【linux】正点原子linux教程学习

  最近看了正点原子的linux教学视频，感觉讲的挺不错，简单来整理一下，对此有个印象。

一、裸机代码

  视频教程中讲了nxp的imx6ull的soc（原来的freescale下面的产品，后来被nxp收购了，该soc使用的时arm内核，arm v7架构，最高主频800mhz，目前公司使用的nova的cpu也是完全相同的架构，最高主频900mhz，感觉相差不多）。
  这个系列的视频教程讲的比较详细，讲了芯片如何跑起来的很多相关的知识：

• 链接地址：gcc链接时可以选择链接地址，链接地址可以在gcc的命令中给出，也可以在链接脚本.lds文件中给出。这样就可以在编译时设置，入口代码的地址。这让我会想起以前看编译原理的.o文件时可重定向的文件（应该就是地址无关代码），而链接好之后就是地址有关的代码了，应该必须放在链接时规定好的地址区域才能运行。正点原子在imx6ull裸机中设置的代码入口地址是0x87800000，说是因为u-boot的链接起始地址也是这个。
• c语言环境的配置：使用c语言函数时，需要使用堆栈，使用cpu的sp寄存器。所以在执行c语言函数时，是需要设置sp寄存器（堆栈指针）的值，这样也就设置了栈底的地址，就可以使用c的堆栈了。因为c语言跑起来需要sp寄存器被设置。所以cpu跑的第一段代码肯定是汇编写的。所以上面的代码入口地址的代码时汇编代码。
• bootrom：soc开发商有时候没有内部flash，不像stm32那样，从内部flash启动代码。这个imx6ull就是最先得启动nxp厂商在内部rom放置得代码，这块rom区域用户无法使用。rom中得代码就做了一些初始化得工作，比如：初始化ddr（这些soc的代码在ddr中运行，而不是像stm32那样）。（原子教程说不是所有得soc厂商都会在bootrom里面初始化ddr，如果厂商没有在bootrom中做初始化，就需要自己在汇编代码中做相关得初始化工作）
• 选择启动设备： imx6ull可以设置从什么地方启动，可以让用户选择 从哪个设备启动：sd卡，emmc，nand等，这个好像stm32也可以设置。这里首先设置从内部rom启动，这也就是执行bootrom里面的代码，然后bootrom会从sd卡，emmc等设备获取头部信息，做一些初始化工作：初始化ddr等，并将bin文件拷贝到指定的地方：链接起始地址。
• 汇编代码： 汇编代码就是从bootrom里面跑完的第一段代码，正点原子的是放置在0x87800000。里面主要定义了中断向量表，中断处理函数等。这里面的内容跟stm32项目里面的汇编启动代码是很像的。只不过stm32的是soc厂商st帮着写了启动汇编文件，imx6ull的需要自己写启动汇编文件（bootrom里面并没有写中断向量表相关的内容）。中断向量表的第一个中断向量是reset复位中断，执行到这个就会转到复位中断处理函数，复位中断处理函数也在启动汇编文件中实现，里面会做一些初始化配置工作，可能还会调用类似c函数systeminit函数去做一些系统配置工作，最后该函数会调用主函数main。但是这里在主函数中才调用一些函数做中断相关的配置：使能中断，配置中断优先级等。这里就是在配置中断之前就已经使用了复位中断的函数，这里感觉是因为复位中断向量放在向量表的第一个，所以会最先走到这块，然后会跳转到复位中断处理函数。（处理器里面有硬件逻辑会使发生中断后跳转的对应的中断表，然后跳转到对应的中断处理函数，这就需要看cortex架构相关东西了)，在Ubuntu下编译arm的工程，要使用交叉编译器。
    小结： 看了这系列的裸机视频之后，更理解cpu的运行流程了，感觉stm32的启动汇编代码也不是完全看不懂了。尤其是看了imx6ull的复杂，感觉stm32真是相对简单许多，即使使用寄存器函数，不使用库函数也行了。

二、嵌入式linux

linux移植三大部分

• uboot
• linux内核（包含设备树）
• 根文件系统

u-boot

• 要熟悉整个u-boot的工程目录，怎么编译，配置， 查看顶层的Makefile，但是这好像非常复杂，所以怎么配置，编译，移植u-boot也是比较有难度。
• u-boot是开源的，可以从官网获得最原始的u-boot，但是一般soc厂家会对最原始的u-boot进行修改以适配自己的芯片和板子，然后使用soc的开发板厂商会进一步进行修改以适配自己的外设。所以是：原始u-boot–》soc厂商的u-boot–》板子厂商的u-boot。
• 用于启动linux，可以烧写在板子上直接跑起来。相当于一个大型的裸机程序。
• 里面驱动什么也都很全，网络驱动等都有，u-boot的命令非常多，且很全面，各种内存操作，网络操作，启动内核操作等都有，据说掌握u-boot的命令对linux的开发非常重要。
• 正点原子通常利用u-boot的网络功能：nfs功能（网络文件系统），将系统镜像zImge什么的从利用u-boot的网络功能拷贝到内存中启动。

linux内核

• 要熟悉整个linux内核的工程目录，怎么编译，配置， 查看顶层的Makefile，但是这好像更加复杂（据说u-boot的工程项目很多都参考了linux的项目，所以两者的的makefile，配置什么的都很相似），所以怎么配置，编译，移植linux内核也是比较有难度。
• 设备树：貌似是为了方便驱动开发而整出来的东西，也需要编译设备树什么的，现在不太懂。
• 只有linux内核，系统跑不起来，需要根文件系统。通常系统的内核并不大，zImage，或者uImage也就几M，根文件系统就大得多。
  
• 上图中的nove的项目中的linux内核镜像uImage就只有11M,而根文件系统rootfs.img 就有80M。
• 并且内核的大半还都是驱动。

根文件系统

• 根文件系统就是linux里面根目录里面的那些文件，那些文件在移植linux系统的时候也要配置移植的，包含各种bin文件（编译好的软件），库文件，配置文件等等。是linux运行的基础。
• 配置根文件系统也有很多种工具，用于生产那些可用的bin文件：ls，cat等常用的命令的实现文件等。
• 由于根文件系统比较大，也可以利用Ubuntu做nfs服务器，将板子的根文件系统不放在板子中，直接放在ubuntu下，免得调试的时候老要反复烧写，方便开发。
• busybox，用于编译生成根文件系统，

BusyBox 是一个集成了三百多个最常用Linux命令和工具的软件。BusyBox
包含了一些简单的工具，例如ls、cat和echo等等，还包含了一些更大、更复杂的工具，例grep、find、mount以及telnet。有些人将
BusyBox 称为 Linux 工具里的瑞士军刀。简单的说BusyBox就好像是个大工具箱，它集成压缩了 Linux
的许多工具和命令，也包含了 Android 系统的自带的shell。

根据以上百度内容可以知道，busybox应该是拥有许多linux小程序源码的工程，可以编译成linux所需的小工具的可执行文件，根据正点原子的后面还有添加库文件的操作，busybox应该不包括linux系统里面的库文件。

三、linux驱动开发

• Linux驱动分三类：字符设备，块设备，网络设备。

• linux的用户空间（用户态）和内核空间（内核态）
  kernel和驱动程序再内核空间跑，应用程序在用户空间跑。为了安全性的设置，用户空间程序会受限，暂时不去深究，要了解详细的内容可以百度去看。
  应用程序要访问内核资源怎么办？三种方法：系统调用，异常（中断）和陷入。
  系统调用：
  应用程序不直接调用系统调用，而是通过库API函数来间接调用系统调用，比如POSIX,API和c库，printf就是c库里面的函数，它里面实现的细节就调用了系统调用。

• linux驱动可以编译到内核中，zImage；也可以编译成模块，.ko文件。