理(lǐ)论嵌入式Linux要求

2021-05-10

理(lǐ)论嵌入式Linux要求

硬件

片上系统

片上系统（SoC）本质上是一种采用(yòng)单个平台并将整个计算机系统集成到其上的集成電(diàn)路。它将CPU的功能(néng)与执行和执行其功能(néng)所需的其他(tā)组件结合在一起。它负责使用(yòng)其他(tā)硬件并运行您的软件。SoC的主要优点包括较低的延迟和节能(néng)功能(néng)。

它由各种构建块组成：

核心+缓存+ MMU  – SoC的核心是处理(lǐ)器，它将定义其功能(néng)。通常，SoC具有(yǒu)多(duō)个处理(lǐ)器内核。对于“真实”处理(lǐ)器，例如ARM Cortex-A9。这是选择SoC时要牢记的主要内容。可(kě)能(néng)由诸如NEON之类的SIMD协处理(lǐ)器共同辅助。

内部RAM  – IRAM由位于CPU旁边的超高速SRAM组成。它的行為(wèi)类似于CPU缓存，并且通常很(hěn)小(xiǎo)。在引导顺序的第一阶段中使用(yòng)它。

外设 –它们可(kě)以是一个简单的ADC，DSP或图形处理(lǐ)单元，它通过一些总線(xiàn)连接到内核。低功耗/实时协处理(lǐ)器可(kě)帮助主内核执行实时任務(wù)或处理(lǐ)低功耗状态。此类IP内核的示例是USB，PCI-E，SGX等。

外部RAM

SoC在引导期间和引导之后使用(yòng)RAM存储临时数据。它是嵌入式系统在常规操作期间使用(yòng)的内存。

非易失性记忆

在嵌入式系统或单板计算机中，它是SD卡。在其他(tā)情况下，它可(kě)以是NAND，NOR或SPI数据闪存。它是SoC读取并存储系统工作所需的所有(yǒu)软件组件的数据源。

外围设备

SoC必须具有(yǒu)用(yòng)于标准通信协议（例如USB，以太网和HDMI）的外部接口。它还包括Wi-Fi和蓝牙的无線(xiàn)技术协议。

软件

首先，我们介绍了启动链，它是SoC上電(diàn)时发生的一系列操作。

引导ROM：这是存储在ROM中的一段代码，由引导核心在开机时执行。该代码包含有(yǒu)关SoC配置的说明，以使其能(néng)够执行应用(yòng)程序。Boot ROM执行的配置包括内核寄存器和堆栈指针的初始化，高速缓存和行缓冲區(qū)的启用(yòng)，中断服務(wù)程序的编程，时钟配置。

Boot ROM还实现了启动辅助模块（BAM），可(kě)使用(yòng)以太网，SD / MMC，USB，CAN，UART等接口从外部存储器下载应用(yòng)程序映像。

第一阶段自举程序

在第一阶段的引导程序中执行以下操作

设置引导加载程序代码使用(yòng)的内存段和堆栈

重置磁盘系统

显示字符串“正在加载操作系统…”

在FAT目录中找到第二阶段引导加载程序

将第二阶段引导加载程序映像以1000：0000的速度读入内存

将控制权转移到第二阶段的引导程序

它将Boot ROM复制到SoC的内部RAM中。必须足够小(xiǎo)以适合通常小(xiǎo)于100kB的内存。它初始化外部RAM和SoC的外部存储器接口，以及其他(tā)可(kě)能(néng)感兴趣的外设（例如，禁用(yòng)看门狗定时器）。完成后，它将根据上下文(wén)执行下一阶段，可(kě)以称為(wèi)MLO，SPL或其他(tā)。

第二阶段自举程序

这是主要的引导加载程序，可(kě)以比第一阶段大10倍，它完成了相关外围设备的初始化。

将引导扇區(qū)复制到本地内存區(qū)域

在FAT目录中查找内核映像

在2000：0000读取内存中的内核映像

重置磁盘系统

启用(yòng)A20線(xiàn)

在0000：0000处建立中断描述符表

将全局描述符表设置為(wèi)0000：0800

将描述符表加载到CPU中

切换到保护模式

清除预取队列

设置保护模式的内存段和堆栈，以供内核代码使用(yòng)

使用(yòng)跳遠(yuǎn)将控制权转移到内核代码

Linux内核

Linux内核是Linux OS的主要组件，并且是硬件和进程之间的核心接口。它在硬件和流程之间进行通信，从而尽可(kě)能(néng)高效地管理(lǐ)资源。内核执行以下工作

内存管理(lǐ)：跟踪内存，存储多(duō)少内存以及存储在何处

流程管理(lǐ)：确定哪些流程可(kě)以使用(yòng)处理(lǐ)器，何时使用(yòng)以及持续多(duō)長(cháng)时间

设备驱动程序：充当硬件和进程之间的解释器

系统调用(yòng)和安全性：接收来自流程的服務(wù)请求

為(wèi)了将内核置于上下文(wén)中，可(kě)以将它们解释為(wèi)具有(yǒu)3层的Linux机器：

硬件：物(wù)理(lǐ)机-系统的基础，由内存（RAM）和处理(lǐ)器（CPU）以及输入/输出（I / O）设备（例如存储，网络和图形）组成。

Linux内核：操作系统的核心。它是驻留在内存中的软件，可(kě)以告诉CPU该怎么做。

用(yòng)户进程：这些是内核管理(lǐ)的正在运行的程序。用(yòng)户进程共同构成了用(yòng)户空间。内核允许进程和服務(wù)器相互通信。

Init和rootfs  – init是要运行的第一个非内核任務(wù)，并具有(yǒu)PID1。它将初始化使用(yòng)系统所需的所有(yǒu)内容。在生产嵌入式系统中，它也启动了主要应用(yòng)程序。在这样的系统中，它可(kě)以是BusyBox或定制的应用(yòng)程序。