1.linux开发初了解

1.1 嵌入式Linux开发的基本概念

嵌入式Linux系统，就相当于一套完整的PC软件系统。

嵌入式Linux开发有哪些内容？

Windows里含有： 简单地说，嵌入式LINUX系统里含有

① 电脑一开机，那些界面是谁显示的？

是BIOS，它做什么？一些自检，然后从硬盘上读入windows，并启动它。

类似的，这个BIOS对应于嵌入式Linux里的bootloader。

Bootloader的作用就是去Flash、SD卡等设备上读入Linux内核，并启动它。

② Windows系统必需的软件，比如IE、文件浏览器等保存在哪里？

在C盘上，里面有各种系统软件。

对应的，系统运行必需的文件在Linux下我们称之为根文件系统。

③ windows能识别出C盘、D盘，那么肯定有读写硬盘的能力。

这个能力我们称之为驱动程序。当然不仅仅是操作硬盘，还有网卡、USB等等其他硬件。

嵌入式Linux能从Flash上读出并执行应用程序，肯定也得有Flash的驱动程序啊，当然也不仅仅是Flash。

④ Windows启动之后，我们就是聊QQ、玩游戏了，这些就是APP，它们存在磁盘上

同样的，嵌入式Linux系统中我们也有各种APP，它们位于根文件系统上。

① bootloader：用于启动Linux内核

② Linux内核(含有驱动程序)：提供进程管理、文件管理、硬件驱动等

③ 根文件系统：系统运行必需的文件、程序

④ APP：保存于根文件系统上

1.1.1关于Git的背景介绍

什么是Git?

Git由Linus Torvalds在2005年创建，用于Linux内核的开发，其他内核开发人员也为它的初始开发做出了贡献。Git是一个免费和开源的 分布式版本控制系统，旨在快速高效地处理从小型到大型项目的所有内容。Git 和其它版本控制系统（包括 Subversion 和近似工具）的主要差别在于 Git 对待数据的方法。 从概念上来说，其它大部分系统以文件变更列表的方式存储信息，这类系统（CVS、Subversion、Perforce、Bazaar 等等） 将它们存储的信息看作是一组基本文件和每个文件随时间逐步累积的差异 （它们通常称作 基于差异（delta-based） 的版本控制）。

参考引用: 请点击

我们为什么要用Git来管理源码？

Git的开发流程和代码管理方式适用于国内外各大中小企业，Git也适用于个人发布自己程序源码以及博客网站，同时在文件代码管理上可以很方便的获取同步最新，多人协作开发，以及查看历史提交，集成编译等。

1.1.2关于repo的背景介绍

什么是repo?

repo是Git之上构建的工具。Repo帮助管理许多Git存储库，将其上载到修订控制系统，并自动执行部分开发工作流程。Repo并不是要取代Git，而只是为了使其更易于使用Git。repo命令是可执行的Python脚本，您可以将其放置在路径中的任何位置。

1.1 3 一些关于此背景知识的介绍

制作根文件系统有归多种方法：

① 使用Busybox手工制作

Busybox本身包含了很了Linux命令，但是要编译其他程序的话需要手工下载、编译，如果它需要某些依赖库，你还需要手工下载、编译这些依赖库。

如果想做一个极简的文件系统，可以使用Busybox手工制作。

② 使用Buildroot自动制作

它是一个自动化程序很高的系统，可以在里面配置、编译内核，配置编译u-boot、配置编译根文件系统。在编译某些APP时，它会自动去下载源码、下载它的依赖库，自动编译这些程序。

Buildroot的语法跟一般的Makefile语法类似，很容易掌握。

③ 使用Yocto

NXP、ST等公司的官方开发包是使用Yocto，但是Yocto语法复杂，并且Yocto动辄10GB，下载安装都很困难，普通笔记本编译可能需要2-3天甚至更久，非常不适合初学者(我们不推荐使用yocto构建文件系统)。

基于上述特点，我们选择Buildroot。

Buildroot是一组Makefile和补丁，可简化并自动化地为嵌入式系统构建完整的、可启动的Linux环境(包括bootloader、Linux内核、包含各种APP的文件系统)。Buildroot运行于Linux平台，可以使用交叉编译工具为多个目标板构建嵌入式Linux平台。Buildroot可以自动构建所需的交叉编译工具链，创建根文件系统，编译Linux内核映像，并生成引导加载程序用于目标嵌入式系统，或者它可以执行这些步骤的任何独立组合。例如，可以单独使用已安装的交叉编译工具链，而Buildroot仅创建根文件系统。

参考网址

Buildroot用户手册 请点击

Buildroot源码下载位置 请点击

目录结构的位置以及作用请参考网址请点击

学习更多关于buildroot知识请参考 请点击

百问网提供的Buildroot现支持如下包：

busybox taglib  libopenh264 qt5_gl_available
skeleton_init_systemd tremor  libopusenc  qt5_jscore_available
alsa_utils  libarchive  libtheora qt5
bluez_alsa  zlib  libvpx  qt5_version_latest
faad2 libzlib libyuv  qt5base
ffmpeg  has_zlib  live555 qt5base_network
flac  libassuan mediastreamer qt5base_concurrent
fluidsynth  libgcrypt x264  qt5base_sql
gstreamer1  libgpg_error  x264_cli  qt5base_sqlite_none
jack2 Libgpgme  libcurl qt5base_test
lame  Libksba libnice qt5base_xml
mjpegtools  Openssl libnl qt5base_gui
musepack  libopenssl  libpcap qt5base_widgets
pulseaudio  sqlite  libshout  qt5base_opengl
twolame libconfig libsoup qt5base_opengl_es2
wavpack libconfuse  libsrtp qt5base_opengl_lib
bzip2 libfuse libtirpc  qt5base_linuxfb
lz4 liblockfile neon  qt5base_eglfs
xz  bayer2rgb_neon  ortp  qt5base_default_qpa=""
gdb bullet  rtmpdump  qt5base_printsupport
gdb_server  cairo bctoolbox qt5base_fontconfig
gdb_debugger  cairo_pdf elfutils  qt5base_harfbuzz
gdb_tui cairo_png glibmm  qt5base_gif
spidev_test cairo_svg libb64  qt5base_jpeg
strace  fontconfg libbsd  qt5base_png
libtool freetype  libcap  qt5base_dbus
cifs_utils  gdk_pixbuf  libcroco  qt5base_icu
dosfstools  giflib  libevdev  qt5base_openssl
e2fsprogs harfbuzz  libffi  qt5base_tslib
mmc_utils jasper  libglib2  qt5canvas3d
nfs_utils jpeg  libical qt5charts
glmark2_flavor_any  kmsxx libnpth qt5connectivity
libva_utils libdrm  libsigc qt5declarative
fb_test_app libmediaart liburcu qt5declarative_quick
fbdump  libpng  llvm  qt5enginio
fbset libraw  mpdecimal qt5graphicaleffects
  librsvg protobuf  qt5imageformats
psplash libsvg  tzdata  qt5location
xkeyboard_config  libsvg_cairo  icu qt5multimedia
dbus  libva libfribidi  qt5quickcontrols
evtest  opencv3 ncurses qt5quickcontrols2
  has_libegl  pcre  qt5script
gptfdisk  has_libgles pcre2 qt5scxml
i2c_tools openjpeg  popt  qt5sensors
iostat  pango readline  qt5serialbus
linux_serial_test pipewire  slang qt5serialport
memtool pixman  bluez_tools qt5svg
parted  tiff  bluez5_utils  qt5virtualkeyboard
spi_tools wayland bmon  qt5webchannel
sysstat webp  iperf3  qt5websockets
uboot_tools dtc iproute2  qt5xmlpatterns
has_udev  libaio  iw  attr
usbmount  libgudev  lrzsz keyutils
usbutils  libinput  mii_diag  kmod
luajit  libpciaccess  mjpg_streamer kmod_tools
python3 libusb  mosquitto start_stop_daemon
alsa_lib  libxkbcommon  net_tools swupdate
fdk_aac mtdev openobex  systemd
libcodec2 tslib openssh util_linux
libcuefile  expat pppd  myir_hmi_gui
libreplaygain json_glib rpcbind rs485read
libsamplerate jsoncpp tcpdump 
libsndfile  libxml2 wget  
libvorbis bitstream wireless_tools  
mp4v2 libass  opkg  
opus  libcamera bash  
portaudio libmms  gnupg2  
sbc libmpeg2  gnupg2_gpgv 
speex libogg  lockfile_progs

我们都做了哪些改进？

我们基于buildroot官方 2020.02长期支持版本进行适配imx6ull开发板，在此基础上针对ST yocto发行系统做了大量的裁剪，在保证最小系统的基础上增加对qt5.12 库的支持，同时也支持opencv3编程 mqtt库 swupdate ota升级等等比较常用的应用，我们也会提供如何在buildroot新增自己的软件包教程，同时源码保存在gitee上，链接地址为 请点击 大家可以在上面提交issue 或者pull request。

什么是init系统服务？

init（为英语：initialization的简写）是 Unix 和 类Unix 系统中用来产生其它所有进程的程序。它以守护进程的方式存在，其进程号为1。Linux系统在引导时加载Linux内核后，便由Linux内核加载init程序，由init程序完成余下的引导过程，比如加载运行级别，加载服务，引导Shell/图形化界面等等。

什么是systemv守护进程？

System V（缩写为SysV）在大多数Linux发行版中使用最广泛,在systemv中，有一个第一个程序在内核加载后运行。该程序称为init。Init做一些事情，其中之一就是加载一系列脚本来启动各种系统服务，例如网络，ssh守护程序等。

System V中的运行级别描述了某些状态。例如：

运行级别0：暂停

运行级别1：单用户模式

运行级别6：重新启动

systemv的问题在于它需要仔细调整。假设您有一个要在启动时运行的网络文件系统（NFS）客户端。在网络正常工作之前运行NFS没有任何意义。因此，您必须确保它等待启动，直到网络已经正常工作为止。Systemv init这样做的方法是为服务启动设置严格的顺序。每个服务都分配有一个优先级编号，init会按优先级顺序启动服务。如果需要确保网络连接后启动服务，则必须手动为服务分配更高的优先级。这必须由某人（通常是软件包维护者）针对计算机上运行的每项服务来完成。

所有System V初始化脚本都存储在/etc/rc.d/init.d/或/etc/init.d目录中。这些脚本用于控制系统的启动和关闭。通常，您会在这个目录找到启动ssh服务器或网络的脚本，使用/etc/init.d/S50sshd start 开启某个服务或者使用/etc/init.d/S50sshd stop关闭某个服务。

什么是systemd守护进程？

systemd这一名字源于Unix中的一个惯例：在Unix中常以“d”作为系统守护进程（英语：daemon，亦称后台进程）的后缀标识。除此以外，systemd亦是借代英文术语D体系，而这一术语即是用于描述一个人具有快速地适应环境并解决困难的能力。

systemd是Linux电脑操作系统之下的一套中央化系统及设置管理程序（init），包括有守护进程、程序库以及应用软件，由Lennart Poettering带头开发。其开发目标是提供更优秀的框架以表示系统服务间的依赖关系，并依此实现系统初始化时服务的并行启动，同时达到降低Shell的系统开销的效果，最终代替现在常用的System V与BSD风格init程序。目前绝大多数的Linux发行版都已采用systemd代替原来的System V。

将service（服务）、target（运行模式，类似于运行级别）、mount、timer、snapshot、path、socket、swap等称为Unit。比如，一个auditd服务（就是auditd.service）就是一个Unit，一个multi-user.target运行模式也是一个Unit，其中不同的服务通过 systemctl 来进行统一管理，例如重启一个sshd服务，需要执行 systemctl restart sshd 命令，同样的如果添加一个启动程序需要自己定义一个 service服务才可以。

你可以用我们提供的buildroot做些什么？

快速实现自己的想法，增加自己的应用，学习了解busybox以及各种包是如何编译生成，用于调试内核或者应用程序等等。

深入了解学习更多关于buildroot知识请参考 请点击

buildroot下进入menuconfig包选择配置配置界面

book@100ask:~/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Buildroot_2020.02.x$ make menuconfig

buildroot下单独编译内核

book@100ask:~/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Buildroot_2020.02.x$ make  linux-rebuild

buildroot下进入内核make menuconfig配置选项界面

book@100ask:~/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Buildroot_2020.02.x$ make linux-menuconfig

buildroot下单独编译u-boot

book@100ask:~/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Buildroot_2020.02.x$ make uboot-rebuild

buildroot下单独编译某个软件包

book@100ask:~/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Buildroot_2020.02.x$ make <pkg>-rebuild

buildroot下进入busybox配置界面

book@100ask:~/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Buildroot_2020.02.x$ make busybox-menuconfig

buildroot下生成系统sdk,最后生成的目录在output/images/目录下

book@100ask:~/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Buildroot_2020.02.x$ make sdk

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1.1.4关于Linux内核的背景介绍

Linux内核（英语：Linux kernel）是一种开源的类Unix操作系统宏内核。整个Linux操作系统家族基于该内核部署在传统计算机平台（如个人计算机和服务器，以Linux发行版的形式）和各种嵌入式平台，如路由器、无线接入点、专用小交换机、机顶盒、FTA接收器、智能电视、数字视频录像机、网络附加存储（NAS）等。工作于平板电脑、智能手机及智能手表的Android操作系统，它的底层操作系统也是Linux。尽管在桌面计算机的占用率较低，但基于Linux的操作系统统治了几乎从移动设备到主机的其他全部领域。实际Linux的发行版Ubuntu，其易用性也逐渐接近Windows。

Linux kernel官网：请点击

linux Kernel维基百科：请点击

在线阅读linux kernel源码：请点击

Git仓库地址： 请点击

更多关于Linux内核资料请参考页面：请点击

NXP官方kernel源码Git仓库地址： 请点击

上述Git仓库是专为100ask_imx6ull系列开发板制定的Linux内核，它有如下特性：

最后重启开发板reboot，它就使用新的zImage、dtb、模块了。

1.1.5关于Bootloader的背景介绍

Bootloader是在操作系统运行之前运行的一段代码，用于引导操作系统。通常每个操作系统都有一组专属的引导加载程序。引导加载程序通常可以通过多种方式引导操作系统内核，还有各种命令用于调试或修改内核运行环境。

U-Boot是一个开源的主引导加载程序，用于引导设备的操作系统内核，并含有多种命令以便调试系统。它适用于多种计算机体系结构，包括68k，ARM，Blackfin，MicroBlaze，MIPS，Nios，SuperH，PPC，RISC-V和x86。

U-boot官网 请点击

源码下载页面 请点击

Git仓库地址 请点击

uboot更多使用讲解请参考页面 请点击

NXP官方uboot源码Git地址： 请点击

注意：我们使用的版本针对板子进行过修改，u-boot官网下载的源码不能直接使用。

1.2 日常工作中开发流程是怎样？

Bootloader、Linux内核、APP等等软件，需要在Ubuntu中编译；但是阅读、修改这些源码时，在Windows下会比较方便。

所以，我们需要在Windows、Ubuntu上都存有源码。

① 在Windows上阅读、研究、修改(使用Source insight会很方便)，修改后上传到Ubuntu(使用Filezilla)

② 在Ubuntu上编译、制作(使用MobaXterm远程登录Ubuntu会很方便)

③ 把制作好的可执行程序下载到开发板上运行、测试(使用MobaXterm连接开发板的串口)。

在整个开发过程中，我们会用到Windows、Ubuntu、开发板，如下图所示：

这里只是列出要做的事情，后面会一一讲到。

安装VMware、下载Ubuntu映象

安装Windows上各个APP

这些APP有：SouceInsight、FileZilla、MobaXterm、Notepad++

下载源码和工具链

工具链：必须下载或上传到Ubuntu，并设置好PATH环境变量。(简单地说，工具链就是编译器)

源码：u-boot、Linux内核，学习到时再下载也行，Windows和Ubuntu各存一份。

注意：根文件系统是使用buildroot制作的，它无需放在Windows上。

连接开发板

① 连接电源线到开发板，

② 开发板的串口线，接到Windows电脑；并用MobaXterm连接串口。

③ 开发板的网线，接到路由器或交换机，网络的设置请参考以下文档(可先不做)：

烧写系统

如果开发板系统崩溃，或是新到手的板子上没有系统，请根据后面的开发板使用手册手册来烧写系统。

1.3 常用的软件

有如下软件：

软件名 说明

vmware 虚拟机软件，安装时需要用到管理员权限，详细的安装过程见后文

Source insight 阅读、编写源码的工 具，即装即用；推荐初学者使用

Visual Studio Code 阅读、编写源码的工具，需要进行很多配置；不推荐初学者使用

MobaXterm 串口工具、远程登录工具

Filezilla 文件传输工具，在Windows和Ubuntu之间传输文件

Notepad++ 文本编辑工具，比记事本好用

注意：Visual Studio Code的配置比较麻烦，建议初学者使用Source insight来阅读、编写源码。