嵌入式Linux開發前，你可能需要知道這些基本概念
作者之前編寫了一系列嵌入式Linux的開發文檔：
當編寫到一定程度的時候，回過頭再看看這些文檔的內容，結合一部分網友的反饋，反思了一下。之前的文檔，更多的是站在技術總結的角度去編寫，而非入門初學的角度。這些文檔似乎更適合有一定經驗的開發者進行查閱，而非入門初學者進行手把手學習。這樣就導致了，當一些入門初學者在閱讀文檔的時候，會遇到一些基本概念，而恰好這些基本概念作者一筆帶過，導致初學者看不下去。於是，現在再補充一篇文章，站在作者理解的角度，儘量去描述一下嵌入式Linux開發過程中可能遇到的基本概念。
鑑於作者本身的水平有限，同時也是在邊學習邊總結，因此這篇文章不會涉及太深入的技術細節，作者只是站在自己的理解角度去描述這些概念。由於每個人對概念的理解都可能會有所差異，如遇到描述錯誤或有所紕漏的地方，希望提出指正，感謝閱讀。
本文的目標是：讓初學者快速地在嵌入式Linux開發板運行一個helloworld程序。何謂快速，就是把一些開發過程中共同的東西都抽象出來，不會拘泥於細節，不會拘泥於具體的硬件開發板平臺，也就是俗稱的“開發套路”。而這些開發套路，對任何的嵌入式Linux開發板平臺，基本上都是通用的，當熟悉了這些套路之後，開發者很快就可以上手其他嵌入式Linux開發板。
1. 什麼是嵌入式Linux開發平臺
什麼是嵌入式Linux開發平臺？一句話高度概括：“它是一臺電腦”。
從宏觀的角度去描述，嵌入式Linux開發平臺跟我們平時用的個人電腦沒有本質上的區別，因爲在嵌入式Linux開發平臺也有個人電腦上所描述的處理器CPU，內存，硬盤，顯示器，網口，USB接口，耳機接口，等等。
這些硬件在嵌入式Linux開發平臺上，處理器有可能被叫作CPU或MPU；內存有可能被叫作SDRAM或DRAM或DDR；硬盤有可能被叫作NandFlash或NorFlash或eMMC；顯示器有可能被叫作LCD屏幕。所以，本質上來說，嵌入式Linux開發平臺，就是一臺微電腦。但它的性能和功能沒有我們用的個人電腦那麼強大，麻雀雖小，五臟俱全。好了，點到即止，入門初學者暫時知道嵌入式Linux開發板是一臺電腦就行。
2. u-boot，內核kernel，文件系統rootfs之間的關係
我們回到公司後，每天都要做的事情就是打開電腦，流程基本上都是：按下開機鍵 --> 屏幕亮起 --> 看見windows系統的引導界面 --> 看見windows系統界面 --> 成功登陸windows系統 --> 打開我們的辦公軟件。
而嵌入式Linux開發平臺的開機過程也是類似：接通電源線，按下開機鍵 --> LCD屏幕亮起 --> u-boot引導內核 --> 內核加載硬件驅動程序和掛載文件系統 --> 進入文件系統 --> 運行應用程序。
整個過程簡單總結如下圖所示：
u-boot：它類似於我們個人電腦裏面的BIOS，有計算機知識的人基本都知道BIOS是什麼，如果不考慮其他強大的功能，入門初學者只需要知道u-boot是用來引導內核的，並傳入合適的啓動參數給內核。u-boot只要能成功引導內核，它就是一個合格的可用的u-boot。
內核kernel：入門初學者，可以把它理解爲我們的windows操作系統，但其實，內核是在整臺電腦背後默默工作的。它的工作很多，如進行進程調度和管理（進程可以理解爲我們平時用的應用程序，如QQ，微信，office辦公軟件，等等），內存管理，驅動管理，等等。我們平時生活裏面操作電腦界面時，看見的“我的電腦”，“C/D/E/F盤”，其實是文件系統，而不是操作系統內核。
文件系統rootfs：這個就可以簡單理解爲我們電腦裏面的“我的電腦”，“C/D/E/F盤”了，在Linux的世界裏面，一切皆文件。我們開發的時候與Linux系統進行交互，都是基於文件系統進行文件操作（如複製，粘貼，刪除，新建，運行，等等）。
總而言之，一個能成功運行的嵌入式Linux系統，上電後必須經歷的過程是：u-boot引導內核，引導成功後，由內核加載文件系統。由於我們編寫的應用程序是存在於文件系統裏面的，因此，必須加載文件系統成功後才能運行應用程序。應用程序的運行需要內核進行調度。
看到這裏，是不是覺得這個過程跟我們平時生活中使用的windows系統很相似？
3. 開發者怎樣跟嵌入式Linux開發板進行交互？
我們平時在使用windows操作系統時，比如，想打開一個應用程序，只需要用鼠標雙擊桌面上的應用程序圖標，應用程序就開始運行起來。但在嵌入式Linux開發平臺裏面，開發者用得最多的就是命令行，就是那個看上去黑色的操作界面（某種程度上，使用命令行操作也可以顯得很有x格）。
如果你想在windows的電腦上新建一個文件夾，你可以使用鼠標“右鍵”--> “新建文件夾”，但在嵌入式Linux上，你需要使用mkdir 命令。如果你想在windows的電腦上查看某個文件夾裏面的內容，可以雙擊打開這個文件夾，但在嵌入式Linux上，你需要使用ls -al命令。
所以，命令行是開發者與嵌入式Linux板卡交互的橋樑，開發者想讓嵌入式Linux板卡進行某些動作，必須使用命令行。但是，這些基本的命令，我們不需要花太多的時間刻意去學習，只需要大概學習一遍，然後在開發的過程中就會不斷熟悉。在嵌入式Linux開發裏面，通常20%的常用命令就可以滿足大部分的工作內容了。
4. 嵌入式Linux開發，需要掌握的基本技能
不管你的工作崗位是嵌入式Linux系統工程師，還是嵌入式Linux驅動工程師，還是嵌入式Linux應用工程師，有些通用的基本技能（如安裝虛擬機，安裝和配置Linux發行版操作系統，安裝交叉編譯工具，安裝開發IDE，等等），是必須要掌握的，一旦這些技能掌握了以後，在很多開發場合都能得心應手地面對工作。
在描述這些安裝的細節之前，先描述一些基本的概念：
虛擬機：顧名思義，它是一臺虛擬的機器。我們現在有一部分開發者是在windows系統下進行開發工作的，如果完全摒棄掉windows轉爲Linux系統，可能會無所適從。因此，使用虛擬機安裝Linux發行版（如ubuntu，Debian，等）無疑是一種折中的選擇。虛擬機其實就是在現在windows系統上，再虛擬多一臺電腦設備，這臺虛擬出來的電腦，可以安裝ubuntu系統。
交叉編譯工具：可以簡單地理解爲一個編譯器。其實這個工具鏈裏面還包含了彙編器，鏈接器，反彙編工具，調試器，等等。我們在進行MCU開發時所使用的MDK，IAR這類工具，就是編輯器，編譯器，鏈接器，調試器的大集合，所以，這類工具對開發者很友好。而在嵌入式Linux的環境裏，都拆開爲一個個具體的工具，因此在環境搭建的時候，嵌入式Linux通常比單片機要複雜很多。爲什麼要交叉編譯？交叉編譯這個概念不太難理解，簡單地說，就是我們的芯片設備是ARM平臺或者其他平臺，而我們的Linux發行版（如ubuntu）是x86或者x64平臺的，在這些平臺上對程序進行編譯等一系列工作，就需要交叉編譯器，這樣編譯出來的可執行程序才能在我們的ARM平臺上運行。
Linux發行版：可以通俗理解爲我們平時用的臺式電腦或筆記本電腦裏面安裝的Linux系統，這類系統有很多，如ubuntu，Debian，CentOS，RedHat，等等。這類系統都是基於Linux內核的操作系統，跟我們的嵌入式Linux內核都差不多，但功能比嵌入式Linux強大得多。一般在開發過程中，我們可以稱這類系統爲宿主機或Host PC。
理解完以上概念之後，不管你現在的工作崗位是系統移植，驅動開發，應用開發，都需要進行以下的基本工作。可以根據以下這些博文的步驟，一步步進行開發環境搭建，多操作幾遍就會很容易熟悉。
以下是這些博文的閱讀順序：
嵌入式Linux開發環境搭建-（1）安裝VMware Workstation虛擬機
之所以安裝虛擬機，是爲了方便以前使用windows的開發者。如果電腦硬件性能足夠，使用虛擬機是有好處的，它不會對我們原有的操作系統進行破壞，初學者可以方便地在虛擬機裏面學習，備份也很方便。如果已經熟悉了虛擬機軟件的安裝，跟我們平時windows安裝軟件一樣，比較簡單。
嵌入式Linux開發環境搭建-（2）VMware虛擬機下安裝Ubuntu16.04.2 LTS
虛擬機安裝完之後，就相當於有一臺電腦給我們使用了。我們可以在這臺電腦上面安裝ubuntu系統作爲開發時的Host PC。如果有多臺物理電腦的開發者，可以不使用虛擬機，直接在物理電腦上安裝ubuntu系統，安裝方法跟博客裏面的差不多，大同小異，多摸索幾遍就知道了。
嵌入式Linux開發環境搭建-（3）配置Ubuntu16.04.2 LTS 系統
ubuntu系統安裝完後，是不能直接就進行開發的。需要對系統進行一定的配置，才能進行嵌入式Linux開發。這些通用的配置包括，配置網絡環境，便於我們的windows，ubuntu，開發板三者可以相互ping通。安裝FTP服務，NFS服務，我們使用這些服務進行三者之間的文件傳輸。作者本人用得比較多的文件傳輸方式是：windows與ubuntu之間，使用Filezilla工具基於FTP協議傳輸文件。而開發板跟ubuntu之間，使用NFS網絡文件系統，讓開發板掛載ubuntu系統指定的文件夾（相當於開發板跟ubuntu之間的共享文件夾）進行文件傳輸。
配置完ubuntu系統後，因爲我們的Host PC是x86或x64平臺的，要在這種平臺上編譯程序並運行於開發板的ARM平臺，那麼就要進行交叉編譯工作。交叉編譯是使用交叉編譯工具鏈進行的。這些交叉編譯工具鏈，不需要自己去網上查找，開發板的廠家一般會提供他們優化好的交叉編譯工具鏈，初學者一開始不需要糾結交叉編譯工具鏈是如何製作的，只需要先學會使用，先完成自己的入門學習，有時間再回頭深入研究交叉編譯工具鏈的製作過程。
嵌入式Linux開發環境搭建-（5）安裝和配置Qt Creator開發工具
當以上工作都準備就緒以後，基本上已經能夠進行嵌入式Linux開發工作了。在Linux的開發環境裏面，也有一些好用的開發IDE，類似於單片機開發的MDK，IAR這類編譯器。作者本人在開發嵌入式Linux應用程序的時候，主要使用Qt Creator這個IDE。網上有很多關於Qt Creator的安裝介紹，在這裏就不再詳細描述了。如果初學者的工作是進行驅動開發或者系統移植，可以使用Notepad++這類編輯器，修改完代碼後，再進行交叉編譯。
嵌入式Linux應用程序開發-（1）第一個嵌入式QT應用程序
完成以上環節搭建工作後，就可以開始進行應用程序開發了，以上搭建的環境，已經適合驅動程序開發，應用程序開發，系統移植等等。當然了，在實際的開發過程中，肯定會根據實際的開發情況再進行環境的改變，但套路都是一樣的，都是安裝某些工具包，然後修改ubuntu的配置文件，使ubuntu系統適合我們進行嵌入式Linux開發。
5. 如何把應用程序放到開發板運行？
在進行單片機開發或調試的時候，我們通常使用仿真器（如J-link）連接單片機和電腦，使用MDK或IAR這類軟件編輯完代碼後，點擊編譯按鈕就可以編譯生成 .hex 或 .bin 文件。然後通過下載按鈕，下載到單片機運行，單片機每次重新上電，都會運行我們之前下載到單片機的程序。
而嵌入式Linux的應用程序開發，跟單片機的開發有很大區別。嵌入式Linux應用程序開發，可以使用已經配置好交叉編譯工具鏈的Qt Creator工具，進行編輯，交叉編譯等工作，同樣也可以很方便地編譯出應用程序的可執行文件。這個可執行文件因爲是交叉編譯生成的，因此只能運行在嵌入式Linux開發板。
前面提到，嵌入式Linux開發板跟ubuntu系統是通過NFS網絡文件系統的方式進行文件傳輸的，相當於ubuntu系統中有一個共享文件夾，用來跟Linux開發板共同進行文件傳輸。那麼，如何創建這個共享文件夾呢？
假設，我們要把應用程序的可執行文件，從ubuntu複製到開發板的指定目錄，我們使用ubuntu的目錄 /opt/share 和開發板的 /mnt 目錄進行文件共享。就可以使用mount命令，直接把開發板的 /mnt 目錄和 ubuntu的 /opt/share目錄共享起來。以後我們要在ubuntu和開發板之間傳文件，ubuntu系統只要把文件複製到 /opt/share 目錄，我們的Linux開發板的/mnt目錄就會出現這個文件，同理，我們把開發板裏面的文件放到Linux開發板的/mnt目錄，在ubuntu系統的/opt/share目錄也會出現這個文件。
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