嵌入式Linux基础教程(第2版)

Christopher Hallinan，注明嵌入式Linux技术专家。现任Mentor Graphics公司技术市场工程师，曾任MontaVista软件公司现场应用工程师，3Com公司工程总监，Crosscomm公司工程总监。他有25年以上网络和通信产品的软硬件开发经验。曾担任Linux咨询师，提供定制Linux主板接口、设备驱动程序和引导加载程序等方面的解决方案。

第1章入门 1
1．1为什么选择Linux 1
1．2嵌入式Linux现状 2
1．3开源和GPL 2
1．4标准及相关组织 3
1．4．1Linux标准基础 3
1．4．2Linux基金会 4
1．4．3电信级Linux 4
1．4．4移动Linux计划：Moblin 4
1．4．5服务可用性论坛 5
1．5小结 5
第2章综述 6
2．1嵌入与非嵌入 6
2．2剖析嵌入式系统 7
2．2．1典型的嵌入式Linux开发环境 8
2．2．2启动目标板 9
2．2．3引导内核 10
2．2．4内核初始化：概述 12
2．2．5第一个用户空间进程：init 13
2．3存储 14
2．3．1闪存 14
2．3．2NAND型闪存 15
2．3．3闪存的用途 16
2．3．4闪存文件系统 17
2．3．5内存空间 17
2．3．6执行上下文 19
2．3．7进程虚拟内存 20
2．3．8交叉开发环境 21
2．4嵌入式Linux发行版 22
2．4．1商业Linux发行版 24
2．4．2打造自己的Linux发行版 24
2．5小结 24
第3章处理器基础 26
3．1独立处理器 26
3．1．1IBM 970FX 27
3．1．2英特尔奔腾M 27
3．1．3英特尔凌动TM 28
3．1．4飞思卡尔MPC7448 28
3．1．5配套芯片组 28
3．2集成处理器：片上系统 30
3．2．1Power架构 30
3．2．2飞思卡尔Power架构 30
3．2．3飞思卡尔PowerQUICC I 31
3．2．4飞思卡尔PowerQUICC II 32
3．2．5PowerQUICC II Pro 32
3．2．6飞思卡尔PowerQUICC III 33
3．2．7飞思卡尔QorIQTM 34
3．2．8AMCC Power架构 36
3．2．9MIPS 38
3．2．10Broadcom MIPS 38
3．2．11其他MIPS 39
3．2．12ARM 40
3．2．13德州仪器ARM 40
3．2．14飞思卡尔ARM 42
3．2．15其他ARM处理器 43
3．3其他架构 43
3．4硬件平台 43
3．4．1CompactPCI 43
3．4．2ATCA 44
3．5小结 44
第4章Linux内核：不同的视角 46
4．1背景知识 46
4．1．1内核版本 47
4．1．2内核源码库 48
4．1．3使用git下载内核代码 49
4．2Linux内核的构造 49
4．2．1顶层源码目录 49
4．2．2编译内核 50
4．2．3内核主体：vmlinux 52
4．2．4内核镜像的组成部分 53
4．2．5子目录的布局 56
4．3内核构建系统 57
4．3．1．config文件 57
4．3．2配置编辑器 58
4．3．3Makefile目标 61
4．4内核配置 66
4．4．1定制配置选项 68
4．4．2内核Makefile 71
4．5内核文档 72
4．6获得定制的Linux内核 72
4．7小结 73
第5章内核初始化 75
5．1合成内核镜像：Piggy及其他 75
5．1．1Image对象 78
5．1．2与具体架构相关的对象 78
5．1．3启动加载程序 79
5．1．4引导消息 80
5．2初始化时的控制流 83
5．2．1内核入口：head．o 84
5．2．2内核启动：main．c 85
5．2．3架构设置 86
5．3内核命令行的处理 87
5．4子系统初始化 92
5．5init线程 94
5．5．1通过initcalls进行初始化 95
5．5．2initcall_debug 96
5．5．3最后的引导步骤 97
5．6小结 98
第6章用户空间初始化 100
6．1根文件系统 100
6．1．1FHS：文件系统层次结构
标准 101
6．1．2文件系统布局 101
6．1．3最小化的文件系统 102
6．1．4嵌入式根文件系统带
来的挑战 103
6．1．5试错法 104
6．1．6自动化文件系统构建工具 104
6．2内核的最后一些引导步骤 104
6．2．1第一个用户空间程序 106
6．2．2解决依赖关系 106
6．2．3定制的初始进程 107
6．3init进程 107
6．3．1inittab 109
6．3．2Web服务器启动脚本示例 111
6．4初始RAM磁盘 112
6．4．1使用initrd进行引导 113
6．4．2引导加载程序对initrd的
支持 113
6．4．3initrd的奥秘所在：
linuxrc 115
6．4．4initrd探究 116
6．4．5构造initrd镜像 116
6．5使用initramfs 117
6．6关机 119
6．7小结 120
第7章引导加载程序 122
7．1引导加载程序的作用 122
7．2引导加载程序带来的挑战 123
7．2．1DRAM控制器 123
7．2．2闪存与RAM 123
7．2．3镜像的复杂性 124
7．2．4执行环境 126
7．3通用引导加载程序：Das U-Boot 126
7．3．1获取U-Boot 127
7．3．2配置U-Boot 127
7．3．3U-Boot的监控命令 129
7．3．4网络操作 130
7．3．5存储子系统 132
7．3．6从磁盘引导 133
7．4移植U-Boot 133
7．4．1EP405的U-Boot移植 133
7．4．2U-Boot Makefile中的配置
目标 134
7．4．3EP405的第一次构建 135
7．4．4EP405 处理器初始化 136
7．4．5与具体板卡相关的初始化 138
7．4．6移植总结 141
7．4．7U-Boot镜像格式 141
7．5设备树对象（扁平设备树） 143
7．5．1设备树源码 145
7．5．2设备树编译器 148
7．5．3使用DTB的其他内核镜像 148
7．6其他引导加载程序 149
7．6．1Lilo 149
7．6．2GRUB 150
7．6．3其他更多的引导加载程序 151
7．7小结 152
第8章设备驱动程序基础 154
8．1设备驱动程序的概念 154
8．1．1可加载模块 155
8．1．2设备驱动程序架构 155
8．1．3最小设备驱动程序示例 156
8．1．4模块构建的基础设施 157
8．1．5安装设备驱动程序 160
8．1．6加载模块 160
8．1．7模块参数 161
8．2模块工具 162
8．2．1insmod 162
8．2．2lsmod 163
8．2．3modprobe 163
8．2．4depmod 164
8．2．5rmmod 165
8．2．6modinfo 165
8．3驱动程序方法 166
8．3．1驱动程序中的文件系统
操作 166
8．3．2设备号的分配 169
8．3．3设备节点和mknod 169
8．4综合应用 170
8．5在内核源码树外构建驱动 171
8．6设备驱动程序和GPL 172
8．7小结 173
第9章文件系统 174
9．1Linux文件系统概念 175
9．2ext2 176
9．2．1挂载文件系统 177
9．2．2检查文件系统的完整性 178
9．3ext3 180
9．4ext4 182
9．5ReiserFS 182
9．6JFFS2 183
9．7cramfs 185
9．8网络文件系统 187
9．9伪文件系统 190
9．9．1/proc文件系统 191
9．9．2sysfs 194
9．10其他文件系统 196
9．11创建简单的文件系统 197
9．12小结 199
第10章MTD子系统 201
10．1MTD概述 201
10．1．1开启MTD服务 202
10．1．2MTD基础 203
10．1．3在目标板上配置MTD 205
10．2MTD分区 205
10．2．1使用Redboot分区表进行
分区 206
10．2．2使用内核命令行传递分区
信息 210
10．2．3映射驱动 211
10．2．4闪存芯片驱动 213
10．2．5与具体板卡相关的初始化 214
10．3MTD工具 215
10．4UBI文件系统 219
10．4．1配置UBIFS 219
10．4．2构建UBIFS镜像 220
10．4．3使用UBIFS作为根文件
系统 222
10．5小结 222
第11章BusyBox 224
11．1BusyBox简介 224
11．2BusyBox的配置 225
11．3BusyBox的操作 227
11．3．1BusyBox的init 230
11．3．2rcS初始化脚本示例 232
11．3．3BusyBox在目标板上的
安装 233
11．3．4BusyBox小应用 235
11．4小结 235
第12章嵌入式开发环境 237
12．1交叉开发环境 237
12．2对主机系统的要求 241
12．3为目标板提供服务 242
12．3．1TFTP服务器 242
12．3．2BOOTP/DHCP 服务器 243
12．3．3NFS服务器 245
12．3．4目标板使用NFS挂载根
文件系统 247
12．3．5U-Boot中使用NFS挂载根
文件系统的例子 248
12．4小结 250
第13章开发工具 252
13．1GNU调试器（GDB） 252
13．1．1调试核心转储 253
13．1．2执行GDB 255
13．1．3GDB中的调试会话 257
13．2数据显示调试器 258
13．3cbrowser/cscope 260
13．4追踪和性能评测工具 261
13．4．1strace 261
13．4．2strace命令行选项 264
13．4．3ltrace 266
13．4．4ps 267
13．4．5top 269
13．4．6mtrace 270
13．4．7dmalloc 272
13．4．8内核oops 274
13．5二进制工具 276
13．5．1readelf 277
13．5．2使用readelf查看调试信息 278
13．5．3objdump 280
13．5．4objcopy 281
13．6其他二进制实用程序 281
13．6．1strip 281
13．6．2addr2line 282
13．6．3strings 282
13．6．4ldd 282
13．6．5nm 283
13．6．6prelink 283
13．7小结 284
第14章内核调试技术 286
14．1内核调试带来的挑战 286
14．2使用KGDB进行内核调试 287
14．2．1KGDB的内核配置 288
14．2．2在开启KGDB时引导
目标板 289
14．2．3一些有用的内核断点 293
14．2．4KGDB与控制台共享一个
串行端口 294
14．2．5调试非常早期的内核代码 295
14．2．6主线内核对KGDB的支持 296
14．3内核调试技术 297
14．3．1gdb远程串行协议 298
14．3．2调试优化的内核代码 300
14．3．3GDB的用户自定义命令 307
14．3．4有用的内核GDB宏 307
14．3．5调试可加载模块 315
14．3．6printk调试 319
14．3．7Magic SysReq key 320
14．4硬件辅助调试 321
14．4．1使用JTAG探测器对闪存
进行编程 322
14．4．2使用JTAG探测器进行调
试 323
14．5不能启动的情况 326
14．5．1早期的串行端口调试输
出 326
14．5．2转储printk的日志缓冲
区 327
14．5．3使用KGDB调试内核异常 328
14．6小结 329
第15章调试嵌入式Linux应用程序 331
15．1目标调试 331
15．2远程（交叉）调试 331
15．3调试共享程序库 335
15．4调试多个任务 340
15．4．1调试多个进程 340
15．4．2调试多线程应用程序 342
15．4．3调试引导加载程序/闪存
代码 345
15．5其他远程调试选项 345
15．5．1使用串行端口进行调试 345
15．5．2附着到运行的进程上 346
15．6小结 346
第16章开源构建系统 348
16．1为什么使用构建系统 348
16．2Scratchbox 349
16．2．1安装Scratchbox 349
16．2．2创建一个交叉编译目标 350
16．3Buildroot 351
16．3．1安装Buildroot 352
16．3．2配置Buildroot 352
16．3．3构建Buildroot 353
16．4OpenEmbedded 354
16．4．1OpenEmbedded的组成 355
16．4．2BitBake元数据 355
16．4．3配方基础 356
16．4．4任务 358
16．4．5类 359
16．4．6配置元数据 360
16．4．7构建镜像 361
16．5小结 362
第17章实时Linux 363
17．1什么是实时 363
17．1．1软实时 363
17．1．2硬实时 364
17．1．3Linux调度 364
17．1．4延时 364
17．2内核抢占 365
17．2．1抢占的障碍 366
17．2．2抢占模式 367
17．2．3SMP内核 368
17．2．4抢占延时的根源 369
17．3实时内核补丁 369
17．3．1实时补丁的特性 370
17．3．2O(1)调度器 371
17．3．3创建实时进程 372
17．4实时内核的性能分析 373
17．4．1使用Ftrace追踪内核行为 373
17．4．2检测抢占被关闭的延时 374
17．4．3检测唤醒延时 375
17．4．4检测中断被关闭的延时 377
17．4．5检测Soft Lockup 378
17．5小结 378
第18章通用串行总线 379
18．1USB概述 379
18．1．1USB的物理拓扑结构 379
18．1．2USB的逻辑拓扑结构 381
18．1．3USB版本 382
18．1．4USB连接器 382
18．1．5USB线缆 383
18．1．6USB模式 384
18．2配置USB 384
18．3sysfs和USB设备命名 388
18．4实用的USB工具 390
18．4．1USB文件系统 390
18．4．2使用usbview 392
18．4．3USB 实用程序（lsusb） 394
18．5通用USB子系统 395
18．5．1USB大容量存储类 395
18．5．2USB HID类 397
18．5．3USB CDC类驱动 398
18．5．4USB网络支持 400
18．6USB调试 401
18．6．1usbmon 402
18．6．2实用USB杂记 403
18．7小结 403
第19章udev 405
19．1什么是udev 405
19．2设备发现 406
19．3udev的默认行为 407
19．4理解udev规则 409
19．4．1Modalias 411
19．4．2典型的udev规则配置 414
19．4．3udev的初始系统设置 415
19．5加载平台设备驱动程序 417
19．6定制udev的行为 419
19．7持久的设备命名 420
19．8udev和busybox配合使用 423
19．8．1busybox mdev 423
19．8．2配置mdev 425
19．9小结 425
附录A可配置的U-Boot命令 427
附录BBusyBox命令 430
附录CSDRAM接口注意事项 440
附录D开源资源 447
附录E简单的BDI-2000配置文件 449