

3.6 常用主机服务配置 43

3.6.1 配置Samba 43

3.6.2 配置DHCP 44

3.6.3 配置TFTP 46

3.6.4 配置NFS 47

3.7 技能训练 48

3.7.1 Vi使用举例 48

3.7.2 压缩和解压缩 48

3.7.3 常用服务配置 49

3.8 案例特训——Linux启动设置 49

3.9 本章小结 50

3.10 课后习题 50

第4章 Shell程序设计 51

4.1 Shell编程概述 52

4.1.1 为何要进行Shell编程 52

4.1.2 简单Shell程序示例 52

4.1.3 Shell的一般结构 52

4.1.4 Shell程序的编写和执行过程 53

4.1.5 Shell程序除错 53

4.2 Shell编程详解 53

4.2.1 变量 53

4.2.2 运算符 54

4.2.3 条件判断 54

4.2.4 控制结构 55

4.2.5 函数 56

4.3 高级Shell命令 56

4.3.1 正则表达式 56

4.3.2 Grep 57

4.3.3 Sed 57

4.3.4 Awk 58

4.4 技能训练 58

4.4.1 Grep使用举例 58

4.4.2 Sed使用举例 58

4.4.3 Awk使用举例 58

4.5 案例特训 59

4.5.1 单文件Shell版本计算器实例 59

4.5.2 多文件Shell版本计算器实例 59

4.6 本章小结 60

4.7 课后习题 60

第5章 Linux下的程序设计 63

5.1 Linux环境软件开发概述 64

5.1.1 GNU计划 64

5.1.2 GNU Tools 65

5.1.3 代码编辑——Vi 65

5.2 工程管理——Makefile 65

5.2.1 Make命令 67

5.2.2 隐含规则 69

5.3 编译器集合——GCC的使用 69

5.3.1 GCC的用法 70

5.3.2 GCC选项 71

5.4 工具链——Binutils 75

5.4.1 Binutils简介 75

5.4.2 Ar命令举例 75

5.4.3 Nm命令 76

5.4.4 Objcopy命令 76

5.4.5 Objdump命令 76

5.4.6 Readelf命令 76

5.4.7 Gprof命令 76

5.5 库文件——Glibc 76

5.5.1 库文件命名 77

5.5.2 库文件操作 77

5.5.3 库文件升级 78

5.5.4 库文件的使用 79

5.6 调试工具GDB 80

5.6.1 Kdb使用 80

5.6.2 GDB使用 83

5.7 交叉开发工具 86

5.7.1 交叉编译 86

5.7.2 制作工具链 86

5.7.3 安装交叉工具链 87

5.7.4 系统配置 87

5.7.5 调试程序 87

5.8 专业级工具 88

5.8.1 UlraEdit 88

5.8.2 Source Insight 88

5.8.3 SecureCRT 89

5.8.4 CuteFTP 89

5.8.5 SVN 89

5.8.6 仿真器 89

5.9 技能训练 90

5.9.1 GCC使用 90

5.9.2 GDB调试 90

5.9.3 Binutils使用 90

5.9.4 交叉编译工具链的安装 91

5.9.5 交叉编译工具链的使用 91

5.10 案例特训 92

5.10.1 Linux环境C程序设计举例 92

5.10.2 ARMLinux环境C程序设计举例 93

5.11 本章小结 93

5.12 课后习题 93

第二篇 系统开发篇 97

第6章 开发基础 97

6.1 硬件开发基础 98

6.1.1 需求分析 98

6.1.2 方案确定 99

6.1.3 原理图绘制 100

6.1.4 PCB板图绘制 107

6.1.5 制板与调试 108

6.2 ARM体系结构与编程 108

6.2.1 ARM体系结构特点 109

6.2.2 ARM体系结构的版本 109

6.2.3 ARM存储系统概述 111

6.2.4 ARM微处理器工作状态 111

6.2.5 ARM处理器模式 112

6.2.6 ARM异常中断 113

6.2.7 ARM指令集 113

6.2.8 AMBA规范 114

6.2.9 AAPCS规范 115

6.2.10 S3C2410/2240/6410处理器概述 116

6.2.11 基于ARM Cortex-A8的S5PC100和S5PV210处理器 116

6.3 软件开发基础 118

6.3.1 高效的C编程 118

6.3.2 软件设计技巧 119

6.4 案例特训 119

6.4.1 LED驱动系统介绍 119

6.4.2 需求分析 120

6.4.3 开发板电路原理图分析 120

6.4.4 数据手册分析 121

6.4.5 编码设计 122

6.4.6 调试与测试 123

6.4.7 部署 123

6.5 本章小结 123

6.6 课后习题 123

第7章 启动加载Bootloader 125

7.1 Bootloader简介 126

7.1.1 概念 126

7.1.2 功能 128

7.2 Bootloader流程 128

7.2.1 Stage1：汇编阶段 129

7.2.2 Stage2：C语言阶段 131

7.3 Vivi移植开发 133

7.3.1 工程简介 133

7.3.2 目录结构 134

7.3.3 Makefile分析 135

7.3.4 执行流程分析 135

7.3.5 配置编译 137

7.3.6 移植开发 139

7.3.7 常用命令 139

7.4 U-Boot移植开发 139

7.4.1 工程简介 139

7.4.2 目录结构 140

7.4.3 Makefile分析 142

7.4.4 流程分析 142

7.4.5 配置编译 143

7.4.6 移植开发 146

7.4.7 调试测试 149

7.4.8 常用命令 149

7.4.9 环境变量 151

7.5 Bootloader的烧写 153

7.5.1 Vivi环境烧写根文件系统 153

7.5.2 U-Boot环境烧写根文件系统 153

7.6 技能训练 153

7.6.1 Vivi的Makefile分析 153

7.6.2 U-Boot代码执行流程分析 158

7.7 案例特训-自制Bootloader 159

7.8 本章小结 159

7.9 课后习题 159

第8章 系统内核 161

8.1 系统内核概述 162

8.1.1 内核简介 162

8.1.2 命名规则 162

8.1.3 发展历史 163

8.1.4 内核模块 163

8.1.5 内核特点 165

8.2 嵌入式Linux 2.4移植浅析 165

8.2.1 目录结构 165

8.2.2 嵌入式ARM Linux 2.4Makefile导读 166

8.2.3 执行流程 177

8.2.4 配置编译 180

8.3 嵌入式Linux 2.6移植浅析 182

8.3.1 内核新特点 182

8.3.2 Makefile导读 184

8.3.3 执行流程 185

8.3.4 配置编译 186

8.4 Linux内核启动流程分析 186

8.4.1 内核启动流程 186

8.4.2 内核启动控制脚本 187

8.5 系统调用 189

8.5.1 原子操作 189

8.5.2 系统调用 189

8.5.3 进程原理 190

8.6 Linux Kernel 3.0概述 190

8.6.1 概述 190

8.6.2 新特性 190

8.6.3 其他 191

8.7 技能训练 191

8.7.1 嵌入式Linux 2.6编译 191

8.7.2 内核烧写 193

8.8 案例特训-内核移植实例 194

8.9 本章小结 194

8.10 课后习题 194

第9章 文件系统 197

9.1 文件系统概述 198

9.1.1 文件系统的概述 198

9.1.2 Linux环境文件系统 198

9.1.3 基本概念 199

9.2 Linux常见文件系统 201

9.2.1 Extfs与Ext2fs 201

9.2.2 Ext3fs 202

9.2.3 Cramfs 202

9.2.4 Jffs2 203

9.2.5 Yaffs 204

9.2.6 其他文件系统 205

9.3 文件系统结构 206

9.3.1 VFS 206

9.3.2 MTD 209

9.4 根文件系统 211

9.4.1 根文件系统概述 211

9.4.2 根文件系统组成 211

9.4.3 制作根文件系统 212

9.5 “瑞士军刀”Busybox 212

9.5.1 Busybox介绍 212

9.5.2 代码简要分析 213

9.5.3 配置编译 213

9.6 根文件系统制作 213

9.6.1 制作Ramdisk 214

9.6.2 制作Ext2fs 214

9.6.3 制作Cramfs 215

9.6.4 制作Jffs2 215

9.6.5 制作Yaffs2 217

9.7 根文件系统烧写 217

9.7.1 Vivi环境烧写根文件系统 217

9.7.2 U-Boot环境烧写根文件系统 217

9.8 技能训练 218

9.8.1 用Busybox制作根文件系统 218

9.8.2 只读根文件系统Cramfs制作 218

9.8.3 Yaffs2根文件系统制作 218

9.9 案例特训 218

9.9.1 Vivi+ARM Linux 2.4+Cramfs实践 218

9.9.2 U-Boot+ARM Linux 2.6+Yaffs实践 219

9.10 本章小结 219

9.11 课后习题 219

第三篇 应用开发篇 223

第10章 任务管理 223

10.1 进程控制 224

10.1.1 Linux进程概述 224

10.1.2 Linux进程调度 224

10.2 系统调用及例程 227

10.2.1 getpid 228

10.2.2 fork/vfork/clone 229

10.2.3 Exit/_exit 230

10.2.4 exec 233

10.2.5 wait/waitpid 236

10.2.6 sleep 237

10.3 进程间通信 237

10.3.1 概述 237

10.3.2 信号 239

10.3.3 管道 240

10.3.4 消息队列 242

10.3.5 信号灯 243

10.3.6 共享内存 244

10.4 多线程应用 246

10.4.1 线程概述 246

10.4.2 POSIX线程库 249

10.4.3 线程编程实例 265

10.5 技能训练 268

10.5.1 多进程管道通信 268

10.5.2 多进程共享内存通信 270

10.5.3 多进程信号通信 272

10.5.4 多进程消息队列通信 273

10.6 案例特训 276

10.6.1 线程间信号量通信 276

10.6.2 多线程编程综合实例 277

10.7 本章小结 283

10.8 课后习题 283

第11章 文件I/O与串口通信编程 285

11.1 基本概念 286

11.1.1 文件的基本概念 286

11.1.2 文件操作基本元素 286

11.2 文件I/O 286

11.2.1 文件描述符 286

11.2.2 系统调用文件I/O 287

11.2.3 C库函数文件I/O 288

11.2.4 函数选择 289

11.2.5 文件属性 289

11.3 目录操作API 291

11.3.1 遍历目录 291

11.3.2 指针定位 291

11.3.3 目录项匹配 291

11.3.4 目录排序 291

11.4 串口通信编程 292

11.4.1 串口简介 292

11.4.2 常用串口 292

11.4.3 串口设备文件 293

11.4.4 打开串口 294

11.4.5 设置串口 294

11.4.6 发送数据 295

11.4.7 接收数据 295

11.4.8 串口与Modem 296

11.5 技能训练 296

11.5.1 文件读写综合实例 296

11.5.2 目录读写综合实例 298

11.6 案例特训-串口转发网络程序 301

11.7 本章小结 303

11.8 课后习题 303

第12章 网络通信编程 305

12.1 基于网络的应用开发 306

12.1.1 网络概述 306

12.1.2 套接字Socket 308

12.1.3 套接字类型 309

12.2 客户机／服务器（Client/Server）模式 309

12.2.1 基于连接的网络通信 310

12.2.2 基于无连接的网络通信 311

12.2.3 基于Socket的API 312

12.3 多路复用编程 314

12.3.1 多路复用 314

12.3.2 select模型 315

12.3.3 pselect模型 315

12.3.4 poll模型 316

12.3.5 epoll模型 316

12.4 技能训练 318

12.4.1 TCP程序实例 318

12.4.2 UDP协议实例 321

12.4.3 select开发实例 325

12.5 案例特训-epoll开发实例 325

12.6 本章小结 325

12.7 课后习题 325

第13章 开源软件移植 327

13.1 开源工程介绍 328

13.1.1 发展历史 328

13.1.2 开源特点 328

13.2 图形用户界面 329

13.2.1 X Window桌面环境 329

13.2.2 Qt与KDE 330

13.2.3 GTK与GNOME 330

13.2.4 MiniGUI 331

13.2.5 Microwindows 331

13.3 网络开源 332

13.3.1 简单网管协议SNMP 332

13.3.2 嵌入式浏览器Konqueror 334

13.3.3 嵌入式Web服务器GoAhead 335

13.3.4 服务器Boa 336

13.3.5 WebKit 336

13.4 数据库 337

13.4.1 MySQL 337

13.4.2 SQLite 337

13.5 多媒体 337

13.5.1 MPlayer 337

13.5.2 FFmpeg 339

13.6 Google-Android系统 340

13.6.1 Android系统介绍 340

13.6.2 Android S3C6410移植 341

13.7 3G移动通信 345

13.7.1 3G移动通信简介 345

13.7.2 会话发起协议SIP 345

13.8 开源软件移植 346

13.8.1 移植简介 346

13.8.2 移植过程 347

13.9 技能训练 347

13.9.1 SQLite移植 347

13.9.2 MPlayer及其移植 348

13.10 案例特训-Android及其移植 348

13.11 本章小结 348

13.12 课后习题 348

第14章 Qt软件设计 349

14.1 Qt及其使用 350

14.1.1 简介 350

14.1.2 程序库 350

14.1.3 界面 351

14.1.4 信号与槽 351

14.1.5 实践-窗口程序 352

14.2 Qt核心技术 352

14.2.1 Qt多线程设计 352

14.2.2 以Qt实现计算器 356

14.2.3 Qt动态曲线程序设计 358

14.2.4 Qt网络编程 359

14.2.5 Qt数据库编程 361

14.2.6 Qt多媒体编程 362

14.2.7 Qt中文显示 363

14.3 Qtopia及其移植 364

14.3.1 简介 364

14.3.2 移植 365

14.4 技能训练 370

14.4.1 FTP应用开发 370

14.4.2 Qtopia移植 371

14.5 案例特训 371

14.5.1 项目背景 371

14.5.2 硬件系统 371

14.5.3 程序设计 372

14.5.4 项目测试 372

14.5.5 项目部署 373

14.5.6 用户手册编写 373

14.6 本章小结 373

14.7 课后习题 373

第四篇 驱动程序篇 377

第15章 驱动基础 377

15.1 设备管理 378

15.1.1 设备文件 379

15.1.2 设备识别 379

15.1.3 设备分类 381

15.1.4 字符设备 382

15.1.5 块设备 383

15.1.6 网络设备 383

15.1.7 总线设备 384

15.2 驱动程序 384

15.2.1 驱动概述 384

15.2.2 接口关系 386

15.2.3 驱动功能 387

15.2.4 驱动特点 387

15.2.5 驱动架构 387

15.3 内核模块LKM 389

15.3.1 LKM概述 389

15.3.2 LKM编程 390

15.4 Linux 2.6驱动模型 391

15.4.1 devfs文件系统 391

15.4.2 sysfs文件系统 392

15.4.3 kobject 393

15.4.4 kset 393

15.4.5 subsystem 394

15.4.6 热插拔的实现 394

15.4.7 设备模型元素 394

15.4.8 Platform总线 396

15.5 系统资源 398

15.5.1 内存 398

15.5.2 IO端口 398

15.5.3 DMA 399

15.5.4 中断 404

15.5.5 时钟 404

15.6 字符设备驱动 405

15.6.1 编写流程 405

15.6.2 设备号 405

15.6.3 注册注销 406

15.6.4 数据结构 406

15.6.5 驱动实例 410

15.7 块设备驱动概述 415

15.7.1 block_device_operations 415

15.7.2 gendisk 415

15.7.3 request 416

15.7.4 bio 417

15.7.5 注册与注销 418

15.7.6 驱动实例 418

15.8 网络设备驱动概述 418

15.8.1 基本结构 418

15.8.2 基本方法 420

15.8.3 数据结构 422

15.8.4 CS8900A驱动实例 427

15.9 USB驱动 431

15.9.1 USB体系介绍 431

15.9.2 USB体系工作流程 432

15.9.3 USB驱动程序框架 432

15.9.4 主机驱动结构 433

15.9.5 Linux环境USB驱动 433

15.9.6 基于USB的WIFI网卡移植 434

15.10 技能训练-Linux 2.6内核模块编程 435

15.11 案例特训 435

15.11.1 Linux 2.6字符设备驱动编程 435

15.11.2 Linux 2.6块设备驱动编程 436

15.11.3 Linux 2.6网络设备驱动编程 436

15.11.4 Linux 2.6环境USB设备驱动编程 436

15.12 本章小结 436

15.13 课后习题 436

第16章 机制与策略 437

16.1 概述 438

16.2 中断 438

16.2.1 中断基础 439

16.2.2 ARM中断 442

16.2.3 处理架构 443

16.2.4 下半部 445

16.2.5 软中断 447

16.2.6 Tasklet 449

16.2.7 工作队列 451

16.3 时钟 452

16.3.1 定时器 452

16.3.2 时钟定时器实现 453

16.3.3 看门狗 455

16.4 并发 456

16.4.1 资源共享规则 456

16.4.2 原子操作 456

16.4.3 信号量 458

16.4.4 互斥量 458

16.4.5 自旋锁 459

16.5 阻塞与非阻塞 461

16.5.1 阻塞与非阻塞 461

16.5.2 等待队列 461

16.5.3 轮询 462

16.6 同步与异步 463

16.6.1 信号 463

16.6.2 AIO 463

16.7 可移植化（Portability） 464

16.7.1 自定义数据类型 464

16.7.2 字节序 466

16.7.3 对齐 466

16.8 技能训练 468

16.8.1 Tasklet实验 468

16.8.2 工作队列实验 469

16.9 案例特训-Linux环境多定时器实现 469

16.10 本章小结 471

16.11 课后习题 471

第17章 驱动实例 473

17.1 驱动程序开发架构 474

17.1.1 需求分析 474

17.1.2 详细设计 474

17.1.3 编码设计 475

17.1.4 调试测试 475

17.1.5 结案与归档 475

17.2 字符设备LED驱动设计实例 475

17.2.1 需求分析 475

17.2.2 详细设计 475

17.2.3 Linux 2.4驱动编码设计 477

17.2.4 Linux 2.6驱动编码设计 480

17.2.5 调试与测试 483

17.2.6 结案与归档 483

17.3 复杂字符设备-触摸屏驱动移植 483

17.3.1 需求分析 483

17.3.2 S3C2410-Linux2.6详细设计 483

17.3.3 调试与测试 485

17.3.4 结案与归档 485

17.4 复杂字符设备-LCD（DMA）驱动分析 485

17.4.1 需求分析 485

17.4.2 S3C6410-Linux2.6-LCD详细设计 486

17.4.3 S3C2440-Linux2.6-LCD详细设计 490

17.4.4 调试与测试 492

17.4.5 结案与归档 492

17.5 块设备开发-NandFlash驱动移植 492

17.5.1 需求分析 492

17.5.2 NandFlash驱动移植 493

17.5.3 Yaffs2文件系统移植 494

17.5.4 调试与测试 495

17.5.5 结案与归档 495

17.6 网络设备开发-CS8900 495

17.6.1 需求分析 495

17.6.2 详细设计 495

17.6.3 调试与测试 499

17.6.4 结案与归档 499

17.7 网络设备开发-DM9000 499

17.7.1 需求分析 499

17.7.2 详细设计 499

17.7.3 调试与测试 500

17.7.4 结案与归档 501

17.8 总线类驱动-USB 501

17.8.1 需求分析 501

17.8.2 详细设计 501

17.8.3 调试与测试 503

17.8.4 结案与归档 503

17.9 技能训练 504

17.9.1 数码管驱动程序移植 504

17.9.2 矩阵键盘中断驱动移植 506

17.9.3 基于Qtopia的驱动测试程序 512

17.10 案例特训-基于QtopiaLCD和触摸屏的驱动移植 514

17.11 本章小结 514

17.12 课后习题 514

第五篇 调试测试篇 517

第18章 调试与测试 517

18.1 调试技术 518

18.2 Bootloader调试 518

18.2.1 硬件调试器 518

18.2.2 点灯 519

18.2.3 串口调试 519

18.3 内核调试技术 519

18.3.1 printk调试技术 520

18.3.2 Kprobe调试技术 520

18.3.3 使用KGDB调试技术 521

18.3.4 KDB调试技术 521

18.3.5 BDI2000仿真器 521

18.4 驱动调试方法 522

18.4.1 通过DEBUG预处理 522

18.4.2 通过／proc系统 522

18.4.3 通过ioctl系统调用 523

18.4.4 通过strace命令 523

18.5 应用调试 524

18.5.1 使用网络文件系统（NFS）简化调试过程 524

18.5.2 多进程的调试方法 525

18.5.3 多线程的调试方法 526

18.5.4 运行时错误检查方法 527

18.5.5 程序性能的改善 527

18.5.6 代码覆盖分析 528

18.5.7 Qt软件测试 528

18.6 测试技术 528

18.6.1 范围 528

18.6.2 工具 529

18.6.3 白盒测试 530

18.6.4 黑盒测试 530

18.6.5 压力测试 531

18.6.6 交叉测试 531

18.6.7 烧入固化测试 531

18.6.8 可靠性评估 531

18.7 技能训练 532

18.7.1 U-Boot调试测试 532

18.7.2 Linux测试举例 534

18.8 案例特训 535

18.8.1 Linux环境多进程调试实例 535

18.8.2 Linux环境多线程调试实例 535

18.9 本章小结 535

18.10 课后习题 535

第19章 基于Modbus的嵌入式工业控制系统设计 539

19.1 项目概述 540

19.2 总体介绍 540

19.2.1 Modbus协议介绍 540

19.2.2 Modbus协议的特点 541

19.3 Modbus协议详细设计 542

19.3.1 Modbus通信模型 542

19.3.2 Modbus查询示意图 543

19.3.3 Modbus的协议模型 543

19.3.4 设计思路及流程 544

19.3.5 Modbus数据帧结构 544

19.3.6 Win32环境服务端重要代码 545

19.3.7 程序运行结果 547

19.4 嵌入式ARM Linux环境移植 547

19.4.1 Linux环境重要的代码 548

19.4.2 交叉编译环境构建 549

19.4.3 嵌入式ARM Linux开发板介绍 550

19.4.4 嵌入式ARM Linux开发板移植 551

19.5 程序调试测试 552

19.5.1 Windows环境调试 552

19.5.2 Linux环境调测 553

19.5.3 嵌入式ARMLinux开发板测试 555

19.6 本章小结 556

19.7 课后习题 556