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嵌入式Linux 技术体系

嵌入式Linux开发​

学习一个技术时，首先要搞清楚是什么，因此本文首先对嵌入式linux开发内容是什么做一个梳理。
嵌入式Linux开发可大体分为三个维度：

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  • 系统移植
  • 驱动开发
  • 应用开发

基本内容知识结构如下图所表示，接下来将对其作更详细的总结：

系统移植​

系统移植部分主要内容是在自己的开发板上将Linux系统跑起来，主要有三大件：

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  • BootLoader
  • Linux Kernel
  • RootFs

Linux启动流程​

Linux的启动流程如下图所示：

BootLoader​

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  • BootLoader像一个秘书，他负责老板开会前的各项准备，所有的工作是为老板服务

Linux 系统要启动就必须需要一个 bootloader 程序，也就说芯片上电以后先运行一段bootloader 程序。这段 bootloader 程序会先初始化DDR 等外设，然后将 Linux 内核从 flash(NAND，NOR FLASH，SD，MMC 等)拷贝到 DDR 中，最后启动 Linux 内核。当然了，bootloader 的实际工作要复杂的多，但是它最主要的工作就是启动 Linux 内核，bootloader 和 Linux 内核的关系就跟 PC 上的 BIOS 和 Windows 的关系一样，bootloader 就相当于 BIOS。所以我们要先搞定bootloader，很庆幸，有很多现成的 bootloader 软件可以使用，比如 U-Boot、vivi、RedBoot 等等，其中以 U-Boot 使用最为广泛。

连接开发板串口，打开MobaXterm工具，可看到如下信息：

Uboot本质上是一段裸机程序，带有Sheel可以通过串口终端进行交互，并且前人已经写好许多功能，在此基础上适配自己的开发板使我们要做的工作。（与在STM32上RT-Thread上所使用的Finsh相差不多，串口终端）

Uboot有许多版本，Uboot官方SourceCode < U-Boot < DENX是最原始的版本，其次芯片厂商（如NXP）会为自己的芯片维护一个版本

移植的话一般基于芯片厂商所维护的版本，会减少一些工作量。

Linux Kernel​

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Linux内核是Linux操作系统最关键部分，他负责提供操作系统底层功能，如进程/线程调度、内存管理、驱动管理等等。

移植好 U-Boot 以后再移植 Linux 内核，

RootFs​

移植完 Linux 内核以后Linux 还不能正常启动，还需要再移植一个根文件系统(rootfs)，根文件系统里面包含了一些最常用的命令和文件。所以 U-Boot、Linux kernel 和 rootfs 这三者一起构成了一个完整的 Linux 系统，一个可以正常使用、功能完善的 Linux 系统。在本篇我们就来讲解 U-Boot、Linux Kernel 和rootfs 的移植，与其说是“移植”，倒不如说是“适配”，因为大部分的移植工作都由 NXP 完成了，我们这里所谓的“移植”主要是使其能够在 I.MX6U-ALPHA 开发板上跑起来。

驱动开发​

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未完待续...

应用开发​

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未完待续...

开发板简介​

核心板​

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正点原子 I.MX6ULL EMMC 版核心板板载资源如下：

  • CPU：MCIMX6Y2CVM08AB（工业级），800MHz(实际 792MHz)，BGA289

  • 外扩 DDR3L：NT5CC256M16EP-EK，512MB 字节，商业级。

  • EMMC：KLM8G1GET，这是一个 8GB 的 EMMC 芯片。

  • 两个 2*30 的防反插 BTB 座，共引出 120 PIN

CPU: MCIMX6Y2CVM08AB​

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核心板的 CPU型号为 MCIMX6Y2CVM08AB，主频为800MHz(实际 792MHz)。此部分原理图主要是 I.MX6U 的部分 IO 原理图，比如 SNVS_TAMPER0~9、JTAG 外设 IO、USDHC1 外设 IO、UART 外设 IO、USB 外设 IO 等。

该芯片采用 Coretx-A7 内核，自带 32KB 的 L1 指令 Cache、32KB 的L1 数据 Cache、128KB 的 L2Cache、集成 NEON 和 SIMDv2、支持硬件浮点(FPU)计算单元，浮点计算架构为 VFPv4-D32、1 个 RGB LCD 接口、2 个 CAN 接口、2 个 10M/100M 网络接口、2 个 USB OTG 接口(USB2.0)、2 路 ADC、8 个串口、3 个 SAI、4 个定时器、8 路 PWM、4 路I2C 接口、4 路 SPI 接口、一路 CSI 摄像头接口、2 个 USDHC 接口，支持 4 位 SD 卡，最高可以支持 UHS-I SDR 104 模式，支持 1/4/8 位的 EMMC，最高可达 HS200 模式、一个外部存储接口、支持 16 位的 LPDDR2-800、DDR3-800 和 DDR3L-800、支持 8 位的 MLC/SLC NAND Flash，支持 2KB、4KB 和 8KB 页大小，以及 124 个通用 IO 口等。

DDR3L: NT5CC256M16EP​

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图中，U5 就是 DDR3L 芯片，根据配置的不同，一共有两种型号，分别为：NT5CC256M16EP-EK(512MB)和 NT5CC128M16JR-EK(256MB)。该芯片挂在 I.MX6U 的 MMDC 接口上。

EMMC: KLM8G1GET​

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核心板上板载的存储芯片EMMC 版本使用 8GB 的 EMMC，型号为 KLM8G1GET。EMMC 也是存储 Flash，相比 NAND Flash，EMMC 使用简单(和 SD 类似)、速度快、容量高。目前 EMMC 已经逐渐的取代了 NAND Flash，尤其是在手机、平板领域。

扩展板​

开发板是正点原子I.MX6U-MINI-ALPHA，芯片为NXP I.MX6U，架构为ARM-V7。采用了核心板加底板的设计，如下图所示。

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正点原子 I.MX6U-Mini 开发板底板板主要载资源如下：

  • 1 路 CAN 接口，采用 TJA1050 芯片。
  • 1 路 485 接口，采用 SP3485 芯片。
  • 1 个 USB 串口，可用于代码调试。
  • 1 个 USB HOST 接口，用于 USB 主机通信。
  • 1 个有源蜂鸣器 。
  • 1 个 RS232/RS485 选择接口。
  • 1 个 TF 卡接口。
  • 1 个 10M/100M 以太网接口（RJ45）
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