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ARM嵌入式Linux系统开发技术详解

原创 Linux操作系统 作者:broadviewbj 时间:2008-11-10 09:06:32 0 删除 编辑


【书名】ARM嵌入式Linux系统开发技术详解
【作者】杨水清  张 剑  施云飞  等编著
【ISBN】978-7-121-07469-1
【出版社】电子工业出版社
【出版日期】2008年11月
【宣传语】
继《Windows驱动开发技术详解》之后又一本心血力作!
原创经典,嵌入式系统一线工程师倾力打造。
深入Linux系统底层和内核,透析ARM嵌入式Linux系统开发的本质。
通过嵌入式系统开发实例,归纳ARM嵌入式Linux系统开发的整个过程。
【内容简介】
本书由浅入深、通俗易懂地讲解了嵌入式Linux的系统设计与开发。全书共25章,从嵌入式处理器ARM开始,讲解了ARM处理器的资源、ARM的指令集、ADS开发工具、嵌入式系统硬件环境的构建、Boot Loader、Linux内核移植、嵌入式文件系统、嵌入式Linux多任务程序开发、嵌入式Linux设备驱动开发、嵌入式Linux网络程序开发、MiniGUI图形界面开发、设备驱动开发案例、综合案例等内容。书中通过大量的例程来讲解知识要点,并提供了大量极有参考价值的开发案例,读者可以通过这些例程和开发案例对嵌入式Linux开发有一个系统的学习和提高。
本书共有四个方面的内容。在嵌入式系统的硬件结构中讲述了嵌入式处理器ARM的特点、嵌入式系统硬件环境的构建和ADS开发工具的使用。在嵌入式Linux系统移植中讲述了目标板软件环境的构建,主要包括Boot Loader、Linux内核、文件系统以及交叉开发环境的构建。在嵌入式Linux软件开发中讲述了嵌入式Linux C语言开发工具的使用、标准库的使用、多任务开发基础和设备驱动开发基础。在嵌入式应用系统实例分析中讲述了嵌入式Linux的网络程序开发、MiniGUI图形界面开发、CAN总线设备驱动设计、DM9000网络驱动设计、SD卡驱动设计和嵌入式B超系统设计。
本书语言通俗易懂,内容丰富,注重理解与实例,知识涵盖面广。非常适合从事嵌入式Linux系统开发的初级工程师、高校学生、Linux程序开发人员阅读和学习。
【前言】
你想知道手中的MP4由什么组成吗?
你想亲手制作一个电子相框吗?
你想深入研究操作系统内核,学习编写驱动程序吗?
你想为嵌入式系统设计功能强大的图形界面吗?
你想知道一个真实的嵌入式系统是如何从无到有建立起来的吗?
本书将从作者亲身开发的经验带给你详细实用的解答!
嵌入式Linux开发的前景
嵌入式产业发展迅猛,已成为计算机体系的重要组成部分。嵌入式系统产品正不断渗透各个行业,其产业增幅也不断加大。在计算机后PC技术时代,嵌入式系统将拥有最大的市场。任何一个普通人都可以拥有从小到大的各种使用嵌入式技术的电子产品,小到手机、MP3等,大到智能家电、车载电子设备等。在工业和服务领域中,使用了嵌入式技术的数字机床、工业机器人、安全系统等也在逐渐改变传统工业和服务方式。正是因为有如此大的需求,所以促使笔者结合多年的开发经验,编写了本书。
本书特点
1.注重读者的学习与接受情况:在嵌入式Linux系统下进行开发,一个很大的困难就是各种工具纷繁复杂,不知从何入手。本书在每个部分都安排了一章,引导读者一步一步熟悉各种开发工具和环境,使读者首先建立起感性认识,为进一步深入学习打下基础。
2.代码注释规范细致:为了便于读者学习,在实例代码中,进行了非常详细的注释。这些注释可以引导读者理解和掌握编写程序的关键过程。例如下面的代码,是C语言标准库章节中的实例。在实例中,对代码的文件名、代码的作用和重要函数的功能提示,都体现在了代码注释中。
/**********************************************************************************/
/*文件:program_16_3.c                                     */
/*简介:将字符串a,b,c分别采用10,2,16进制转换成数字             */
/**********************************************************************************/
#include
#include

int main()
{
    char *a="1000000000";
    char *b="1000000000";
    char *c="ffff";
    /*将字符串a采用10进制转换成数字*/
    printf("a=%d\n",strtol(a,NULL,0));
    /*将字符串b采用2进制转换成数字*/
    printf("b=%d\n",strtol(b,NULL,2));
    /*将字符串c采用16进制转换成数字*/
    printf("c=%d\n",strtol(c,NULL,16));
    return 0;
}
3.Eclipse集成开发环境:长期以来Linux开发没有统一的开发平台,大多数的开发者都直接使用VI、GCC等命令行工具,这样其实不利于大型项目的开发,这也是很多开发者感到遗憾的地方。笔者经过多年的比较,引入了Eclipse作为进行嵌入式Linux开发的集成开发环境,取得了很好的效果,因此把它介绍给读者。
4.起点高、内容新:市场上大多介绍嵌入式Linux开发的同类书籍都是基于Linux 2.4内核的,现在2.6版本的内核已经十分成熟了,取代2.4版本的内核指日可待。而且,与之配套的还需要基于2.6内核的Linux开发平台。因此笔者选择了基于2.6内核的Ubuntu系统、arm-linux-gcc 3.4作为开发平台(如下图所示),介绍给读者,帮助读者抢占嵌入式Linux开发领域的制高点。

5.内容深入:本书在注重基础和实际的同时,注重知识的扩充。设备驱动开发、网络程序设计和图形界面编程是在实际中应用极为广泛的内容,本书中对这些知识的讲述可以使读者对嵌入式Linux系统的开发有一个从书本到实践的本质上的提高。
本书适合的读者
嵌入式Linux开发入门者;
高校计算机、电子专业学生;
高校毕业设计的学生;
嵌入式Linux爱好者;
嵌入式Linux相关学习和研究的研究生;
嵌入式Linux程序员。
致谢
感谢吴伟的通力合作,精心撰写了第11章、第15章和第19章。
感谢我们的家人(唐颖、俞秋华),是你们的支持使我们坚持写完本书。
感谢所有开放源码软件和开发文档的作者们。
编  者  
【目录】           
第1章  嵌入式系统概述    1
本章介绍了嵌入式系统的一些基础知识,解释了什么是嵌入式系统、嵌入式系统中的处理器以及嵌入式系统中的软件系统。在学习了本章的内容以后,读者会对嵌入式系统有个整体的印象。本章将读者引入嵌入式系统开发的大门,从下一章开始,将逐步学习嵌入式系统的开发过程。
1.1  嵌入式系统简介    1
1.1.1  嵌入式系统    1
1.1.2  嵌入式系统的特点    2
1.1.3  嵌入式系统的发展趋势    2
1.2  嵌入式系统中的处理器    4
1.2.1  微处理器    4
1.2.2  微控制器    4
1.2.3  数字信号处理器    5
1.2.4  嵌入式片上系统    5
1.3  嵌入式系统中的软件系统    5
1.3.1  嵌入式系统中的软件系统    5
1.3.2  嵌入式系统软件开发的一般过程    6
1.3.3  嵌入式应用程序的开发    6
1.4  本章小结    6
第2章  快速体验——目标板    7
本章首先介绍了目标板的结构,然后带着读者对该目标板做了一番初次体验。包括软件的安装和简单使用,以及在Linux下体验Telnet和ftp命令。希望通过本章的讲解,使读者对嵌入式系统开发有一个初步的、感性的认识。
2.1  目标板结构    7
2.2  ARM初体验    8
2.2.1  测试ARM处理器    8
2.2.2  安装ADS 1.2    9
2.2.3  安装Multi-ICE和配置AXD    10
2.2.4  ADS的简单使用    12
2.2.5  使用Telnet和ftp    15
2.3  本章小结    16
第3章  ARM的内部资源    17
本章对S3C2440嵌入式处理器片内资源的基本特性及功能进行了简单的描述,希望读者通过对本章的阅读,能对S3C2440嵌入式处理器的片内资源有一个比较全面的了解和掌握,但在此处不过于深入讨论每一个功能模块的具体细节。如果读者有兴趣对S3C2440的各个功能模块进行详细的了解,可以参考相关用户手册。
3.1  S3C2440微处理器    17
3.1.1  主要结构    17
3.1.2  片内资源    18
3.1.3  体系结构    18
3.2  S3C2440存储器映射    18
3.2.1  bank0总线宽度    18
3.2.2  nWAIT引脚的作用    19
3.2.3  nXBREQ/nXBACK引脚操作    19
3.3  S3C2440内部资源详解    20
3.3.1  Cache高速缓存    20
3.3.2  时钟和电源管理    20
3.3.3  中断控制器    22
3.3.4  脉冲带宽调制定时器(PWM)    23
3.3.5  实时时钟(RTC)    23
3.3.6  通用I/O端口    24
3.3.7  LCD控制器    24
3.3.8  UART控制器    25
3.3.9  A/D转换和触摸屏接口    25
3.3.10  看门狗定时器    26
3.3.11  IIC总线接口    26
3.3.12  AC97音频解码器接口    27
3.3.13  USB设备控制器    27
3.3.14  SD接口    27
3.3.15  SPI接口    28
3.3.16  相机接口    28
3.3.17  工作电压    29
3.4  本章小结    29
第4章  熟悉ARM处理器    30
本章首先介绍了ARM公司的历史,并列出了目前使用比较流行的ARM处理器系列,读者可以根据不同的需要做出自己的选择。接下来详细介绍了ARM的指令集。希望读者通过本章的学习,能对ARM处理器有一个大体的认识,熟悉ARM的指令集并在实际开发中学习和应用。
4.1  为什么用ARM    30
4.2  ARM公司简介    30
4.3  ARM微处理器系列    30
4.3.1  ARM7微处理器    30
4.3.2  ARM9微处理器    31
4.3.3  ARM10微处理器    31
4.3.4  ARM11微处理器    32
4.4  ARM微处理器的结构    32
4.4.1  体系结构    32
4.4.2  寄存器结构    33
4.4.3  指令结构    33
4.5  ARM微处理器的选择    33
4.5.1  内核的选择    33
4.5.2  工作频率的选择    33
4.5.3  芯片内存储器的选择    33
4.5.4  片内外围电路的选择    34
4.6  ARM的指令集概述    34
4.6.1  ARM微处理器的指令分类和格式    34
4.6.2  指令的条件域    35
4.7  ARM指令的寻址方式    36
4.7.1  立即寻址    36
4.7.2  寄存器寻址    36
4.7.3  寄存器间接寻址    36
4.7.4  基址变址寻址    36
4.7.5  多寄存器寻址    37
4.7.6  相对寻址    37
4.7.7  堆栈寻址    37
4.8  ARM指令集详解    37
4.8.1  跳转指令    38
4.8.2  数据处理指令    38
4.8.3  乘法指令与乘加指令    42
4.8.4  程序状态寄存器访问指令    44
4.8.5  加载/存储指令    45
4.8.6  批量数据加载/存储指令    47
4.8.7  数据交换指令    47
4.8.8  移位指令    48
4.8.9  协处理器指令    49
4.8.10  异常产生指令    51
4.9  本章小结    51
第5章  熟悉ADS集成开发环境    52
本章介绍了ADS集成开发环境。通过具体的例子,展示了ADS的使用过程和主要功能。希望读者通过本章的学习,能够初步学会使用ADS,帮助自己学习和开发ARM系统。
5.1  命令行开发工具    52
5.1.1  armcc介绍    52
5.1.2  armcc用法详解    53
5.1.3  armlink介绍    54
5.1.4  armlink用法详解    54
5.1.5  ARM运行时库    54
5.1.6  CodeWarrior集成开发环境    55
5.1.7  ADS调试器    56
5.1.8  实用程序    57
5.1.9  支持的软件    57
5.2  使用ADS创建工程    57
5.2.1  建立一个工程    58
5.2.2  编译和链接工程    60
5.2.3  target设置选项    60
5.2.4  Language Settings    61
5.2.5  Linker设置    62
5.2.6  ARM fromELF工具    63
5.2.7  命令行下编译工程    64
5.3  使用AXD调试代码    65
5.3.1  打开调试文件    65
5.3.2  查看存储器内容    65
5.3.3  设置断点    66
5.3.4  查看变量值    67
5.4  本章小结    67
第6章  ARM的外部电路    68
本章详细介绍了基于S3C2440处理器的基本应用电路图。这些电路在S3C2440微处理器的系统设计中会经常使用到,读者也可以根据自身的实际需求,做必要的修改。
6.1  核心板电路    68
6.1.1  晶振电路    68
6.1.2  复位电路    69
6.1.3  启动配置电路    69
6.1.4  FLASH接口    69
6.1.5  SDRAM接口    70
6.2  底板电路    73
6.2.1  电源电路    73
6.2.2  串口电路    74
6.2.3  USB接口    74
6.2.4  以太网接口    76
6.2.5  JTAG调试接口    76
6.2.6  音频接口    76
6.2.7  LCD接口    77
6.2.8  SD卡接口    78
6.3  本章小结    79
第7章  嵌入式操作系统概述    80
本章从操作系统的一般特性讲起,介绍了操作系统的进程管理、存储管理、文件管理和设备管理等基本功能。然后对嵌入式操作系统与一般操作系统的特性进行了区别,介绍了嵌入式操作系统的特点、发展和分类。最后介绍了目前常见的一些嵌入式操作系统及它们的特点和主要的应用领域。
7.1  操作系统的结构和功能    80
7.2  进程管理    81
7.2.1  进程的描述    82
7.2.2  进程的调度    82
7.3  存储管理    83
7.3.1  存储器的体系结构    83
7.3.2  内存管理的基本概念    84
7.3.3  连续分配存储管理方式    84
7.3.4  页式存储管理方式    86
7.4  文件管理    87
7.4.1  文件    88
7.4.2  目录    89
7.4.3  EXT2文件系统    89
7.5  设备管理    92
7.5.1  设备的分类    92
7.5.2  数据传输控制方式    93
7.5.3  中断处理    93
7.5.4  设备驱动程序    94
7.6  嵌入式操作系统的特点    95
7.6.1  嵌入式操作系统的发展    95
7.6.2  嵌入式操作系统的优势    96
7.6.3  嵌入式操作系统的分类    96
7.7  常见的嵌入式操作系统    97
7.7.1  VxWorks    97
7.7.2  pSOS    97
7.7.3  Palm OS    98
7.7.4  QNX    98
7.7.5  Windows CE    99
7.7.6  μC/OS-II    100
7.7.7  嵌入式Linux    100
7.8  本章小结    101
第8章  快速体验——构建开发环境    102
本章主要介绍了嵌入式开发环境的构建过程,首先对交叉开发的概念进行了介绍,说明了在嵌入式系统的开发中采用交叉开发的原因。然后分别介绍了主机环境和目标板系统环境的构建过程,同时对这两个环境的连接方式也做了简要的介绍。
最后介绍了目标板系统的三个主要方面:Bootloader、Kernel和根文件系统,说明了它们的作用和构建方法,同时举例说明了一些常用配置的配置方法。
8.1  交叉开发环境介绍    102
8.2  主机与目标板的连接方式    103
8.2.1  串口通信接口    103
8.2.2  以太网接口    104
8.2.3  USB接口    104
8.2.4  JTAG接口    105
8.3  建立主机开发环境    105
8.3.1  Ubuntu 6.06的安装    105
8.3.2  Minicom的安装配置    107
8.3.3  Tftp服务的安装配置    109
8.3.4  NFS的安装配置    110
8.3.5  建立交叉工具链    112
8.4  启动目标板系统    116
8.4.1  Bootloader和Kernel    117
8.4.2  根文件系统    118
8.5  本章小结    119
第9章  Linux使用基础    120
Linux的命令行博大精深,有数不清的内容等待读者去探索。本章仅就一些最基本的知识做了最简要的介绍。另外由于Linux中的命令非常多,要全部介绍也是几乎不可能的。因此,本章按照命令的用途进行了分类讲解,力求举一反三。通过本章的介绍,相信读者可以很快地掌握Linux命令行的基本操作,并熟练掌握常用的命令。
9.1  Linux的基本概念    120
9.1.1  文件    120
9.1.2  目录    120
9.1.3  分区    121
9.1.4  挂载    122
9.1.5  用户系统    122
9.1.6  用户权限    122
9.1.7  shell    123
9.1.8  环境变量    124
9.2  Linux的命令行    124
9.2.1  执行命令    124
9.2.2  参数    125
9.2.3  重定向符号    125
9.2.4  获取帮助    125
9.3  Linux的常用命令    127
9.3.1  文件管理    127
9.3.2  内容管理    130
9.3.3  权限管理    131
9.3.4  备份压缩    132
9.3.5  系统设置    133
9.3.6  进程控制    136
9.3.7  网络设置    138
9.4  本章小结    139
第10章  Boot Loader    140
本章介绍了Boot Loader的概念、基本结构,并对Boot Loader的一般工作原理进行了介绍,重点介绍了vivi和U-Boot的开发调试及使用。通过学习这两种常见的Boot Loader,可以使读者实际接触到Boot Loader的工作原理和代码实现。
10.1  Boot Loader的概念    140
10.1.1  Boot Loader所支持的嵌入式体系    141
10.1.2  Boot Loader的安装位置    141
10.1.3  Boot Loader的启动过程    142
10.1.4  Boot Loader与主机的通信    142
10.1.5  Boot Loader的操作模式    142
10.2  Boot Loader的基本结构    143
10.2.1  Boot Loader的stage1    143
10.2.2  Boot Loader的stage2    144
10.3  vivi简介    149
10.3.1  vivi的体系架构    149
10.3.2  vivi启动的第一阶段    150
10.3.3  vivi启动的第二阶段    154
10.4  vivi的基本命令    158
10.4.1  mem命令    158
10.4.2  load命令    159
10.4.3  part命令    159
10.4.4  param命令    160
10.4.5  boot命令    160
10.4.6  go命令    161
10.4.7  bon命令    161
10.4.8  reset命令    161
10.4.9  help命令    162
10.5  U-Boot简介    162
10.5.1  U-Boot的特点    162
10.5.2  U-Boot的目录结构    163
10.5.3  U-Boot的启动过程    163
10.5.4  U-Boot的移植    165
10.6  U-Boot的基本命令    167
10.6.1  设置环境变量    167
10.6.2  数据通信    167
10.6.3  存储器操作    168
10.6.4  系统引导    168
10.6.5  其他    169
10.7  本章小结    169
第11章  Linux内核移植    170
本章给读者讲解了Linux内核移植中需要的基本知识,包括:Linux内核的5个子系统及其相互关系;Linux内核源码各目录包含模块及其功能;Linux内核编译的方法和步骤;Linux内核编译时的详细配置指南;Linux内核下载和调试的相关知识。其中需要初学者熟练掌握Linux编译的方法和步骤,并对其他相关知识有所了解。
11.1  Linux内核结构    170
11.2  Linux源码结构    171
11.2.1  arch目录    172
11.2.2  drivers目录    172
11.2.3  fs目录    173
11.2.4  其他目录    174
11.3  内核编译    175
11.3.1  编译准备    175
11.3.2  设置flash分区    176
11.3.3  配置内核    178
11.4  内核配置选项    180
11.4.1  常规设置    180
11.4.2  模块和块设备层    182
11.4.3  CPU类型    183
11.4.4  电源管理    185
11.4.5  总线和网络    187
11.4.6  驱动    188
11.4.7  文件系统    195
11.4.8  其他    198
11.5  下载内核    200
11.6  内核调试    201
11.6.1  内核调试步骤    201
11.6.2  常见内核问题    202
11.7  本章小结    203
第12章  嵌入式Linux文件系统    204
本章首先介绍了嵌入系统中两种主要的存储介质NAND Flash和NOR Flash,对它们的特点和区别进行了阐述。然后介绍了常见的适用于嵌入式系统的5种文件系统:CramFS文件系统、YAFFS 1/2文件系统、JFFS 1/2文件系统、Ramdisk文件系统和TmpFS/RamFS文件系统,分析了这些文件系统的基本结构和实现原理,介绍了各种文件系统及相应的映像文件的制作方法。最后针对文件系统的选择和设计提出了参考意见和方法。
12.1  嵌入式文件系统基础    204
12.1.1  NOR型Flash存储器    204
12.1.2  NAND型Flash存储器    205
12.1.3  MTD 简介    206
12.1.4  日志型文件系统    207
12.1.5  BusyBox    208
12.2  CramFS文件系统    210
12.2.1  CramFS文件系统的特性    210
12.2.2  CramFS文件系统映像文件的结构    211
12.2.3  CramFS文件系统的工作原理    211
12.2.4  CramFS文件系统的初始化过程    212
12.2.5  CramFS文件系统的制作    213
12.2.6  CramFS文件系统的挂载流程    216
12.3  YAFFS文件系统    216
12.3.1  YAFFS文件系统的数据存储方式    217
12.3.2  YAFFS文件系统的工作原理    218
12.3.3  YAFFS文件系统对MTD的依赖性    219
12.3.4  YAFFS文件系统驱动的安装流程    221
12.3.5  YAFFS文件系统的制作    222
12.4  JFFS文件系统    223
12.4.1  JFFS1文件系统简介    224
12.4.2  JFFS2文件系统简介    225
12.4.3  JFFS3文件系统简介    227
12.4.4  JFFS2文件系统的工作原理    227
12.4.5  JFFS2文件系统的制作    230
12.5  基于RAM的文件系统    231
12.5.1  Ramdisk文件系统    231
12.5.2  RamFS/TmpFS文件系统    232
12.6  嵌入式文件系统的设计    233
12.6.1文件系统格式选择的基本策略    233
12.6.2  混合型文件系统格式设计方法    234
12.7  本章小结    235
第13章  嵌入式Linux C语言开发工具    236
“工欲善其事,必先利其器”,熟悉手头的开发工具是每一个开发人员都必须完成的功课。本章介绍了在开发嵌入式C语言时需要用到的主要开发工具,包括命令行模式下的开发工具:编辑器VIM、编译器GCC、调试器GDB、项目管理MAKE、版本管理CVS和图形化模式下的集成开发环境Eclipse等。读者可根据个人的喜好选择一种适合自己的开发环境。
13.1  编辑器VIM    236
13.1.1  VIM的编辑模式    236
13.1.2  VIM的进入与退出    238
13.1.3  光标的移动    239
13.1.4  删除和恢复    239
13.1.5  复制和粘贴    240
13.1.6  查找和替换    240
13.1.7  网络资源    241
13.2  编译器GCC    242
13.2.1  GCC的编译流程    242
13.2.2  GCC的常用编译选项    245
13.2.3  实例分析    248
13.3  调试器GDB    250
13.3.1  GDB使用概述    250
13.3.2  GDB的使用流程    251
13.3.3  GdbServer远程调试    253
13.4  工程管理Make    255
13.4.1  Makefile文件介绍    255
13.4.2  Makefile的规则    256
13.4.3  Makefile的变量    258
13.4.4  Make命令的使用    260
13.4.5  使用自动工具生成Makefile    261
13.5  集成开发环境Eclipse    263
13.5.1  Eclipse的安装    263
13.5.2  Eclipse的界面简介    264
13.5.3  创建Hello项目    265
13.5.4  调试Hello项目    267
13.5.5  使用CVS进行版本管理    267
13.6  本章小结    271
第14章  快速体验——嵌入式C语言开发流程    272
本章分别介绍了命令行模式下和集成开发环境下开发嵌入式程序的基本流程。首先介绍了在命令行下如何通过VI编辑一个代码文件,如何在PC上和在开发板上运行编译好的程序和如何通过编写Makefile文件提高编译和文件管理的效率。然后介绍了在Eclipse下创建工程、编写代码、编译工程和运行最终程序的过程。
14.1  命令行下的开发流程    272
14.1.1  编写代码    272
14.1.2  编译程序    274
14.1.3  运行程序    275
14.1.4  交叉编译    275
14.1.5  编写Makefile    276
14.2  基于Eclipse的开发流程    277
14.2.1  下载和安装Eclipse    277
14.2.2  新建工程    278
14.2.3  编写代码    279
14.2.4  编译工程    280
14.2.5  运行程序    281
14.3  本章小结    281
第15章  嵌入式Linux C语言基础    282
本章一起学习和回顾了C语言的基础知识,主体内容包括:C语言概述、数据类型、运算符、表达式、流程、函数、数组和指针、复杂数据结构。本章的目的在于将C语言的语法精华浓缩成一章的内容,便于读者随时翻阅和查找。通过本章的学习,读者可以立即进入编程的实战阶段。
15.1  C语言概述    282
15.1.1  C语言的特点    282
15.1.2  C语言程序的总体结构    282
15.1.3  C语言的语句    283
15.1.4  C语言的关键字    284
15.1.5  C语言程序设计步骤    284
15.2  数据类型    284
15.2.1  基本数据类型    284
15.2.2  常量与变量    285
15.2.3  整型数据、实型数据    285
15.2.4  字符型数据    286
15.3  运算符    287
15.3.1  算术运算符    287
15.3.2  关系和逻辑运算符    287
15.3.3  位操作符    288
15.3.4  ?操作符    288
15.3.5  表达式的优先级    288
15.4  表达式    289
15.4.1  类型转换    289
15.4.2  构成符cast和可读性    289
15.5  流程控制    289
15.5.1  格式输入输出    289
15.5.2  顺序程序设计    292
15.5.3  选择结构设计    293
15.5.4  循环结构设计    294
15.6  函数    296
15.6.1  概述    296
15.6.2  函数定义的一般形式    297
15.6.3  函数的参数和函数的值    297
15.6.4  函数的调用    298
15.6.5  局部变量和全局变量    299
15.7  数组、指针    300
15.7.1  数组    300
15.7.2  指针的基本概念    302
15.7.3  指针与数组    304
15.7.4  指针与字符串    306
15.7.5  指针与函数    307
15.7.6  指针其他用法    308
15.7.7  动态内存管理    308
15.8  复杂数据结构    309
15.8.1  结构体定义    309
15.8.2  结构体使用    310
15.8.3  链表    312
15.8.4  枚举类型    313
15.8.5  共用体类型    313
15.9  本章小结    313
第16章  嵌入式Linux C语言标准库    314
本章介绍了在Linux下编程时常用的标准库函数,包括字符测试、数据转换、基本I/O、标准I/O、内存配置、字符串处理、日期时间、错误处理、系统日志和环境管理等函数。介绍了这些函数的基本格式和用法,并对主要的函数进行了举例说明。灵活使用这些函数,将给程序设计带来很大的便利。
16.1  Glibc简介    314
16.2  字符测试和数据转换函数    316
16.2.1 字符测试函数    316
16.2.2  数据转换函数    317
16.3  基本I/O函数    318
16.3.1  open()函数    319
16.3.2  close()函数    320
16.3.3  read()函数和write()函数    320
16.3.4  其他函数    321
16.4  标准I/O函数    322
16.4.1  fopen()函数    322
16.4.2  fclose()函数    323
16.4.3  fread()函数和fwrite()函数    324
16.4.4  printf()函数和scanf()函数    325
16.4.5  其他函数    326
16.5  内存配置及字符串处理函数    326
16.5.1  内存分配函数    327
16.5.2  memXXX函数    327
16.5.3  strXXX函数    330
16.5.4  释放内存的函数    331
16.5.5  动态内存分配的实例    332
16.6  日期时间函数    334
16.6.1  时间的定义    334
16.6.2  日历时间    334
16.6.3  时钟计时单元    336
16.6.4  格式化日期和时间    337
16.6.5  自定义时间格式    337
16.7  其他函数    339
16.7.1 错误处理函数    339
16.7.2  系统日志函数    342
16.7.3 环境管理函数    344
16.8  本章小结    345
第17章  嵌入式Linux的多任务编程    346
本章介绍了多任务处理的基本知识,主要介绍了基于进程和线程实现多任务处理的不同特点及区别。分别介绍了进程和线程的概念、数据结构,介绍了创建和终止一个进程或线程的基本方法,同时对于一些较为深入的内容,如僵尸(Zombie)进程、线程属性等,本章也做了基本的介绍。最后,介绍了一种多任务处理的解决方案:线程池,并给出了全部的实现代码,具有很好的参考价值。
17.1  什么是多任务    346
17.1.1  对话级多任务    346
17.1.2  进程级多任务    347
17.1.3  线程级多任务    347
17.1.4  多任务处理的特点    348
17.2  进程    349
17.2.1  进程的概念    350
17.2.2  进程的数据结构    351
17.2.3  进程的创建    353
17.2.4  文件描述符共享    355
17.2.5  vfork()函数    357
17.2.6  exec()函数族    357
17.2.7  执行新程序    359
17.2.8  进程的终止    361
17.2.9  进程的退出状态    363
17.2.10  Zombie进程    365
17.3  线程    366
17.3.1  线程的概念    366
17.3.2  线程的创建    367
17.3.3  线程的终止    368
17.3.4  线程的基本属性    370
17.3.5  线程属性的修改    371
17.3.6  线程的扩展属性    374
17.4  线程池    377
17.4.1  线程池的工作原理    377
17.4.2  线程池的实现    378
17.4.3  工作状态的记录    383
17.4.4  线程池的测试    386
17.5  本章小结    387
第18章  多任务间通信和同步    388
本章介绍了在嵌入式Linux下进行多任务处理时,任务间通信和同步的方法。主要介绍了信号、信号集、管道、FIFO、共享内存(mmap()方式和semget()方式)等数据通信方式,以及信号量(SystemV方式和POSIX方式)、互斥锁、条件变量等同步方式。这些内容都是编制多任务处理程序时所必备的,而且不同的方式有它不同的特点和适用的场合,因此在实际应用中应该在对任务有充分理解和测试后进行优化选择。
18.1  信号    388
18.1.1  信号的概念    388
18.1.2  信号的产生    390
18.1.3  kill()函数和raise()函数    390
18.1.4  alarm()函数和pause()函数    391
18.1.5  about()函数    392
18.1.6  信号的处理    392
18.1.7  signal()函数    392
18.1.8  sigaction()函数    393
18.1.9  信号集    395
18.1.10  sigprocmask()函数    396
18.1.11  sigpending()函数    396
18.1.12  sigsuspend()函数    396
18.2  管道    398
18.2.1  管道的相关概念    398
18.2.2  管道的创建    398
18.2.3  多进程中的管道通信    400
18.2.4  管道的应用实例    401
18.2.5  FIFO的相关概念    402
18.2.6  FIFO的创建    403
18.2.7  FIFO的读写规则    404
18.2.8  FIFO的应用实例    405
18.3  共享内存    407
18.3.1  系统调用mmap()    408
18.3.2  系统调用munmap()    408
18.3.3  系统调用msync()    409
18.3.4  mmap()的应用实例    409
18.4  System V共享内存    411
18.4.1  系统调用shmget()    411
18.4.2  系统调用shmat()    412
18.4.3  系统调用shmdt()    412
18.4.4  System V共享内存的应用实例    412
18.5  消息队列    413
18.5.1  系统调用msgget()    413
18.5.2  系统调用msgsnd()    414
18.5.3  系统调用msgrcv()    414
18.5.4  系统调用msgctl()    415
18.5.5  消息队列的应用实例    415
18.6  System V信号量    417
18.6.1  系统调用semget()    417
18.6.2  系统调用semop()    418
18.6.3  系统调用semctl()    419
18.6.4  System V信号量的应用实例    419
18.7  POSIX信号量    421
18.7.1  系统调用sem_init()    422
18.7.2  系统调用sem_wait()    422
18.7.3  系统调用sem_post()    422
18.7.4  系统调用sem_destory()函数    422
18.7.5  POSIX信号量的应用实例    422
18.8  互斥锁    424
18.8.1  系统调用pthread_mutex_init()    424
18.8.2  系统调用pthread_mutex_lock()    424
18.8.3  系统调用pthread_mutex_trylock()    424
18.8.4  系统调用pthread_mutex_unlock ()    425
18.8.5  系统调用pthread_mutex_destory ()    425
18.8.6  互斥锁的应用实例    425
18.9  条件变量    427
18.9.1  系统调用pthread_cond_init()    428
18.9.2  系统调用pthread_cond_wait ()    428
18.9.3  系统调用pthread_cond_timedwait ()    428
18.9.4  系统调用pthread_cond_signal()    428
18.9.5  系统调用pthread_cond_
18.9.5  broadsignal()    428
18.9.6  系统调用pthread_cond_destroy()    428
18.9.7  条件变量的应用实例    429
18.10  本章小结    430
第19章  设备驱动开发基础    431
本章主要内容介绍了Linux驱动开发的基础知识,包括字符设备和块设备驱动。其中字符设备知识主要包括:内核与模块、并发控制、阻塞、中断、内存操作。
作为初学者,大多数读者并不需要在实际工作中接触到块设备的驱动编写,因此建议读者将主要精力放在学习字符设备驱动之上,而这也足可以满足大多数情况下的实际需要。
19.1  Linux设备管理和驱动概述    431
19.1.1  Linux设备的分类    431
19.1.2  设备驱动程序的作用    431
19.1.3  访问设备的实现    432
19.1.4  Linux设备控制方式    432
19.2  Linux设备驱动开发流程    434
19.2.1  构造和运行模块    434
19.2.2  字符设备驱动编写    435
19.2.3  字符设备驱动示例    437
19.2.4  并发控制    440
19.2.5  阻塞与非阻塞    445
19.2.6  select和poll    449
19.2.7  中断处理    451
19.2.8  内存与I/O操作    452
19.3  块设备驱动编写    457
19.3.1  块设备的I/O操作特点    457
19.3.2  block_device_operations结构体    457
19.3.3  gendisk结构体    458
19.3.4  request结构体    459
19.3.5  request操作函数    462
19.3.6  bio结构体    464
19.3.7  注册与注销    466
19.3.8  加载与卸载    466
19.3.9  打开与释放    468
19.3.10  ioctl函数    469
19.3.11  I/O请求处理    469
19.4  本章小结    472
第20章  嵌入式Linux的网络编程    473
本章介绍了开发嵌入式Linux网络程序的基本流程,先后分析了TCP Sever程序、TCP Client程序、UDP通信程序、多线程文件服务器程序和PROXY程序。针对网络程序涉及的函数多、内容复杂等特点,本章采取了在实际的网络程序代码中学习编程的方法,在阅读代码的同时进行讲解,将在进行网络编程中常用的函数和知识做了详细的阐述,希望对读者理解网络程序的编写能有所帮助。
20.1  TCP/IP协议    473
20.2  TCP协议    474
20.2.1  TCP连接建立的过程    474
20.2.2  TCP连接的标识    474
20.2.3  关闭TCP连接    475
20.3  UDP协议    475
20.4  socket简介    475
20.4.1  socket的定义    476
20.4.2  socket的类型    476
20.5  TCP Server程序设计    476
20.5.1  TCP的通信过程    476
20.5.2  TCP Server程序    477
20.5.3  网络地址的表示    478
20.5.4  建立socket    479
20.5.5  绑定本地地址    479
20.5.6  字节顺序转换    480
20.5.7  IP地址转换    481
20.5.8  Listen()函数    481
20.5.9  等待连接    482
20.5.10  数据通信    483
20.5.11  关闭套接字    484
20.6  TCP Client程序设计    485
20.6.1  DNS操作    486
20.6.2  连接服务器    487
20.6.3  测试实例    488
20.7  UDP通信的程序设计    489
20.7.1  UDP的通信过程    489
20.7.2  UDP通信服务器端    490
20.7.3  UDP通信客户端    491
20.8  多线程文件服务器    493
20.8.1  文件服务器主程序    493
20.8.2  动态分配监听端口    495
20.8.3  多线程服务器的实现    495
20.8.4  大数据量的读写函数    496
20.8.5  客户端测试例程    499
20.8.6  编译和测试    501
20.9  PROXY源代码分析    501
20.9.1  主函数main()    502
20.9.2  参数处理函数parse_args()    504
20.9.3  守护进程函数daemonize()    505
20.9.4  代理服务函数do_proxy()    507
20.9.5  错误信息函数errorout()    510
20.10  本章小结    510
第21章  MiniGUI图形界面设计    511
本章主要介绍了嵌入式图形界面库MiniGUI的程序设计。首先介绍了MiniGUI的安装、配置以及使用Eclipse进行MiniGUI应用开发的配置方式。然后对开发MiniGUI程序的基本函数进行解释,包括消息和消息传递、窗口过程、对话框、控件、图形设备和配置文件等方面。最后列举了一个利用MiniGUI编成的图形界面程序MiniQQ,对这个例程的三个主要窗口的设计与编写做了详细的介绍。
21.1  MiniGUI概述    511
21.1.1  MiniGUI的特点    511
21.1.2  MiniGUI v1.3.3软件包    512
21.1.3  MiniGUI运行模式    512
21.2  MiniGUI的安装和使用    514
21.2.1  安装MiniGUI库    514
21.2.2  安装MiniGUI的资源    515
21.2.3  配置MiniGUI    515
21.2.4  编译应用程序例子    516
21.2.5  交叉编译MiniGUI库    516
21.2.6  交叉编译例程    517
21.2.7  QVFB图形引擎    518
21.2.8  FrameBuffer图形引擎    519
21.3  利用Eclipse编写MiniGUI程序    520
21.3.1  建立vacs工程    520
21.3.2  配置编译选项    521
21.3.3  配置外部工具QVFB    522
21.3.4  运行vacs    523
21.3.5  调试vacs    523
21.4  MiniGUI的编程基础    524
21.4.1  头文件    525
21.4.2  程序入口    525
21.4.3  创建和显示主窗口    526
21.4.4  进入消息循环    526
21.4.5  窗口过程函数    528
21.4.6  屏幕输出    528
21.4.7  程序的退出    528
21.5  消息循环和窗口过程    529
21.5.1  消息处理函数    529
21.5.2  重要的消息    530
21.5.3  窗口及窗口过程    530
21.6  对话框和控件编程    531
21.6.1  控件的概念    531
21.6.2  预定义控件    532
21.6.3  自定义控件    534
21.6.4  控件子类化    535
21.6.5  对话框和对话框模板    536
21.6.6  模态和非模态对话框    538
21.7  图形设备接口    539
21.7.1  图形设备上下文    539
21.7.2  矩形操作和区域操作    540
21.7.3  像素值和调色板    542
21.7.4  位图操作函数    543
21.7.5  字体和文本输出    544
21.7.6  绘制图形    546
21.8  其他功能    547
21.8.1  读写配置文件    548
21.8.2  定点数运算    548
21.9  MiniQQ界面设计    549
21.9.1  登录窗口    551
21.9.2  好友列表窗口    554
21.9.3  聊天窗口    558
21.9.4  其他    559
21.10  本章小结    560
第22章  CAN总线驱动设计    561
随着需求的发展,许多工业控制场合需要嵌入式设备,需要提供CAN总线接口,来连接CAN设备,以满足应用的需要。本章详细介绍了CAN总线的基础知识,对Linux系统下的CAN驱动程序进行了详细的分析。最后结合本书使用的ARM9平台,介绍了移植CAN驱动程序的要点。
22.1  CAN总线介绍    561
22.2  SJA1000介绍    561
22.2.1  SJA1000的特性    561
22.2.2  SJA1000内部原理    562
22.2.3  SJA1000管脚说明    563
22.3  SJA1000寄存器介绍    564
22.3.1  控制寄存器CR    564
22.3.2  命令寄存器CMR    565
22.3.3  状态寄存器SR    566
22.3.4  中断寄存器IR    567
22.3.5  发送缓冲器    568
22.3.6  接收缓冲器    568
22.3.7  验收滤波器    569
22.4  SJA1000与S3C2440连接    569
22.5  SJA1000的驱动程序    571
22.5.1  驱动程序源代码    571
22.5.2  测试的操作方法    579
22.6  本章小结    580
第23章  SD卡驱动设计    581
SD卡在嵌入式设备中使用越来越多,本章首先介绍了SD卡的基本知识和协议内容,然后结合S3C2440的SD卡控制器,详细分析了Linux下SD卡的驱动程序,并给出了实现过程。驱动程序的编写对程序员要求很高,不仅代码要求完全正确,效率低下的驱动程序也是不合格的。因此如果要编写出好的驱动程序,经验非常重要。
23.1  SD卡概述及协议    581
23.1.1  SD卡概述    581
23.1.2  SD卡协议    582
23.2  SD卡驱动设计    583
23.2.1  块设备驱动设计    583
23.2.2  SD卡驱动程序分析    584
23.2.3  SD卡驱动程序设计    585
23.3  本章小结    588
第24章  网络驱动设计    589
近年来,Internet获得了突飞猛进的发展。嵌入式系统接入Internet后将使得远程监测、远程维护变得非常容易,因此嵌入式系统的网络也是非常重要的。嵌入式系统实现Internet接入的前提条件是系统的软件中有TCP/IP协议支持。幸运的是,Linux内核提供了包括TCP/IP在内的多种协议的支持。本章以DM9000网络芯片为例,分析了Linux内核中网络设备驱动程序的运行机理,并介绍了实现Linux网络驱动程序的关键过程。
24.1  Linux网络设备概述    589
24.2  DM9000芯片介绍    590
24.3  重要数据结构    591
24.3.1  通用部分    591
24.3.2  硬件相关部分    591
24.3.3  物理层相关数据    592
24.3.4  网络层协议相关部分    592
24.3.5  服务处理部分    593
24.4  网络设备初始化    593
24.5  激活和关闭网络设备    595
24.6  中断控制的实现    596
24.7  发送过程的实现    598
24.8  接收过程的实现    599
24.8.1  sk_buff结构    599
24.8.2  接收函数的实现    601
24.9  其他接口函数    602
24.10  本章小结    602
第25章  综合案例——嵌入式B超    603
本章针对某一具体实例,向读者展示了嵌入式开发的基本内容和步骤。相信读者读完本章内容以后对嵌入式系统开发会有一个更全面的认识。读者自己在开发项目的时候,可以参考本章内容,同时更要关注最新的技术发展,以便更好地完成和实现自己的项目设计。
25.1  系统终端的结构设计    603
25.1.1  总体结构    603
25.1.2  显示控制芯片选型    604
25.2  系统终端的软件设计    604
25.2.1  U-Boot    604
25.2.2  嵌入式Linux移植    605
25.2.3  MiniGUI移植    605
25.3  FPGA与ARM接口设计    608
25.3.1  硬件连接    608
25.3.2  FPGA驱动程序设计    608
25.4  显示芯片的连接与控制    610
25.4.1  选择SM501的原因    610
25.4.2  SM501驱动程序设计    610
25.5  超声动态图像的实时显示    612
25.5.1  图像动态显示    612
25.5.2  坐标转换和灰度插值    612
25.6  图形界面的结构    614
25.6.1  需求分析    614
25.6.2  总体结构    614
25.6.3  网络通信    615
25.6.4  多线程编程    615
25.7  操作界面设计    616
25.7.1  区域分配    616
25.7.2  键盘响应    616
25.7.3  控件设计    617
25.8  测量模块设计    618
25.8.1  椭圆的画法    619
25.8.2  椭圆测量周长和面积    620
25.8.3  轨迹法测量面积    620
25.9  本章小结    620
 




 

ARM嵌入式Linux系统开发技术详解1.jpg

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