嵌入式LINUX开发（英文版）

Chapter 1　Introduction　1

1.1　Why Linux?　2

1.2　Embedded Linux Today　3

1.3　Open Source and the GPL　3

1.3.1　Free Versus Freedom　4

1.4　Standards and Relevant Bodies　5

1.4.1　Linux Standard Base　5

1.4.2　Open Source Development Labs　5

1.5　Chapter Summary　7

1.5.1　Suggestions for Additional Reading　7

Chapter 2　Your First Embedded Experience　9

2.1　Embedded or Not?　10

2.1.1　BIOS Versus Bootloader　11

2.2　Anatomy of an Embedded System　12

2.2.1　Typical Embedded Linux Setup　14

2.2.2　Starting the Target Board　15

2.2.3　Booting the Kernel　16

2.2.4　Kernel Initialization: Overview　17

2.2.5　First User Space Process: init　19

2.3　Storage Considerations　19

2.3.1　Flash Memory　20

2.3.2　NAND Flash　22

2.3.3　Flash Usage　23

2.3.4　Flash File Systems　24

2.3.5　Memory Space　25

2.3.6　Execution Contexts　26

2.3.7　Process Virtual Memory　28

2.3.8　Cross-Development Environment　30

2.4　Embedded Linux Distributions　32

2.4.1　Commercial Linux Distributions　33

2.4.2　Do-It-Yourself Linux Distributions　34

2.5　Chapter Summary　34

2.5.1　Suggestions for Additional Reading　35

Chapter 3　Processor Basics　37

3.1　Stand-alone Processors　38

3.1.1　IBM 970FX　39

3.1.2　Intel Pentium M　39

3.1.3　Freescale MPC7448　40

3.1.4　Companion Chipsets　41

3.2　Integrated Processors: Systems on Chip　43

3.2.1　PowerPC　44

3.2.2　AMCC PowerPC　44

3.2.3　Freescale PowerPC　47

3.2.4　MIPS　52

3.2.5　Broadcom MIPS　53

3.2.6　AMD MIPS　55

3.2.7　Other MIPS　56

3.2.8　ARM　56

3.2.9　TI ARM　56

3.2.10　Freescale ARM　58

3.2.11　Intel ARM XScale　59

3.2.12　Other ARM　60

3.2.13　Other Architectures　60

3.3　Hardware Platforms　61

3.3.1　CompactPCI　61

3.3.2　ATCA　61

3.4　Chapter Summary　62

3.4.1　Suggestions For Additional Reading　63

Chapter 4　The Linux Kernel——A Different Perspective　65

4.1　Background　66

4.1.1　Kernel Versions　67

4.1.2　Kernel Source Repositories　69

4.2　Linux Kernel Construction　70

4.2.1　Top-Level Source Directory　70

4.2.2　Compiling the Kernel　71

4.2.3　The Kernel Proper: vmlinux　73

4.2.4　Kernel Image Components　75

4.2.5　Subdirectory Layout　79

4.3　Kernel Build System　79

4.3.1　The Dot-Config　80

4.3.2　Configuration Editor(s)　82

4.3.3　Makefile Targets　85

4.3.4　Kernel Configuration　88

4.3.5　Custom Configuration Options　90

4.3.6　Kernel Makefiles　94

4.3.7　Kernel Documentation　95

4.4　Obtaining a Linux Kernel　96

4.4.1　What Else Do I Need?　96

4.5　Chapter Summary　97

4.5.1　Suggestions for Additional Reading　98

Chapter 5　Kernel Initialization　99

5.1　Composite Kernel Image: Piggy and Friends　100

5.1.1　The Image Object　103

5.1.2　Architecture Objects　104

5.1.3　Bootstrap Loader　105

5.1.4　Boot Messages　106

5.2　Initialization Flow of Control　109

5.2.1　Kernel Entry Point: head.o　111

5.2.2　Kernel Startup: main.c　113

5.2.3　Architecture Setup　114

5.3　Kernel Command Line Processing　114

5.3.1　The __setup Macro　116

5.4　Subsystem Initialization　121

5.4.1　The *__initcall Macros　122

5.5　The init Thread　123

5.5.1　Initialization via initcalls　125

5.5.2　Final Boot Steps　126

5.6　Chapter Summary　128

5.6.1　Suggestions for Additional Reading　128

Chapter 6　System Initialization　129

6.1　Root File System　130

6.1.1　FHS: File System Hierarchy Standard　131

6.1.2　File System Layout　131

6.1.3　Minimal File System　132

6.1.4　The Root FS Challenge　134

6.1.5　Trial-and-Error Method　135

6.1.6　Automated File System Build Tools　135

6.2　Kernel’s Last Boot Steps　136

6.2.1　First User Space Program　137

6.2.2　Resolving Dependencies　138

6.2.3　Customized Initial Process　138

6.3　The Init Process　139

6.3.1　inittab　142

6.3.2　Example Web Server Startup Script　144

6.4　Initial RAM Disk　145

6.4.1　Initial RAM Disk Purpose　146

6.4.2　Booting with initrd　146

6.4.3　Bootloader Support for initrd　147

6.4.4　initrd Magic: linuxrc　149

6.4.5　The initrd Plumbing　150

6.4.6　Building an initrd Image　151

6.5　Using initramfs　152

6.6　Shutdown　153

6.7　Chapter Summary　154

6.7.1　Suggestions for Additional Reading　155

Chapter 7　Bootloaders　157

7.1　Role of a Bootloader　158

7.2　Bootloader Challenges　159

7.2.1　DRAM Controller　159

7.2.2　Flash Versus RAM　160

7.2.3　Image Complexity　160

7.2.4　Execution Context　163

7.3 A　Universal Bootloader: Das U-Boot　164

7.3.1　System Configuration: U-Boot　164

7.3.2　U-Boot Command Sets　167

7.3.3　Network Operations　167

7.3.4　Storage Subsystems　170

7.3.5　Booting from Disk: U-Boot　171

7.4　Porting U-Boot　172

7.4.1　EP405 U-Boot Port　172

7.4.2　U-Boot Makefile Configuration Target　174

7.4.3　EP405 Processor Initialization　174

7.4.4　Board-Specific Initialization　177

7.4.5　Porting Summary　180

7.4.6　U-Boot Image Format　181

7.5　Other Bootloaders　183

7.5.1　Lilo　183

7.5.2　GRUB　184

7.5.3　Still More Bootloaders　186

7.6　Chapter Summary　186

7.6.1　Suggestions for Additional Reading　187

Chapter 8　Device Driver Basics　189

8.1　Device Driver Concepts　190

8.1.1　Loadable Modules　191

8.1.2　Device Driver Architecture　192

8.1.3　Minimal Device Driver Example　192

8.1.4　Module Build Infrastructure　193

8.1.5　Installing Your Device Driver　197

8.1.6　Loading Your Module　198

8.2　Module Utilities　199

8.2.1　insmod　199

8.2.2　Module Parameters　199

8.2.3　lsmod　201

8.2.4　modprobe　201

8.2.5　depmod　203

8.2.6　rmmod　203

8.2.7　modinfo　204

8.3　Driver Methods　205

8.3.1　Driver File System Operations　205

8.3.2　Device Nodes and mknod　208

8.4　Bringing It All Together　209

8.5　Device Drivers and the GPL　211

8.6　Chapter Summary　211

8.6.1　Suggestions for Additional Reading　212

Chapter 9　File Systems　213

9.1　Linux File System Concepts　214

9.1.1　Partitions　214

9.2　ext2　216

9.2.1　Mounting a File System　218

9.2.2　Checking File System Integrity　219

9.3　ext3　221

9.4　ReiserFS　224

9.5　JFFS2　225

9.6　cramfs　228

9.7　Network File System　230

9.7.1　Root File System on NFS　232

9.8　Pseudo File Systems　234

9.8.1　Proc File System　234

9.8.2　sysfs　238

9.9　Other File Systems　240

9.10　Building a Simple File System　242

9.11　Chapter Summary　243

9.11.1　Suggestions for Additional Reading　244

Chapter 10　MTD Subsystem　247

10.1　Enabling MTD Services　248

10.1.1　Building MTD　250

10.2　MTD Basics　251

10.2.1　Configuring MTD　253

10.3　MTD Partitions　253

10.3.1　Redboot Partition Table Partitioning 　255

10.3.2　Kernel Command Line Partitioning　259

10.3.3　Mapping Driver　260

10.3.4　Flash Chip Drivers　262

10.3.5　Board-Specific Initialization　263

10.4　MTD Utilities　265

10.4.1　JFFS2 Root File System　268

10.5　Chapter Summary　270

10.5.1　Suggestions for Additional Reading　271

Chapter 11　BusyBox　273

11.1　Introduction to BusyBox　274

11.1.1　BusyBox is Easy　275

11.2　BusyBox Configuration　275

11.2.1　Cross-Compiling BusyBox　277

11.3　BusyBox Operation　278

11.3.1　BusyBox Init　281

11.3.2　Example rcS Initialization Script　283

11.3.3　BusyBox Target Installation　284

11.3.4　BusyBox Commands　286

11.4　Chapter Summary　288

11.4.1　Suggestions for Additional Reading　288

Chapter 12　Embedded Development Environment　289

12.1　Cross-Development Environment　290

12.1.1　“Hello World”——Embedded　291

12.2　Host System Requirements　295

12.2.1　Hardware Debug Probe　296

12.3　Hosting Target Boards　296

12.3.1　TFTP Server　296

12.3.2　BOOTP/DHCP Server　298

12.3.3　NFS Server　300

12.3.4　Target NFS Root Mount　302

12.3.5　U-Boot NFS Root Mount Example　304

12.4　Chapter Summary　306

12.4.1　Suggestions for Additional Reading　307

Chapter 13　Development Tools　309

13.1　GNU Debugger (GDB)　310

13.1.1　Debugging a Core Dump　311

13.1.2　Invoking GDB　313

13.1.3　Debug Session in GDB　315

13.2　Data Display Debugger　317

13.3　cbrowser/cscope　319

13.4　Tracing and Profiling Tools　321

13.4.1　strace　321

13.4.2　strace Variations　325

13.4.3　ltrace　327

13.4.4　ps　328

13.4.5　top　330

13.4.6　mtrace　332

13.4.7　dmalloc　334

13.4.8　Kernel Oops　337

13.5　Binary Utilities　340

13.5.1　readelf　340

13.5.2　Examining Debug Info Using readelf　342

13.5.3　objdump　344

13.5.4　objcopy　345

13.6　Miscellaneous Binary Utilities　346

13.6.1　strip　346

13.6.2　addr2line　346

13.6.3　strings　347

13.6.4　ldd　347

13.6.5　nm　348

13.6.6　prelink　349

13.7　Chapter Summary　349

13.7.1　Suggestions for Additional Reading　350

Chapter 14　Kernel Debugging Techniques　351

14.1　Challenges to Kernel Debugging　352

14.2　Using KGDB for Kernel Debugging　353

14.2.1　KGDB Kernel Configuration　355

14.2.2　Target Boot with KGDB Support　355

14.2.3　Useful Kernel Breakpoints　358

14.3　Debugging the Linux Kernel　360

14.3.1　gdb Remote Serial Protocol　361

14.3.2　Debugging Optimized Kernel Code　364

14.3.3　gdb User-Defined Commands　369

14.3.4　Useful Kernel gdb Macros　370

14.3.5　Debugging Loadable Modules　378

14.3.6　printk Debugging　383

14.3.7　Magic SysReq Key　384

14.4　Hardware-Assisted Debugging　385

14.4.1　Programming Flash Using a JTAG Probe　387

14.4.2　Debugging with a JTAG Probe　389

14.5　When It Doesn’t Boot　392

14.5.1　Early Serial Debug Output　393

14.5.2　Dumping the printk Log Buffer　394

14.5.3　KGDB on Panic　396

14.6　Chapter Summary　397

14.6.1　Suggestions for Additional Reading　398

Chapter 15　Debugging Embedded Linux Applications　399

15.1　Target Debugging　400

15.2　Remote (Cross) Debugging　400

15.2.1　gdbserver　403

15.3　Debugging with Shared Libraries　405

15.3.1　Shared Library Events in GDB　407

15.4　Debugging Multiple Tasks　411

15.4.1　Debugging Multiple Processes　411

15.4.2　Debugging Multithreaded Applications　414

15.4.3　Debugging Bootloader/Flash Code　417

15.5　Additional Remote Debug Options　417

15.5.1　Debugging via Serial Port　418

15.5.2　Attaching to a Running Process　418

15.6　Chapter Summary　419

15.6.1　Suggestions for Additional Reading　419

Chapter 16　Porting Linux　421

16.1　Linux Source Organization　422

16.1.1　The Architecture Branch　422

16.2　Custom Linux for Your Board　424

16.2.1　Prerequisites and Assumptions　426

16.2.2　Customizing Kernel Initialization　427

16.2.3　Static Kernel Command Line　429

16.3　Platform Initialization　431

16.3.1　Early Variable Access　435

16.3.2　Board Information Structure　436

16.3.3　Machine-Dependent Calls　438

16.4　Putting It All Together　439

16.4.1　Other Architectures　442

16.5　Chapter Summary　442

16.5.1　Suggestions for Additional Reading　443

Chapter 17　Linux and Real Time　445

17.1　What Is Real Time?　446

17.1.1　Soft Real Time　446

17.1.2　Hard Real Time　446

17.1.3　Linux Scheduling　447

17.1.4　Latency　447

17.2　Kernel Preemption　449

17.2.1　Impediments to Preemption　449

17.2.2　Preemption Models　451

17.2.3　SMP Kernel　452

17.2.4　Sources of Preemption Latency　453

17.3　Real-Time Kernel Patch　453

17.3.1　Real-Time Features　455

17.3.2　O(1) Scheduler　458

17.3.3　Creating a Real-Time Process　458

17.3.4　Critical Section Management　459

17.4　Debugging the Real-Time Kernel　460

17.4.1　Soft Lockup Detection　460

17.4.2　Preemption Debugging　461

17.4.3　Debug Wakeup Timing　461

17.4.4　Wakeup Latency History　462

17.4.5　Interrupt Off Timing　462

17.4.6　Interrupt Off History　462

17.4.7　Latency Tracing　464

17.4.8　Debugging Deadlock Conditions　466

17.4.9　Runtime Control of Locking Mode　467

17.5　Chapter Summary　467

17.5.1　Suggestions for Additional Reading　467

Appendix A: GNU Public License　469

Appendix B: U-Boot Configurable Commands　479

Appendix C: BusyBox Commands　483

Appendix D: SDRAM Interface Considerations　491

D.1　SDRAM Basics　492

D.1.1　SDRAM Refresh　493

D.2　Clocking　494

D.3　SDRAM Setup　495

D.4　Summary　500

D.4.1　Suggestions for Additional Reading　500

Appendix E: Open Source Resources　501

Appendix F: Sample BDI-2000 Configuration File　505

Index　513