作為一個新人，怎樣學習嵌入式Linux

作為一個新人，怎樣學習嵌入式Linux？被問過太多次，特寫這篇文章來回答一下。

在學習嵌入式Linux之前，肯定要有C語言基礎。彙編基礎有沒有無所謂(就那麼幾條彙編指令，用到了一看就會)。C語言要學到什麼程度呢？越熟當然越好，不熟的話也要具備基本技能。比如寫一個陣列排序、輸入數字求和什麼的。學C語言唯一的方法是多寫程式多練習，編譯出錯沒關係，自己去解決；執行出錯沒關係，自己去分析。以前我是用VC來練習C語言的，經常去嘗試著寫一些C語言競賽的題目。它們是純C、純數學、純邏輯的題目，不涉及介面這些東西，很適合煅煉你的程式設計能力。

    

回到主題，首先我們要明白你的目的是什麼，大概來說所謂嵌入式Linux可以分為兩部分：底層系統、應用開發。如果你是想做應用開發，那麼你去把C語言、資料結構、JAVA什麼的學好吧。嵌入式應用開發和PC上的應用開發並沒有什麼特別要注意的。也許你說在嵌入式上要做些最佳化，是的，要最佳化，但是未經最佳化的程式和PC上的程式開發沒什麼差別。另外，當你有能力去最佳化時，你已經不用來問這個問題了。具體到某個例子，比如說開發介面，在PC上我們用VC；在嵌入式Linux裡也許我們用QT也許用Android，這個時候你應該去學學QT、Android的程式設計。但是基礎還是C或JAVA，在此基礎上去熟悉它們的介面。你學過VC的話，也是要花時間去了解那些類、控制元件的。

  

如果你的目的是想學習底層系統，這是我的專長，倒是可以說一點。

在回答這個問題之前，我先回答：不少人問我，到底是學驅動還是學應用？ 

我只能說憑興趣，並且驅動和應用並不是截然分開的 

1. 我們說的驅動，其實並不侷限於硬體的操作，還有作業系統的原理、程式的休眠喚醒排程等概念。 想寫出一個好的應用，想比較好的解決應用碰到的問題，這些知識你應該懂 

2. 做應用門檻低，特別是現在的ANDROID，純JAVA。做應用的發展路徑個人認為就是業務純熟。比如在通訊行業、IPTV行業、手機行業，你瞭解行業的需求。所以，當領導的人，多是做應用的。

3. 做驅動，其實我不想稱為“做驅動”，而是想稱為“做底層系統”，做好了這是通殺各行業。我工作幾年，做過手機、IPTV、會議電視，但是這些產品對我毫無差別，因為我只做底層。他們的業務跟我沒關係。當應用出現問題，他們解決不了時，我就會從核心角度給他們出主意，給他們提供工具。 做底層的發展方向，個人認為是技術專家。 

4. 其實，做底層還是做應用，之間並沒有一個界線，有底層經驗，再去做應用，你會感覺很踏實。有了業務經驗，你再瞭解一下底層，很快就可以組成一個團隊。 

   

回到怎麼學的問題上。嵌入式Linux底層系統包含哪些東西？不要急，舉一個例子你就知道了。

1. 電腦一開機，那些介面是誰顯示的？是BIOS，它做什麼？一些自檢，然後從硬碟上讀入windows，並啟動它。類似的，這個BIOS對應於嵌入式Linux裡的bootloader。這個bootloader要去Flash上讀入Linux核心，並啟動它。

2. 啟動windows的目的是什麼？當然是上網聊天什麼的了。這些上網、聊天工具在哪？

在C盤、D盤上。所以, windows要先識別出C盤、D盤。在Linux下我們稱為根檔案系統。

3. windows能識別出C盤、D盤，那麼肯定能讀寫硬碟才行。這涉及的東西稱為驅動程式。當然不僅僅是硬碟，還有網路卡、USB等等。

嵌入式Linux能從Flash上讀出並執行應用程式，肯定也得有Flash的驅動程式啊，當然也不僅僅是Flash。

      

   先說到這裡吧，嵌入式LINUX裡含有bootloader, 核心, 驅動程式、根檔案系統這4大塊。

 

一、bootloader：

    它就是一個稍微複雜的裸板程式。但是要把這裸板程式看懂寫好一點都不容易。Windows下好用的工具弱化了我們的程式設計能力。

 

很多人一玩嵌入式就用ADS、KEIL。你能回答這幾個問題嗎？

1. 一上電，CPU從哪裡取指令執行？

   答：一般從Flash上指令。

2. 但是Flash一般是隻能讀不能直接寫的，如果我用到全域性變數，這些全域性變數在哪裡？

   答：全域性變數應該在記憶體裡

3. 那麼誰把全域性變數放到記憶體裡去？

   答：長期用ADS、KEIL的朋友，你能回答嗎？這需要"重定位"。在ADS或KEIL裡，重定位的程式碼是製作這些工具的公司幫你寫好了。

 你可曾去閱讀過？

4. 記憶體那麼大，我怎麼知道把"原來存在Flash上的內容"讀到記憶體的"哪個地址去"？

   答：這個地址用"連結指令碼"決定，在ADS裡有scatter檔案，KEIL裡也有類似的檔案。但是，你去研究過嗎？

5. 你說重定位是把程式從Flash複製到記憶體，那麼這個程式可以讀Flash啊？

   答：是的，要能操作Flash。當然不僅僅是這些，還有設定時鐘讓系統執行得更快等等。

   

先自問自答到這裡吧，bootloader這一個裸板程式，其實有3部分要點：

1. 對硬體的操作

2. 對ARM體系處理器的瞭解

3. 程式的基本概念：重定位、棧、程式碼段資料段BSS段什麼的。

   

 對硬體的操作，需要看原理圖、晶片手冊。這需要一定的硬體知識，不求你能設計硬體，但是至少能看懂; 不求能看懂類比電路，但是要能看懂數位電路。這方面的能力我是在學校裡學到的，微機原理、數位電路這2本書(書名忘了)就足夠了。但是我懷疑你有無耐心把這2本書看完。我不知道現在有沒有更快捷的書。想速成的話，就先放掉這塊吧，不懂就問GOOGLE、發貼。

另外，晶片手冊是肯定要讀的，別去找中文的，就看英文的。開始是非常痛苦，以後就會發現那些語法、詞彙一旦熟悉後，讀任何晶片手冊都很容易。對ARM體系處理器的瞭解, 看杜春蕾的<ARM體系架構與程式設計>吧，裡面講有彙編指令，有異常模式、MMU等。也就這3塊內容需要你瞭解。

程式的基本概念，王道當然是去看編譯原理了。可惜，這類書絕對是天書級別的。勸你若非超級天才還是別去看了。就看我寫的<嵌入式Linux應用開發完全手冊>和第1期影片吧，別擔心，不用花錢。照著影片把硬體相關的實驗做了，這些概念就清楚了。我還沒有

發現第2套講這些概念的書或影片，允許我盲目吹噓一回。

對於bootloader，我學習時是先看了<ARM體系架構與程式設計>，然後自己寫程式把各個硬體的實驗都做了一遍，比如GPIO、時鐘、SDRAM、UART、NAND。把它們都弄清楚了，組臺在一起就很容易看懂u-boot了

總結一下，看懂硬體原理圖、看晶片手冊，這需要你自己去找資料。剩下的，就按<嵌入式Linux應用開發完全手冊>和第1期影片的章節目錄去學習吧。

 

二、核心：

 

 

 

想速成的人，先跨過核心的學習，直接學習怎麼寫驅動。

想成為高手，核心必須深刻了解。注意，我說的是瞭解，我沒奢望去寫出一個核心。

要對裡面的排程機制、記憶體管理機制、檔案管理機制等等有所瞭解。

推薦兩本書：

1. 通讀<linux核心完全註釋>,請看薄的那本(浮燥的社會講求速度, 呵), 

2. 選讀<Linux核心情景分析>, 想了解哪一塊就讀哪一節

 

 

 

三、驅動：

 

驅動包含兩部分：硬體本身的操作、驅動程式的框架。

又是硬體，還是要看得懂原理圖、讀得懂晶片手冊，多練吧。

說到驅動框架，有一些書介紹一下。LDD3,即<Linux裝置驅動>，老外寫的那本，裡面介紹了不少概念，值得一讀。但是，它的作用也就限於介紹概念了。我基本上是入門之前用它來熟悉一下概念，入門後就扔掉了。

 

 

驅動方面比較全的介紹，應該是宋寶華的<linux裝置驅動開發詳解>了，老實說我只看過目錄，有不少人說好，這裡推薦一下。要想深入瞭解某一塊，<Linux核心情景分析>絕對是超5星級推薦。你別指望把它讀完，1800多頁，上下兩冊呢。我是某一塊不清楚時，就去翻一下它。任何一部分，這書都可以講上2、3百頁，非常詳細。並且是以某個目標來帶你分析核心原始碼。它以linux 2.4為例，但是原理相通，同樣適用於其它版本的linux。

還有沒有其他介紹？呵呵，當然有了，韋東山Linux影片第2期。<嵌入式Linux應用開發完全手冊>裡對驅動講得不多，不夠深入。於是我錄製了這期影片。不僅僅教你怎麼寫怎麼改驅動，還教你為什麼這樣寫這樣改驅動。

每一個驅動都是現場編寫: 

1. 用繪圖板畫圖講解──相當於學校里老師在黑板上畫圖講解，很直觀

   絕對不是對著PPT念。

2. 用source insight當場寫程式，從第1行開始寫，每一課都是這樣。我講了20多個驅動，就寫了20多個程式。

3. 寫完就編譯、測試。

4. 很全面，字元裝置驅動、塊裝置、網路卡驅動3大類齊全，硬體介紹、驅動框架分析、測試3大類齊全。

培訓機構裡教的內容，遠不及這期影片豐富。我在多個培訓機構講過課，從沒看到哪個老師敢每一課都當場講解當場編寫程式碼，當場測試，除我之外！也沒看到哪個培訓機構講完這些內容──因為時間不夠，講完起碼要一個月，但是這部分基本只有2周授課時間。

把你手上的開發板所涉及的硬體，都去嘗試寫一個驅動吧。有問題就先"痛苦地思考"，思考的過程中你會把很多不相關的知識串聯起來，最終貫通。

 

四、根檔案系統：

 

 

 

大家有沒有想過這2個問題：

1. 對於Linux做出來的產品，有些用作監控、有些做手機、有些做平板。那麼核心啟動後，掛載根檔案系統後，應該啟動哪一個應用程式呢？

 答：核心不知道也不管應該啟動哪一個使用者程式。它只啟動init這一個應用程式，它對應/sbin/init。

 顯然，這個應用程式就要讀取配置檔案，根據配置檔案去啟動使用者程式(監控、手冊介面、平板介面等等)

 這個問題提示我們，檔案系統的內容是有一些約定的，比如要有/sbin/init，要有配置檔案

2. 你寫的hello,world程式，有沒有想過裡面用到的printf是誰實現的？

   答：這個函式不是你實現的，是庫函式實現的。它執行時，得找到庫。

 這個問題提示我們，檔案系統裡還要有庫。

       

 簡單的自問自答到這裡，要想深入瞭解，可以看一下busybox的init.c，就可以知道init程式做的事情了。

 當然，也可以看<嵌入式Linux應用開發完全手冊>裡構建根檔案系統那章。

 

 

 

說一下我的學習經歷吧。

 

1. 我在學校時讀的是物理電子專業，其實課程裡沒有教怎麼設計電路，只是教了些電子電路方面的知識。PCB的設計是在實驗室裡自學的，只設計過2層板，現在忘記得差不多了。但是保留了看原理圖、看晶片手冊的能力。

2. 選修了軟體學位，對軟體設計挺感興趣，但是也只是學了C語言、資料庫而已。憑著興趣做了不少競賽題。沒能力去參加競賽，但是把C語言練得很紮實。

3. 在實驗室、在第1家公司，就是設計些簡單的PCI卡，寫一下windows的驅動程式

4. 在第2家公司，用51微控制器做車載電話，開始走上純軟體的道路。

5. 開始感到微控制器的不足，辭職半年閉門學Linux，從red hat怎麼操作開始。步驟就是先看<ARM體系架構與程式設計>，再自己寫裸板程式操作硬體，接著到分析u-boot。同時看<linux核心完全註釋>，對LINUX框架有所瞭解。在寫裸板時，建議各位加強對中斷的理解，核心就是用中斷來完成各種功能的。

6. 分析完u-boot，就開始進行簡單的驅動程式設計了，這時候，能力還很弱。

7. 開始去中興上班，工作2年，編寫各類驅動、解決各類問題(驅動問題、幫助定位應用問題)，能力得到煅煉。

    

 

    總結一下：

1. 硬體方面的書: 微機原理、數位電路，高校裡的教材。畢業多年，忘名了。

2. Linux方面的書：

    <ARM體系架構與程式設計>

    <嵌入式Linux應用開發完全手冊>

    <Linux裝置驅動>，老外寫的那本

    <linux裝置驅動開發詳解>

    <linux核心完全註釋>

    <Linux核心情景分析>