原子嵌入式Linux驱动开发详解

嵌入式 Linux涉及的知识点很多,对初学者的基础要求高,在知识储备的广度和深度上都对学习者提出了很高

的要求。大多数转型嵌入式 Linux开发的朋友都是以前从事单片机开发工作的工程师,因此如何从单片机开发工

程师转型为嵌入式 Linux开发工程师,这个过程非常重要。

单片机 工 程 师 大 多 数 都 是 在 Windows环 境 下 工 作,使 用 集 成 IDE 编 写 并 编 译 代 码,然 后 在 IDE 上 通 过

DownLoad按钮一键下载代码到单片机中。至于集成IDE是怎么组织源文件,又是怎么编译的并不清楚。

本书就以单片机工程最熟悉的“裸机”开发为例,讲解如何在 Ubuntu下搭建开发环境,如何使用 VScode编写程

序,如何使用 make工具编译源码。通过这些操作,大家就可以对集成式IDE与开源开发环境有很清晰的认识。当

掌握了开发方式以后,剩下的就是通过大量的裸机案例来加深对I.MX6ULL 这颗芯片的认识,了解各个外设的应

用,为后面学习嵌入式Linux驱动开发打下坚实的基础。本书后半部分详细讲解了如何移植uboot、Linux内核、根文件

系统,最终在开发板上搭建出一个基础的嵌入式 Linux系统,后续的嵌入式 Linux驱动开发就在这个小系统上进行。

本书可作为广大从事嵌入式开发、MCU 开发、物联网应用开发等工程技术人员的学习和参考用书,也可作为高

等院校计算机、电子、自动化等专业嵌入式系统、微机接口、物联网、单片机等课程的教材。

左忠凯,14年参加工作以来一直从事于嵌入式教育，以第一作者身份著有《FreeRTOS源码详解与应用开发》，参与编写了正点原子大量的手把手教你STM32系列书籍，比如《精通STM32F4库函数版》、《STM32F7原理与应用》等。同时录制了大量的STM32相关教学视频，广受好评。18年开始负责公司Linux教育平台的研发，编写了1800多页的Linux驱动开发教程，录制了200多讲Linux开发视频，负责的I.MX6ULL开发板自从发布至今，销量一直处于淘宝第一，Linux驱动开发相关视频在各大平台的点击量超过30万次。

本书主要讲解嵌入式Linux中的驱动开发，也会涉及裸机开发的内容，相信大部分读者和作者经历一样，以前从事过单片机开发的工作，比如51或者STM32等。单片机开发很难接触到更高层次的系统方面的知识，用到的系统都很简单，比如μC/OS、FreeRTOS等，这些操作系统都使用一个Kernel，如果需要网络、文件系统、GUI等就需要开发者自行移植。而移植又是非常痛苦的一件事情，而且移植完成以后的稳定性也无法保证。即使移植成功，后续的开发工作也比较烦琐，因为不同的组件其API操作函数都不同，没有一个统一的标准，使用起来学习成本比较高。这时候一个功能完善的操作系统就显得尤为重要： 具有统一的标准，提供完善的多任务管理、存储管理、设备管理、文件管理和网络等。Linux就是这样一个系统，这样的系统还有很多，比如Windows、macOS、UNIX等。本书讲解Linux，而Linux开发可以分为底层驱动开发和应用开发，本书讲解的是Linux驱动开发，主要面向使用过STM32的开发者。平心而论，如果此前只会51单片机开发，笔者不建议直接上手Linux驱动开发，因为51单片机和Linux驱动开发的差异太大。笔者建议在学习嵌入式Linux驱动开发之前一定要学习STM32这种CortexM内核的MCU，因为STM32这样的MCU其内部资源和可以运行Linux的CPU差不多，如果会STM32，则上手Linux驱动开发就会容易很多。笔者就是此前做了4年STM32开发工作，然后转做Linux驱动开发，整个过程比较顺畅。

鉴于当前STM32非常火爆，学习者众多，如何帮助STM32学习者顺利地转入Linux驱动开发有如下几点需要注意。

1） 选取合适的CPU

理论上来讲，如果ST公司有可以运行的Linux的芯片那再好不过了，因为大家对STM32很熟悉，但是在编写本书时，ST公司尚没有可以运行Linux的CPU。Linux驱动开发入门的CPU一定不能复杂，比如像三星的Exynos 4412、Exynos 4418等，这些CPU性能很强大，带有GPU，支持硬件视频解码，可以运行Android。但是正是它们的性能过于强大，功能过于繁杂，所以不适合Linux驱动开发入门。一款外设和STM32H7这样的MCU相似的CPU就非常适合Linux入门，三星的S3C2440就非常合适，但是S3C2440早已停产了，学了以后工作上又用不到，又得学习其他的CPU，有点浪费时间。笔者花了不少时间终于找到了一款合适的CPU，那就是NXP的I.MX6ULL。I.MX6ULL就是一款可以跑Linux的STM32，外设功能和STM32相似，如果此前学习过STM32，那么会非常容易上手I.MX6ULL。而且I.MX6ULL可以正常出货，这是一款工业级的CPU，是三星S3C2440、S3C6410产品替代的绝佳之选，学习完I.MX6ULL以后，在工作中就可以直接使用了。本书选取正点原子的I.MX6UALPHA开发板，其他厂商的I.MX6ULL开发板也可以参考本书。

2） 开发环境讲解

STM32的开发都是在Windows系统下进行的，使用MDK或者IAR这样的集成IDE，但是嵌入式Linux驱动开发需要的主机是Linux平台的，也就是必须先在自己的计算机上安装Linux系统。Linux系统发行版有Ubuntu、CentOS、Fdeora、Debian等。本书使用Ubuntu操作系统。本书假设大家此前从来没有接触过Ubuntu操作系统，因此会有详细的Ubuntu操作系统安装、使用教程的讲解，帮助大家熟悉开发环境。

3） 合理的裸机例程

学习嵌入式Linux驱动开发建议大家先学习裸机开发(如果学习过STM32，则可以跳过裸机学习)，Linux驱动开发非常烦琐。要想进行Linux驱动开发，必须要先移植uboot，然后移植Linux系统和根文件系统到开发平台上。而uboot又是一个超大的裸机综合例程，因此如果没有学习过裸机例程，那么uboot移植会有困难，尤其是要修改uboot代码时。STM32基本都是裸机开发，在集成IDE下编写代码，可以使用ST公司提供的库。但是在Ubuntu下编写I.MX6ULL裸机例程就没有这么方便了，没有MDK和IAR这样的IDE，所有的一切都需要自己搭建，本书提供的视频会有详细的讲解。本书还提供了数十个裸机例程，由浅入深，涵盖了大部分常用的功能，比如I/O输入输出、中断、串口、定时器、DDR、LCD、I2C等。学习完裸机例程以后就对I.MX6ULL这颗CPU非常熟悉了，再去学习Linux驱动开发就很轻松了。

4） uboot、Linux和根文件系统移植

学习完裸机例程以后就是Linux驱动开发了，但是在进行Linux驱动开发之前要先在使用的开发板平台上移植好uboot、Linux和根文件系统。这是Linux驱动开发的第一个拦路虎，因此本书和相应的视频会着重讲解uboot/Linux和根文件系统的移植。

5） 嵌入式Linux驱动开发

当我们把uboot、Linux内核和根文件系统都在开发板上移植好以后，就可以开始Linux驱动开发了。Linux驱动有3大类: 字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动。对于这3大类内容，本书都有详细的讲解，并且配有数十个相应的教学例程，从最简单的点灯到最后的网络设备驱动。

本书一共分三篇，每篇对应一个不同的阶段。

第一篇： Ubuntu操作系统入门（为节省篇幅，扫描封底“本书资源”二维码获取）

本篇主要讲解Ubuntu操作系统的使用，不涉及任何嵌入式方面的知识，全部是在计算机上完成的，只要安装好Ubuntu操作系统即可。

第二篇： 裸机开发（第1~26章）

从本篇正式开始开发板的学习，本篇通过数十个裸机例程来帮助大家了解I.MX6ULL这颗CPU，为以后的Linux驱动开发做准备。通过本篇，大家可以掌握在Ubuntu下进行ARM开发的方法。

第三篇： 系统移植（第27~36章）

本篇讲解如何将uboot、Linux和根文件系统移植到我们的开发板上，为后面的Linux驱动开发做准备。

通过上面三篇的学习，大家能掌握嵌入式Linux驱动的开发流程，本书旨在引导大家入门Linux驱动开发，更加深入地研究就需要大家在实践中不断地总结经验，并与理论结合，祝愿大家学习顺利。

作者2022年8月