Linux與嵌入式系統(tǒng)

第1章  嵌入式系統(tǒng)    1
1.1  關(guān)于嵌入式系統(tǒng)    1
1.1.1  嵌入式系統(tǒng)概念    1
1.1.2  嵌入式處理器    2
1.2  關(guān)于嵌入式操作系統(tǒng)    4
1.2.1  從嵌入式系統(tǒng)到嵌入式操作系統(tǒng)    4
1.2.2  典型的嵌入式操作系統(tǒng)    5
1.3  嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用    7
1.4  典型嵌入式系統(tǒng)    9
1.4.1  VxWorks和pSOS    9
1.4.2  OSKit    16
1.4.3  Palm OS    21
1.4.4  μC/OS和μC/OS-II    24
1.4.5  QNX實時操作系統(tǒng)    28
第2章  Linux    33
2.1  Linux簡介    33
2.1.1  Linux的歷史    33
2.1.2  Linux的發(fā)行版本    34
2.1.3  Linux的特點    36
2.2  Linux內(nèi)核    37
2.2.1  內(nèi)核概況    37
2.2.2  進(jìn)程管理    39
2.2.3  存儲管理    47
2.2.4  文件系統(tǒng)管理    58
2.2.5  設(shè)備管理    68
2.2.6  系統(tǒng)啟動    73
2.3  Linux應(yīng)用    75
2.3.1  Linux在大型服務(wù)器上的應(yīng)用    75
2.3.2  Linux在桌面端的應(yīng)用    76
2.3.3  Linux在嵌入式環(huán)境中的應(yīng)用    77
2.4  主流嵌入式Linux系統(tǒng)    78
2.4.1  μClinux    78
2.4.2  RTLinux和RTAI    80
2.4.3  MontaVista Linux    84
2.4.4  LynxOS    87
第3章  嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程    90
3.1  需求分析和概要設(shè)計    90
3.1.1  嵌入式系統(tǒng)的概念和組成    90
3.1.2  系統(tǒng)需求分析    90
3.1.3  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型建立方式    91
3.1.4  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型實現(xiàn)流程    92
3.2  硬件    93
3.2.1  嵌入式處理器    93
3.2.2  存儲設(shè)備    94
3.2.3  外圍設(shè)備    95
3.2.4  典型的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺    97
3.2.5  Lineo的μCSimm    98
3.2.6  ARM的ARM Evaluator-7T    102
3.3  軟件    106
3.3.1  嵌入式系統(tǒng)的軟件組成    106
3.3.2  嵌入式軟件的基本開發(fā)流程    109
3.3.3  嵌入式操作系統(tǒng)    110
3.4  嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)過程    111
3.4.1  開發(fā)    111
3.4.2  編譯和連接    112
3.4.3  重定位和下載    113
3.4.4  調(diào)試    113
第4章  嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)    116
4.1  快速啟動    116
4.2  開機(jī)畫面    121
4.2.1  隱藏字符信息    121
4.2.2  顯示用戶定義的畫面    122
4.3  ramdisk技術(shù)    123
4.4  系統(tǒng)小型化    125
4.4.1  內(nèi)核配置    125
4.4.2  嵌入式C庫    127
4.4.3  小型shell    130
4.5  系統(tǒng)移植    132
4.5.1  建立交叉編譯環(huán)境    132
4.5.2  內(nèi)核移植    136
4.5.3  bootloader    139
第5章  嵌入式Linux系統(tǒng)的進(jìn)程    141
5.1  Linux在實時方面的缺陷    141
5.2  Linux實時化的關(guān)鍵問題    143
5.3  Linux實時化改造的典型方法    144
5.3.1  外部實時性擴(kuò)展    144
5.3.2  內(nèi)部實時性改造    160
5.4  實時應(yīng)用程序的編寫    164
5.5  實時程序的測試    167
第6章  嵌入式Linux系統(tǒng)的存儲管理    169
6.1  缺少MMU支持的內(nèi)存管理    169
6.1.1  3種內(nèi)存管理模型    170
6.1.2  標(biāo)準(zhǔn)Linux的內(nèi)存管理    170
6.1.3  μClinux的內(nèi)存管理    171
6.1.4  μClinux內(nèi)存管理的局限性    172
6.2  μClinux內(nèi)存管理的實現(xiàn)    173
6.2.1  內(nèi)存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    173
6.2.2  物理空間管理    174
6.2.3  內(nèi)核內(nèi)存的申請和釋放    175
6.2.4  內(nèi)存映射    176
6.3  內(nèi)存管理模塊的啟動初始化    178
6.3.1  setup_arch()    178
6.3.2  paing_init()    179
6.3.3  free_area_init()    180
6.3.4  mem_init()    180
6.4  可執(zhí)行程序的加載    180
6.4.1  用戶程序的內(nèi)存分布    180
6.4.2  reloc段機(jī)制    181
6.4.3  flat可執(zhí)行文件格式    182
6.4.4  執(zhí)行文件加載流程    183
第7章  嵌入式Linux系統(tǒng)的文件系統(tǒng)    187
7.1  嵌入式系統(tǒng)的存儲    187
7.2  文件系統(tǒng)類型    188
7.2.1  cramfs    188
7.2.2  romfs    190
7.3  日志文件系統(tǒng)    193
7.3.1  文件系統(tǒng)完整性    193
7.3.2  日志文件系統(tǒng)    194
7.3.3  jffs與jffs2文件系統(tǒng)    195
7.3.4  ReiserFS文件系統(tǒng)    197
7.3.5  ext3文件系統(tǒng)    198
7.3.6  xfs文件系統(tǒng)    199
7.4  文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)    200
7.4.1  /etc目錄    201
7.4.2  /bin目錄    204
7.4.3  /sbin目錄    205
7.4.4  /dev目錄    206
7.5  小結(jié)    207
第8章  嵌入式Linux的GUI    208
8.1  嵌入式GUI    208
8.1.1  嵌入式GUI的概念    208
8.1.2  一些成熟的嵌入式GUI    209
8.2  典型的嵌入式GUI—Microwindows    210
8.2.1  Microwindows的設(shè)備驅(qū)動    211
8.2.2  與設(shè)備無關(guān)的圖形引擎    214
8.2.3  Nano-X的窗口管理和API    218
8.2.4  Microwindows在Linux Frame Buffer上運(yùn)行    229
8.3  其他知名嵌入式GUI    230
8.3.1  面向?qū)崟r的MiniGUI    230
8.3.2  應(yīng)用廣泛的Qt/Embedded    232
8.4  嵌入式GUI的應(yīng)用    233
8.4.1  嵌入式GUI上的其他軟件    233
8.4.2  嵌入式GUI的應(yīng)用    236
8.5  小結(jié)    237
第9章  嵌入式Linux系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)及其優(yōu)化技術(shù)    238
9.1  嵌入式Internet及其應(yīng)用    238
9.1.1  嵌入式Internet技術(shù)的興起    238
9.1.2  嵌入式Internet技術(shù)    240
9.2  網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的定制    243
9.2.1  Linux的網(wǎng)絡(luò)代碼分布及特點    243
9.2.2  網(wǎng)絡(luò)部分內(nèi)核編譯配置    245
9.2.3  TCP/IP協(xié)議的定制    247
9.3  Linux中TCP/IP協(xié)議應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)    253
9.3.1  實現(xiàn)快速上下文切換的設(shè)想    253
9.3.2  網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器    255
9.4  Linux IP報文轉(zhuǎn)發(fā)及防火墻實現(xiàn)分析    260
9.4.1  IP數(shù)據(jù)報文流    260
9.4.2  netfilter框架    263
9.4.3  netfilter的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）的實現(xiàn)    267
9.4.4  IPTables: netfilter體系的規(guī)則載體    271
9.5  基于Linux的家庭網(wǎng)關(guān)及其優(yōu)化技術(shù)    273
9.5.1  改變網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作模式    274
9.5.2  轉(zhuǎn)發(fā)報文不再往上經(jīng)由IP層    277
9.5.3  NAT的重寫    280
第10章  嵌入式系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境    286
10.1  綜述    287
10.1.1  集成開發(fā)環(huán)境    287
10.1.2  嵌入式軟件開發(fā)    288
10.1.3  Python開發(fā)環(huán)境    291
10.2  代碼編輯模塊    292
10.2.1  代碼編輯功能    292
10.2.2  PygtkScintilla    293
10.2.3  EideP代碼編輯模塊的實現(xiàn)    294
10.3  軟件調(diào)試模塊    296
10.3.1  軟件調(diào)試功能簡介    296
10.3.2  gdb前端（front-end）軟件分析    297
10.3.3  gdb圖形前端的實現(xiàn)    298
10.3.4  輸出信息提取的實現(xiàn)    300
10.3.5  功能實現(xiàn)    301
10.4  JTAG在線調(diào)試的實現(xiàn)    302
10.4.1  標(biāo)準(zhǔn)的JTAG協(xié)議    303
10.4.2  PXA255中JTAG調(diào)試接口協(xié)議    305
10.4.3  PXA255中debug相關(guān)的寄存器及其訪問方式    307
10.4.4  PXA255中debug相關(guān)的JTAG命令    312
10.4.5  JTAG在線調(diào)試實現(xiàn)思想    314
10.4.6  底層JTAG操作模塊    315
10.4.7  host debugger    318
10.4.8  Pygdbserver    326
10.4.9  debug handler    329
10.4.10  用JTAG調(diào)試的例子    333
10.5  小結(jié)    335
第11章  嵌入式系統(tǒng)案例——機(jī)頂盒    336
11.1  機(jī)頂盒需求分析    336
11.1.1  機(jī)頂盒基本概念    336
11.1.2  所需功能    337
11.2  機(jī)頂盒概要設(shè)計    338
11.2.1  建立需求庫    338
11.2.2  進(jìn)行需求映射    339
11.3  機(jī)頂盒硬件設(shè)計    340
11.4  機(jī)頂盒軟件設(shè)計    341
11.4.1  GUI設(shè)計    343
11.4.2  系統(tǒng)裁減和壓縮    348
11.4.3  網(wǎng)絡(luò)設(shè)計    355
11.4.4  系統(tǒng)啟動優(yōu)化    358
11.5  小結(jié)    359
第12章  嵌入式系統(tǒng)案例——寬帶路由器    360
12.1  寬帶路由器及Nanos操作系統(tǒng)    360
12.1.1  典型寬帶路由器的功能    360
12.1.2  Nanos操作系統(tǒng)    361
12.2  操作系統(tǒng)的設(shè)計    361
12.2.1  Nanos操作系統(tǒng)的設(shè)計思想    361
12.2.2  關(guān)鍵部分的設(shè)計思想    362
12.3  任務(wù)管理的實現(xiàn)    363
12.3.1  任務(wù)狀態(tài)    363
12.3.2  任務(wù)控制塊和就緒表    364
12.3.3  任務(wù)的創(chuàng)建與刪除    366
12.3.4  任務(wù)等待和掛起    367
12.3.5  任務(wù)調(diào)度    368
12.3.6  信號量    369
12.4  內(nèi)存管理的實現(xiàn)    371
12.4.1  內(nèi)存尋址    371
12.4.2  伙伴系統(tǒng)算法    373
12.4.3  Cache與Slab分配器    375
12.5  中斷與異常    378
12.6  Nanos的PCI總線驅(qū)動和8139網(wǎng)卡驅(qū)動    380
12.6.1  PCI總線驅(qū)動    380
12.6.2  設(shè)計通用PCI設(shè)備驅(qū)動接口    383
12.6.3  rtl8139網(wǎng)卡驅(qū)動程序的實現(xiàn)    384
12.7  操作系統(tǒng)的初始化    386
12.7.1  系統(tǒng)的引導(dǎo)    386
12.7.2  內(nèi)存管理的初始化    387
12.7.3  其他部分的初始化    388
12.8  網(wǎng)卡的半輪詢工作模式    389
12.9  網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換——NAT    391
12.9.1  模塊的定義    391
12.9.2  NAT模塊    392
12.9.3  模塊的實現(xiàn)    393
12.10  小結(jié)    406
第13章  嵌入式系統(tǒng)案例——基于Linux的家用網(wǎng)關(guān)    407
13.1  系統(tǒng)概述    407
13.1.1  硬件設(shè)計    407
13.1.2  軟件設(shè)計    408
13.1.3  準(zhǔn)備工作    408
13.2  搭建基本系統(tǒng)    409
13.2.1  編譯工具鏈    410
13.2.2  內(nèi)核的編譯    411
13.2.3  BusyBox的編譯和安裝    412
13.2.4  系統(tǒng)的配置    413
13.2.5  內(nèi)核的安裝    414
13.3  創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)連接    415
13.3.1  靜態(tài)IP的設(shè)置    416
13.3.2  動態(tài)IP客戶端    417
13.3.3  寬帶撥號客戶端PPP和PPPoE    417
13.4  安裝和配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)    418
13.4.1  telnetd服務(wù)    418
13.4.2  網(wǎng)頁服務(wù)器    419
13.4.3  iptables的安裝    420
13.4.4  NAT、端口映射和防火墻的實現(xiàn)    420
13.4.5  其他的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)    422
13.5  文件系統(tǒng)的壓縮    422