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嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā) ——基于ARM處理器通用平臺(第2版) 本書系統(tǒng)論述了基于ARM 處理器的嵌入式Linux 系統(tǒng)開發(fā)的原理、方法與實踐。全書共14 章,包括Linux 概述與系統(tǒng)管理、Linux 編程工具及網絡配置、Linux 腳本編程、Linux 內核開發(fā)基礎和Linux 驅動開發(fā)基礎與調試等內容。 本書融匯作者在Linux 系統(tǒng)教學、科研和實際項目研發(fā)中的經驗,實踐性強。在內容編排上,按照讀者學習的一般規(guī)律,結合大量實例講述,使讀者能高效地掌握嵌入式Linux 系統(tǒng)的基本原理和應用方法。 本書既可作為高等院校相關專業(yè)的教材,也可作為從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員的參考用書。 結合國內多所知名高校的嵌入式系統(tǒng)設計課程教學大綱和目前嵌入式系統(tǒng)相關就業(yè)的需求,在總結教學團隊豐富教學經驗的基礎上,作者重新梳理知識框架編寫了本書,力求層次清楚,概念清晰,內容翔實,可操作性強。首先,本書從嵌入式應用的角度出發(fā),介紹嵌入式操作系統(tǒng)的簡單應用,使讀者掌握嵌入式操作系統(tǒng)的基本操作和基本原理。其次,介紹Linux高級編程,使讀者掌握Linux高級編程的核心內容,提升應用開發(fā)與系統(tǒng)綜合管理的能力。最后,介紹Linux內核知識,使讀者掌握驅動開發(fā)的方法,力爭從實際應用的角度,培養(yǎng)讀者的邏輯思維和創(chuàng)新思維,提高他們分析、解決實際工程問題的能力。
教學資源
注:微課視頻在書中掃碼即可觀看,其他教學資源可到清華大學出版社網站本書頁面(或人工智能科學與技術微信公眾號)獲取。 第2版前言 近年來,嵌入式系統(tǒng)原理及應用課程在全國多所高校都有開設,我們編寫的最早的一本教材《ARM9嵌入式開發(fā)基礎與實例進階》在2012年由清華大學出版社出版,本書也是在此基礎上經過多年的教學和科研積累重新編寫完成的。嵌入式系統(tǒng)原理及應用課程在不同的學校,教學內容差異很大,授課的側重點也不同,如單片機(51、STM32)、微機原理、操作系統(tǒng)都可以歸到嵌入式系統(tǒng)范疇。典型的嵌入式產品開發(fā)涉及內容很廣,一本書很難覆蓋。從近幾年學生的就業(yè)情況來看,嵌入式應用軟件開發(fā)、驅動開發(fā)、硬件設計的工作崗位較多,而且對應的領域呈現(xiàn)專業(yè)細分趨勢;诖,在教學過程中我們試圖給學生一個全面的學習線路,讓學生沿著這條線路學習,深入了解嵌入式領域。傳統(tǒng)的嵌入式開發(fā)包括硬件設計、板級支持、應用程序開發(fā)、驅動程序開發(fā)等。 本書的內容主線:嵌入式操作系統(tǒng)Ubuntu的使用應用程序開發(fā)內核簡單驅動程序開發(fā)。因為學時限制,對于大部分開設該課程的院校,其授課內容只能到第9章網絡編程,這些內容相當于嵌入式系統(tǒng)學習的入門知識。而后面的內容,如內核、驅動程序開發(fā),對于嵌入式系統(tǒng)整個體系又非常重要。通過前9章的課堂學習,部分學生覺得適合學習這門課,想繼續(xù)該領域的研究,這些學生可以利用開發(fā)板完成內核驅動等相關知識的學習,掌握其核心內容。這次改版刪除了比較難的知識點:塊設備驅動和網絡設備驅動。這些知識點涉及內容較多,限于篇幅,無法講述清楚,對于已經熟練掌握了字符設備驅動的學生建議參考更為專業(yè)的資料學習。 本書第2版與第1版相比,主要的改動如下:一是操作系統(tǒng)由紅帽5改為Ubuntu操作系統(tǒng),目前Ubuntu操作系統(tǒng)在實際應用中更為普遍,支持也更友好,本書中所有的代碼均用Ubuntu重新編譯,同樣適用于不同的ARM處理器平臺;二是所有的代碼在i.MX8平臺驗證通過,該平臺由北京博創(chuàng)智聯(lián)科技有限公司提供,i.MX8平臺屬于嵌入式人工智能教學科研平臺,對于嵌入式的后續(xù)學習,如深度學習、人工智能和算法相關的課程都可以使用;三是結合現(xiàn)代教學手段講解,書中重要知識點通過微課視頻的方式呈現(xiàn),讓初學者快速上手,同時還提供程序代碼、教學大綱、教學課件、開源工具、實驗指導等配套 資源。 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)涉及內容較多,只要堅持學習,有疑問之處通過多種方式解決,舉一反三,相信一定能夠掌握。 本書第1~5章由蔣洪波編寫,第6~9章由程坤編寫,第10~14章由馮新宇編寫,全書由馮新宇負責統(tǒng)編,第4~9章視頻講解內容由程坤錄制完成,其他視頻內容由馮新宇錄制完成。 在本書再版過程中得到了北京博創(chuàng)智聯(lián)科技有限公司的大力支持,該公司提供了全套的實驗平臺,感謝蔣輝軍研發(fā)總監(jiān)的技術支持,陸海軍總經理、張經緯副總經理的協(xié)調配合。特別感謝清華大學出版社盛東亮編輯多年給予的支持。 感謝廣大讀者的支持,希望本書對您的學習和工作有所幫助,也希望您把對本書的意見和建議反饋給我們。 作 者 2023年10月 第1版前言 嵌入式系統(tǒng)及其應用是一個龐大的知識體系,筆者在多年的授課過程中,也很難選擇一本合適的書作為本科生的授課教材。結合課堂講稿和學生的部分畢業(yè)設計內容,以及在學生學習過程中經常遇到的問題,筆者整理成本書《嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)基于ARM處理器通用平臺》,之所以這么命名,是打破了以前ARM9體系或者ARM11體系的框架。Linux操作系統(tǒng)在ARM9之上的處理器均有較好的兼容,讀者稍加修改,代碼就能應用,所以命名時就回避了某一款處理器的限定。關于嵌入式有太多的內容可以介紹,本書側重應用,并介紹了當前嵌入式的發(fā)展。 嵌入式系統(tǒng)無疑是當前熱門、很有發(fā)展前途的IT應用領域。嵌入式系統(tǒng)用在某些特定的專用設備上,通常這些設備的硬件資源(如處理器、存儲器等)非常有限,并且對成本很敏感,有時還對實時響應等要求很高。特別是隨著消費家電的智能化,嵌入式更突顯重要。像我們平時常見的手機、PDA、電子字典、可視電話、數(shù)字相機、數(shù)字攝像機、機頂盒、高清電視、游戲機、智能玩具、交換機、路由器、數(shù)控設備或儀表、汽車電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航空航天設備等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結合的產品,從事嵌入式開發(fā)的人員主要分為如下兩類。 一類是無線電相關專業(yè)出身的人員,如電子工程、通信工程等專業(yè)出身的人員,主要從事硬件設計,有時需要開發(fā)一些與硬件關系密切的底層軟件(如BootLoader、Board Support Package)、初級的硬件驅動程序等。他們的優(yōu)勢是對硬件原理非常清楚,不足是他們更擅長定義各種硬件接口,但對復雜的軟件系統(tǒng)往往力不從心(如嵌入式操作系統(tǒng)原理和復雜的應用軟件等)。 另一類是軟件、計算機專業(yè)出身的人員,主要從事嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件的開 發(fā)。如果學軟件的人員對硬件原理和接口有較好的掌握,也完全可以編寫B(tài)SP和硬件驅動程序。嵌入式硬件設計完成后,各種功能就全靠軟件來實現(xiàn)。嵌入式設備的增值很大程度上取決于嵌入式軟件,設備越智能,系統(tǒng)越復雜,軟件的作用也就越關鍵,這是目前的發(fā)展趨勢。 目前,國內外嵌入式的相關人才都很稀缺。一方面,該領域入門門檻較高,不僅要了解較底層的軟件(如操作系統(tǒng)級、驅動程序級軟件),對軟件專業(yè)水平要求較高(如嵌入式系統(tǒng)對軟件設計的時間和空間效率要求較高),而且還必須熟悉硬件的工作原理,所以非專業(yè)IT人員很難切入這一領域;另一方面,該領域較新,發(fā)展太快,很多軟、硬件技術出現(xiàn)時間不長或正在出現(xiàn)(如ARM處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、MPEG技術、無線通信協(xié)議等),掌握這些新技術的人較少。嵌入式人才稀缺的根本原因可能是大多數(shù)人無條件接觸該領 域,這需要相應的嵌入式開發(fā)板和軟件,另外需要有經驗的人員進行開發(fā)流程的指導。 與企業(yè)計算等應用軟件的開發(fā)人員不同,嵌入式領域人才的工作強度通常較低,收入卻很高。而從事企業(yè)應用軟件的IT人員,開發(fā)完這個用戶的系統(tǒng),又要去開發(fā)下個用戶的系統(tǒng),并且每個用戶的需求和完成時間都必須按客戶要求改變,往往疲于奔命,重復勞動。相比而言,開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的公司,都有自己的產品計劃,按自己的節(jié)奏行事,所開發(fā)的產品通常是通用的,不會因客戶的不同而修改(或只是對軟件進行一些小修補)。某一型號的產品開發(fā)完成后,往往有較長的一段空閑時間,可進行充電和休整。另外,從事嵌入式軟件開發(fā)的人員的工作范圍相對狹窄,所涉及的專業(yè)技術范圍比較。ㄈ鏏RM、RTOS、MPEG、802.11等),隨著時間的累積,經驗也逐漸累積,寥寥數(shù)語的指導就足夠讓初學者琢磨半年。如果從事應用軟件開發(fā),可能不同的客戶的軟件開發(fā)平臺也完全不同,這會使得開發(fā)工作也相對更加辛苦。 嵌入式開發(fā)更注重的是練習,而嵌入式系統(tǒng)開發(fā)設計最難的是入門,所涉及知識較多,初學者很難從紛雜的知識中快速上手學習,現(xiàn)在市面上用于嵌入式開發(fā)的學習板比比皆是,價格都比較低廉,讀者可以購買一款相對通用的開發(fā)板,按照書中的操作練習,一步一步進行嵌入式開發(fā)的學習。任何知識的學習都是由淺入深,由感性認識到理性認識,掌握了本書的內容,相信讀者一定能夠掌握嵌入式入門開發(fā)的基本要領。 本書主要由馮新宇編寫。此外,第11~15章由蔣洪波編寫。參與編寫的還有楊昕宇、劉宇瑩、劉琳、史殿發(fā)、孟瑩等。 感謝廣州碾展公司的技術支持!感謝您選擇了本書,希望我們的努力對您的工作和學習有所幫助,也希望您把對本書的意見和建議反饋給我們。 作 者 2017年4月 馮新宇:黑龍江科技大學電氣與控制工程學院教授、碩士研究生導師,測控技術與儀器系副主任。兼任國家電網黑龍江省電力公司、哈爾濱市科技局項目評審專家。長期從事嵌入式系統(tǒng)、電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與礦山安全監(jiān)控領域的教學和研究工作。主持及參與國家級、省部級及企業(yè)合作科研項目20余項。出版著作12部,代表性著作有《ARM Cortex-M3嵌入式系統(tǒng)原理及應用》《四旋翼無人飛行器設計》與《ADS2009射頻電路設計與仿真》。 第一部分 Linux系統(tǒng)及基本操作 視頻目錄
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