韋東山--關於嵌入式學習

還有一個比較好的文章,寫的是具體的怎麼按照韋東山的書和視頻進行學習的。網址

https://www.zhihu.com/question/47881392

很早以前在網上看到的韋東山老師寫的文章,複製到自己的博客,方便自己以後看。

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。比如寫一個數組排序、輸入數字求和什麼的。

學C語言唯一的方法是多寫程序多練習,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,經常去嘗試着寫一些C語言競賽的題目。它們是純C、純數學、純邏輯的題目,不涉及界面這些東西,

很適合煅煉你的編程能力。

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可以分爲兩部分: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、數據結構、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優化,是的,要優化,但是未經優化的程序

和PC上的程序開發沒什麼差別。另外,當你有能力去優化時,你已經不用來問這個問題了。具體到某個例子,

比如說開發界面,在PC上我們用VC;在嵌入式Linux裏也許我們用QT也許用Android,這個時候你應該去學學QT、

Android的編程。但是基礎還是C或JAVA,在此基礎上去熟悉它們的接口。你學過VC的話,也是要花時間去了解

那些類、控件的。

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,其實並不侷限於硬件的操作,還有操作系統的原理、進程的休眠喚醒調度等概念。

    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爲就是業務純熟。

    比如在通信行業、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,其實我不想稱爲“做驅動”,而是想稱爲“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,因爲我只做底層。他們的業務跟我沒關係。

    當應用出現問題,他們解決不了時,我就會從內核角度給他們出主意,給他們提供工具。

    做底層的發展方向,個人認爲是技術專家。

  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。

  5. 電腦一開機,那些界面是誰顯示的?是BIOS,它做什麼?一些自檢,然後從硬盤上讀入windows,並啓動它。

    類似的,這個BIOS對應於嵌入式Linux裏的bootloader。這個bootloader要去Flash上讀入Linux內核,並啓動它。

  6. 啓動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下我們稱爲根文件系統。

  7. windows能識別出C盤、D盤,那麼肯定能讀寫硬盤才行。這涉及的東西稱爲驅動程序。當然不僅僅是硬盤,還有網卡、USB等等。

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

    先說到這裏吧,嵌入式LINUX裏含有bootloader, 內核, 驅動程序、根文件系統這4大塊。

一、bootloader:

它就是一個稍微複雜的裸板程序。但是要把這裸板程序看懂寫好一點都不容易。Windows下好用的工具弱化了我們的編程能力。

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從哪裏取指令執行?

    答:一般從Flash上指令。

  2. 但是Flash一般是隻能讀不能直接寫的,如果我用到全局變量,這些全局變量在哪裏?

    答:全局變量應該在內存裏

  3. 那麼誰把全局變量放到內存裏去?

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

    你可曾去閱讀過?

  4. 內存那麼大,我怎麼知道把”原來存在Flash上的內容”讀到內存的”哪個地址去”?

    答:這個地址用”鏈接腳本”決定,在ADS裏有scatter文件,KEIL裏也有類似的文件。但是,你去研究過嗎?

  5. 你說重定位是把程序從Flash複製到內存,那麼這個程序可以讀Flash啊?

    答:是的,要能操作Flash。當然不僅僅是這些,還有設置時鐘讓系統運行得更快等等。

    先自問自答到這裏吧,bootloader這一個裸板程序,其實有3部分要點:

  6. 對硬件的操作

  7. 對ARM體系處理器的瞭解

  8. 程序的基本概念:重定位、棧、代碼段數據段BSS段什麼的。

    對硬件的操作,需要看原理圖、芯片手冊。這需要一定的硬件知識,不求你能設計硬件,但是至少能看懂; 不求能看懂模擬電路,

但是要能看懂數字電路。這方面的能力我是在學校裏學到的,微機原理、數字電路這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,芯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,

讀任何芯片手冊都很容易。

對ARM體系處理器的瞭解, 看杜春蕾的《RM體系架構與編程》吧,裏面講有彙編指令,有異常模式、MMU等。也就這3塊內容需要你瞭解。

程序的基本概念,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期視頻吧,別擔心,不用花錢。照着視頻把硬件相關的實驗做了,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視頻,允許我盲目吹噓一回。

對於bootloader,我學習時是先看了《ARM體系架構與編程》,然後自己寫程序把各個硬件的實驗都做了一遍,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,看懂硬件原理圖、看芯片手冊,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期視頻的章

節目錄去學習吧。

二、內核:

想速成的人,先跨過內核的學習,直接學習怎麼寫驅動。

想成爲高手,內核必須深刻了解。注意,我說的是瞭解,我沒奢望去寫出一個內核。

要對裏面的調度機制、內存管理機制、文件管理機制等等有所瞭解。

推薦兩本書:

  1. 通讀《linux內核完全註釋》,請看薄的那本(浮燥的社會講求速度, 呵),

  2. 選讀《Linux內核情景分析》, 想了解哪一塊就讀哪一節

三、驅動:

驅動包含兩部分:硬件本身的操作、驅動程序的框架。

又是硬件,還是要看得懂原理圖、讀得懂芯片手冊,多練吧。

說到驅動框架,有一些書介紹一下。LDD3,即《Linux設備驅動》,老外寫的那本,裏面介紹了不少概念,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設備驅動開發詳解》了,老實說我只看過目錄,有不少人說好,這裏推薦一下。

要想深入瞭解某一塊,《Linux內核情景分析》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內核源碼。它以linux 2.4爲例,

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視頻第2期。《嵌入式Linux應用開發完全手冊》裏對驅動講得不多,不夠深入。

於是我錄製了這期視頻。不僅僅教你怎麼寫怎麼改驅動,還教你爲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

    絕對不是對着PPT念。

  2. 用source insight當場寫程序,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多個程序。

  3. 寫完就編譯、測試。

  4. 很全面,字符設備驅動、塊設備、網卡驅動3大類齊全,硬件介紹、驅動框架分析、測試3大類齊全。

    培訓機構裏教的內容,遠不及這期視頻豐富。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代碼

當場測試,除我之外!也沒看到哪個培訓機構講完這些內容──因爲時間不夠,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件,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、根文件系統:

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。那麼內核啓動後,掛載根文件系統後,應該啓動哪一個應用程序呢?

    答:內核不知道也不管應該啓動哪一個用戶程序。它只啓動init這一個應用程序,它對應/sbin/init。

    顯然,這個應用程序就要讀取配置文件,根據配置文件去啓動用戶程序(監控、手冊界面、平板界面等等)

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

  2. 你寫的hello,world程序,有沒有想過裏面用到的printf是誰實現的?

    答:這個函數不是你實現的,是庫函數實現的。它運行時,得找到庫。

    這個問題提示我們,文件系統裏還要有庫。

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

    當然,也可以看《嵌入式Linux應用開發完全手冊》裏構建根文件系統那章。

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,其實課程裏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

    是在實驗室裏自學的,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、看芯片手冊的能力。

  2. 選修了軟件學位,對軟件設計挺感興趣,但是也只是學了C語言、數據庫而已。憑着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的驅動程序

  4. 在第2家公司,用51單片機做車載電話,開始走上純軟件的道路。

  5. 開始感到單片機的不足,辭職半年閉門學Linux,從red hat怎麼操作開始。步驟就是先看《ARM體系架構與編程》,

    再自己寫裸板程序操作硬件,接着到分析u-boot。同時看《linux內核完全註釋》,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,內核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編程了,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:

  8. 硬件方面的書: 微機原理、數字電路,高校裏的教材。畢業多年,忘名了。

  9. Linux方面的書:

    《ARM體系架構與編程》

    《嵌入式Linux應用開發完全手冊》

    《Linux設備驅動》,老外寫的那本

    《linux設備驅動開發詳解》

    《linux內核完全註釋》

    《Linux內核情景分析》

  10. 視頻:

韋東山Linux視頻第1期(基於S3C2440錄製): ARM實驗,u-boot,文件系統,初級驅動

韋東山Linux視頻第1期(基於S3C6410錄製): 裸板程序

韋東山Linux視頻第2期: 高級驅動

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