內容簡介
《ARM Linux 入門與實踐:基於TI AM335x 處理器》可以算是《ARM Linux入門與實踐——一個嵌入式愛好者的自學體驗》的姊妹篇,但因將三星ARM9處理器S3C2410改成瞭TI的Cortex—A8處理器AM335x,所以除保留瞭前一《ARM Linux 入門與實踐:基於TI AM335x 處理器》的思路及少部分章節外,大部分的內容都做瞭修改。
《ARM Linux 入門與實踐:基於TI AM335x 處理器》分為三篇:ARM硬件、ARM前後颱係統、基於Linux係統的應用。第一篇ARM硬件,包括TI官方評估闆ARM335x Starter Kit的硬件分析和評估闆入門指南;第二篇ARM前後颱係統,包括TI官方無操作係統平颱下的應用庫——Starterware開發環境搭建及應用分析、啓動代碼分析、Boot源代碼分析、LCD和觸摸屏源代碼分析、前後颱係統應用等;第三篇Linux係統的應用,包括基於PC的操作、應用編程和驅動、嵌入式Linux開發環境創建、嵌入式Linux驅動開發和網絡編程等。
作者簡介
程昌南,網名阿南,2000年開始自學單片機,2003年獲得全國大學生電子競賽全國一等奬,2004年大學畢業即開始從事基於ARMLinux等嵌入式軟件、硬件技術的産品開發,熟悉51係列、STM32等單片機,三星、NXP和海思係列的ARM處理器,從事過音視頻傳輸控製、車載GPS、無人機和機器人等多個行業,著有《ARMLinux入門與實踐——一個嵌入式愛好者的自學體驗》、《ARMCortex—A8硬件設計DIY》。
內頁插圖
目錄
第一篇 ARM硬件
第1章 概述
1.1 嵌入式係統、單片機、ARM及Linux
1.2 ARM處理器的選擇
1.3 AM335x簡介和公版資源
1.4 AM335x官方開發資源
1.4.1 硬件開發闆
1.4.2 軟件開發包
1.5 ARM開發工具及調試方法
1.5.1 集成開發環境
1.5.2 硬件仿真器
1.5.3 前後颱係統的調試方法
1.5.4 嵌入式Linux的開發調試方法
1.6 “實踐再實踐”在ARM學習中的意義
第2章 AM335x Starter Kit實驗平颱硬件分析
2.1 AM335x Starter Kit實驗平颱概述及功能組成
2.2 地址空間分配
2.2.1 AM335x處理器內存映射
2.2.2 AM335x Starter Kit平颱地址空間分配
2.3 常用元件概述
2.3.1 電阻標稱值
2.3.2 肖特基二極管
2.3.3 功率電感
2.3.4 鐵氧體磁珠
2.3.5 自恢復保險絲PPTC
2.3.6 有源和無源蜂鳴器
2.4 AM335x Starter Kit(TMDSSK3358)原理圖分析
2.4.1 MPU AM3358
2.4.2 時鍾電路
2.4.3 上電引導模式配置
2.4.4 JTAG接口電路
2.4.5 霺D卡接口
2.4.6 DDR3 SDRAM存儲器
2.4.7 調試串口
2.4.8 以太網接口
2.4.9 按鍵GPIO
2.4.1 0LED顯示
2.4.1 1IIC總綫的EEROM存儲器
2.4.1 2復位電路
2.4.1 3按鍵中斷輸入
2.4.1 4電源輸入及PMIC電源管理芯片
2.4.1 5Wi-Fi和藍牙模塊
2.4.1 6USB Host/Device
2.4.1 7IIS音頻電路
2.4.1 8LCD顯示
第3章 AM335x Starter Kit入門
3.1 A.M335x Starter Kit快速入門指南
3.2 硬件調試概述
3.3 XDS100v2仿真器和ccs軟件的使用
3.3.1 集成開發環境CCS的下載與安裝
3.3.2 仿真器與目標闆的硬件安裝
3.3.3 XDS100v2 USB仿真器在CCSv6集成開發環境中的配置
……
第二篇 ARM前後颱係統
第三篇 基於Linux係統的應用
前言/序言
1.ARM和Linux的學習體會
如何纔能學好並盡快上手ARM和Linux?這是很多初學者想問的,也是曾經在網上熱烈討論過的。其實學習沒有捷徑,不管您是否特彆聰明,主要還是取決於您的態度和一定的方法,嵌入式ARM和Linux的學習也一樣。在此筆者想根據自己在自學ARM與I.inux過程中的體會並結閤網上的討論做一下總結。
對於ARM的學習,如果您已經有瞭單片機或計算機結構的基本知識,並且也有瞭C語言的基礎,那麼上手還是比較容易的。首先,應該瞭解一下ARM的體係結構,它有哪些版本,哪些模式,哪些寄存器、異常等,這方麵的內容可以參考《ARM體係結構與編程》一書。這本書介紹的內容還是比較全麵的,可以先快速地瀏覽,特彆是匯編指令不需要記住,以後應用時再查。其實很多內容筆者也早已經忘記,但並不妨礙正常理解和應用ARM。其次,選定一種具體廠傢型號的ARM處理器,學習該處理器相關開發工具的使用,如開發環境、仿真器及評估闆等。然後,可以分析該處理器的外圍擴展方法,如SDRAM、NANDFlash、NORFlash、SD卡等,一般官方或第三方都會提供原理圖,可以嘗試分析原理圖。接著,要理解該處理器的啓動過程,嘗試從一塊裸闆逐步運行自己的應用程序,也可以參考官方的啓動代碼及例程。最後,就可以調試、測試該處理器的各種外圍部件,如定時器PWM、串口、LCD等,特彆是中斷及執行過程。
對於Linux的學習,盡管我們最終應用的是嵌入式Linux,但還是要先在PC下學習,原因是,無論基於PC還是嵌入式處理器,其Linux開發、編程、調試等都是相近的,而PC的性能、資源等都更加豐富,嵌入式Linux的開發環境通常也都建立在PC的Linux環境下,同時有大量Linux的相關專著、編程書籍等都是針對PC編寫的。至於學習的順序,筆者覺得應該先在PC上安裝一種常用的Linux發行版係統(以前是RedHat.現在常用Ubuntu),再買一兩本相應的入門書籍,熟悉一下Linux環境,學習常用的命令和操作(不一定多,基本、常用的就可以,以後在使用過程中再慢慢積纍),理解Linux下的目錄結構與作用等。其次,學習在Linux環境下編程,《GNU/Linux編程指南》或《UNIX環境高級編程》都可以,它們都是非常經典的專著,對文件描述符的概念,打開、讀、寫等操作的係列基礎知識都有介紹,如果沒有這些基礎而直接看《Linux設備驅動程序》會覺得睏難。再次,拿本內核的書翻翻,瞭解一下Linux內核源代碼樹的目錄結構、編譯等。最後,學習《Linux設備驅動程序》,理解驅動程序的結構框架等。根據實際需要,讀者也可學習網絡編程和圖形用戶界麵GUI編程,比較權威的書是《UNIX網絡編程》和《C++GUIQT4編程》;另外由於QTGUI是基於C++的,所以需要學習C++的知識,可參考《C++程序設計教程》一書。如果不想學C++,也可以選擇其他如MicroWindows、MiniGUI等。有瞭PC的Linux基礎及編程知識後,就可以直接應用於嵌入式係統瞭!此時需要一個硬件平颱(如開發闆或直接的産品等目標係統)和該平颱的開發環境。開發環境,一般的處理器原廠或第三方都會提供,所以不需要移植。它包括建立在PC宿主機上的編譯等工具和嵌入式Linux內核(包括硬件BSP等驅動)源碼。此時隻需學習開發環境的建立和使用,並將PC所學的知識應用於具體的嵌入式平颱。如果涉及硬件及驅動,那麼應該具備一定的硬件調試和解決問題的能力,此時單片機、ARM基礎知識及外圍設備接口的調試能力將起到很重要的作用。很多朋友(包括非電子、自動化專業的朋友)都希望自己將來能從事Linux驅動方麵的工作,認為學習瞭Linux驅動方麵的知識就行瞭,而往往忽略硬件本身的調試和解決問題的能力,我覺得這是不正確的。因為Linux驅動與前後颱控製硬件外設的區彆隻在於它與應用程序的接口,它要按照一定的結構和規則去驅動,這種規則涉及的也就是通常講的Linux的驅動知識和技術。它是固定的,容易掌握的,隻要去遵循就不會齣問題。而硬件及外設是韆變萬化的,所涉及的技術是多方麵的,除處理器本身外,還有各種接口及協議,數字、模擬技術等,在設計、調試時是很容易齣現問題的。此時就要求我們有一定的調試、測試手段和方法。所以筆者認為要想成為一名優秀的ARMLinux驅動工程師,首先必須是一名優秀的、具有豐富調試經驗的單片機或ARM處理器應用工程師,所以希望那些想從事ARMLinux底層驅動相關工作的朋友在還沒有機會接觸ARM和Linux時,不要對目前的單片機工作産生抵觸情緒,因為如果沒有一個紮實的單片機基礎和調試能力,即使有一個ARM和Linux的工作機會,您也很難成為這方麵最優秀的工程師。
深入探索嵌入式世界的鑰匙:ARM Linux 開發的奇妙旅程 在這個日新月異的技術時代,嵌入式係統已滲透到我們生活的方方麵麵,從智能傢居到工業自動化,從醫療設備到物聯網應用,其身影無處不在。而ARM架構作為嵌入式處理器的主流選擇,更是為無數創新産品提供瞭強大的算力支撐。在ARM處理器飛速發展的浪潮中,Linux操作係統的開放性、靈活性和強大的生態係統,使其成為嵌入式開發的首選平颱。本書正是為那些渴望踏入ARM Linux嵌入式開發領域,或是希望在現有基礎上深入實踐的開發者量身打造的一本深度指南。 本書並非簡單堆砌枯燥的理論知識,而是緻力於為您構建一套係統、全麵且極具實踐性的學習路徑。我們將從最基礎的概念入手,循序漸進地引導您理解ARM架構的精髓,掌握Linux操作係統的核心機製,並最終將兩者完美結閤,在實際的嵌入式開發項目中揮灑自如。我們深知,理論的理解是基礎,而實踐的經驗則是通往精通的橋梁。因此,本書將花費大量篇幅,通過精心設計的實驗、詳實的代碼示例以及貼近實際的項目開發流程,讓您在動手中學習,在實踐中成長。 一、 奠定堅實基礎:ARM架構與Linux操作係統的深度解析 在正式開啓ARM Linux開發之旅前,我們有必要為您的知識體係打下堅實的基礎。本書將首先帶您深入理解ARM處理器的核心架構。您將學習到ARM指令集的特點,不同ARM內核(如Cortex-A係列)的優勢與應用場景,以及CPU的工作模式、中斷機製、內存管理單元(MMU)的工作原理等關鍵概念。我們不會迴避復雜的細節,而是力求用清晰易懂的語言和生動的比喻,將這些看似抽象的概念具象化,讓您真正理解ARM處理器為何成為嵌入式領域不可或缺的力量。 緊接著,我們將聚焦於Linux操作係統。您將瞭解Linux內核的整體架構,包括進程管理、內存管理、文件係統、設備驅動模型以及係統調用等核心組件。我們將剖析Linux的引導過程,從BIOS/UEFI到Bootloader,再到內核的加載與初始化,讓您對操作係統的生命周期有一個完整的認識。同時,我們還將探討Linux的文件係統層次結構,理解用戶空間與內核空間的概念,以及如何利用Linux提供的豐富工具鏈進行開發和調試。 二、 開啓嵌入式開發之旅:從交叉編譯到嵌入式Linux的構建 掌握瞭ARM架構和Linux操作係統的基礎知識後,我們將正式進入嵌入式Linux開發的實操階段。首先,交叉編譯環境的搭建是嵌入式開發的第一步,也是至關重要的一步。本書將詳細指導您如何配置和使用交叉編譯工具鏈,包括GCC、Binutils等,並講解交叉編譯的工作原理,讓您能夠針對目標ARM硬件生成可執行程序。 隨後,我們將引導您構建屬於您自己的嵌入式Linux係統。這並非簡單的安裝現成係統,而是從源碼開始,一步步定製和裁剪,以適應您的特定嵌入式設備的需求。您將學習使用Buildroot或Yocto Project等強大的構建係統,理解其工作流程,掌握如何選擇和配置軟件包,以及如何生成根文件係統、內核鏡像和Bootloader。通過這一過程,您將深刻理解嵌入式Linux係統的組成與構建原理,為日後的係統移植和優化打下堅實基礎。 三、 深入核心:設備驅動開發與係統調優 在嵌入式係統中,設備驅動的開發是連接硬件與軟件的關鍵環節。本書將重點講解Linux設備驅動模型,包括字符設備、塊設備和網絡設備的驅動開發流程。您將學習如何編寫Linux內核模塊,理解設備樹(Device Tree)的作用與編寫方法,掌握常用的Linux設備驅動API,並學習如何使用`ioctl`、`read`、`write`等係統調用與驅動程序交互。通過大量的代碼示例,您將親手實現對GPIO、UART、SPI、I2C等常用外設的控製,從而真正掌握驅動開發的藝術。 除瞭驅動開發,係統調優也是提升嵌入式係統性能和穩定性的重要手段。本書將介紹Linux係統性能分析的常用工具,如`top`、`vmstat`、`iostat`等,並講解如何識彆係統瓶頸。您將學習如何針對CPU、內存、I/O等方麵進行優化,包括內核參數的調整、文件係統的選擇與優化、進程調度的策略等。此外,我們還將探討功耗管理,教您如何在資源受限的嵌入式環境中實現低功耗設計。 四、 進階實踐:網絡通信、文件係統與多媒體應用 嵌入式係統往往需要與其他設備或網絡進行通信。本書將詳細講解嵌入式Linux的網絡編程。您將學習Socket編程的基本原理,掌握TCP/IP協議棧的使用,並通過實例學習如何實現客戶端/服務器通信、HTTP通信等。您還將瞭解嵌入式設備上常用的網絡協議,如MQTT、CoAP等,並學習如何在Linux環境下實現這些協議。 文件係統在嵌入式係統中扮演著至關重要的角色。本書將深入探討嵌入式Linux常用的文件係統,如JFFS2、UBIFS、ext4等,分析它們的特點、優缺點以及適用場景。您將學習如何對文件係統進行格式化、掛載和管理,並瞭解文件係統的日誌機製和磨損均衡技術,以確保數據的可靠性和閃存的使用壽命。 隨著嵌入式設備功能的日益豐富,多媒體應用的開發也變得越來越重要。本書將為您揭示嵌入式Linux下的多媒體框架,如GStreamer。您將學習如何使用GStreamer來處理音頻和視頻數據,實現播放、錄製、轉碼等功能。通過實際項目,您將瞭解如何在嵌入式設備上構建攝像頭應用、音頻播放器等,為您的項目增添更多交互性和用戶體驗。 五、 實際項目開發:從構思到實現的全過程指導 理論學習固然重要,但將知識轉化為實際能力,離不開真實的開發項目。本書的最終目標是引導您完成一係列具有代錶性的嵌入式Linux開發項目。這些項目將覆蓋本書講解的各項知識點,從基礎的LED閃爍、按鍵控製,到稍復雜的網絡通信、傳感器數據采集,再到最終的多媒體應用開發,每一個項目都將為您提供清晰的需求分析、詳細的設計方案、完整的代碼實現以及嚴謹的測試驗證。 我們鼓勵您在學習過程中,將書中的示例進行修改和擴展,嘗試解決實際遇到的問題,並通過論壇、社區等渠道與開發者交流。我們相信,通過這一係列的實踐項目,您將積纍寶貴的實戰經驗,能夠獨立完成復雜的嵌入式Linux開發任務,並為未來的職業發展打下堅實的基礎。 本書的價值所在: 係統性與全麵性: 從基礎理論到高級實踐,覆蓋ARM Linux開發的全流程。 實踐導嚮: 大量代碼示例、實驗和項目,強調“在實踐中學習”。 深度解析: 深入剖析ARM架構和Linux內核原理,知其然更知其所以然。 前沿技術: 關注Buildroot、Yocto Project、Device Tree等當前主流的嵌入式開發技術。 實戰項目: 提供一係列具有代錶性的項目,幫助讀者鞏固和提升技能。 易於理解: 采用清晰的語言和生動的比喻,化繁為簡,讓復雜的技術變得易於掌握。 本書的目標是成為您在ARM Linux嵌入式開發道路上最忠實、最得力的夥伴。無論您是初學者,還是有一定基礎的開發者,都能從本書中獲益。讓我們一起踏上這場精彩紛呈的嵌入式開發之旅,用ARM Linux創造更多可能!