嵌入式LINUX开发（英文版）

Chapter 1　Introduction　1
1.1　Why Linux?　2
1.2　Embedded Linux Today　3
1.3　Open Source and the GPL　3
1.3.1　Free Versus Freedom　4
1.4　Standards and Relevant Bodies　5
1.4.1　Linux Standard Base　5
1.4.2　Open Source Development Labs　5
1.5　Chapter Summary　7
1.5.1　Suggestions for Additional Reading　7
Chapter 2　Your First Embedded Experience　9
2.1　Embedded or Not?　10
2.1.1　BIOS Versus Bootloader　11
2.2　Anatomy of an Embedded System　12
2.2.1　Typical Embedded Linux Setup　14
2.2.2　Starting the Target Board　15
2.2.3　Booting the Kernel　16
2.2.4　Kernel Initialization: Overview　17
2.2.5　First User Space Process: init　19
2.3　Storage Considerations　19
2.3.1　Flash Memory　20
2.3.2　NAND Flash　22
2.3.3　Flash Usage　23
2.3.4　Flash File Systems　24
2.3.5　Memory Space　25
2.3.6　Execution Contexts　26
2.3.7　Process Virtual Memory　28
2.3.8　Cross-Development Environment　30
2.4　Embedded Linux Distributions　32
2.4.1　Commercial Linux Distributions　33
2.4.2　Do-It-Yourself Linux Distributions　34
2.5　Chapter Summary　34
2.5.1　Suggestions for Additional Reading　35
Chapter 3　Processor Basics　37
3.1　Stand-alone Processors　38
3.1.1　IBM 970FX　39
3.1.2　Intel Pentium M　39
3.1.3　Freescale MPC7448　40
3.1.4　Companion Chipsets　41
3.2　Integrated Processors: Systems on Chip　43
3.2.1　PowerPC　44
3.2.2　AMCC PowerPC　44
3.2.3　Freescale PowerPC　47
3.2.4　MIPS　52
3.2.5　Broadcom MIPS　53
3.2.6　AMD MIPS　55
3.2.7　Other MIPS　56
3.2.8　ARM　56
3.2.9　TI ARM　56
3.2.10　Freescale ARM　58
3.2.11　Intel ARM XScale　59
3.2.12　Other ARM　60
3.2.13　Other Architectures　60
3.3　Hardware Platforms　61
3.3.1　CompactPCI　61
3.3.2　ATCA　61
3.4　Chapter Summary　62
3.4.1　Suggestions For Additional Reading　63
Chapter 4　The Linux Kernel——A Different Perspective　65
4.1　Background　66
4.1.1　Kernel Versions　67
4.1.2　Kernel Source Repositories　69
4.2　Linux Kernel Construction　70
4.2.1　Top-Level Source Directory　70
4.2.2　Compiling the Kernel　71
4.2.3　The Kernel Proper: vmlinux　73
4.2.4　Kernel Image Components　75
4.2.5　Subdirectory Layout　79
4.3　Kernel Build System　79
4.3.1　The Dot-Config　80
4.3.2　Configuration Editor(s)　82
4.3.3　Makefile Targets　85
4.3.4　Kernel Configuration　88
4.3.5　Custom Configuration Options　90
4.3.6　Kernel Makefiles　94
4.3.7　Kernel Documentation　95
4.4　Obtaining a Linux Kernel　96
4.4.1　What Else Do I Need?　96
4.5　Chapter Summary　97
4.5.1　Suggestions for Additional Reading　98
Chapter 5　Kernel Initialization　99
5.1　Composite Kernel Image: Piggy and Friends　100
5.1.1　The Image Object　103
5.1.2　Architecture Objects　104
5.1.3　Bootstrap Loader　105
5.1.4　Boot Messages　106
5.2　Initialization Flow of Control　109
5.2.1　Kernel Entry Point: head.o　111
5.2.2　Kernel Startup: main.c　113
5.2.3　Architecture Setup　114
5.3　Kernel Command Line Processing　114
5.3.1　The __setup Macro　116
5.4　Subsystem Initialization　121
5.4.1　The *__initcall Macros　122
5.5　The init Thread　123
5.5.1　Initialization via initcalls　125
5.5.2　Final Boot Steps　126
5.6　Chapter Summary　128
5.6.1　Suggestions for Additional Reading　128
Chapter 6　System Initialization　129
6.1　Root File System　130
6.1.1　FHS: File System Hierarchy Standard　131
6.1.2　File System Layout　131
6.1.3　Minimal File System　132
6.1.4　The Root FS Challenge　134
6.1.5　Trial-and-Error Method　135
6.1.6　Automated File System Build Tools　135
6.2　Kernel’s Last Boot Steps　136
6.2.1　First User Space Program　137
6.2.2　Resolving Dependencies　138
6.2.3　Customized Initial Process　138
6.3　The Init Process　139
6.3.1　inittab　142
6.3.2　Example Web Server Startup Script　144
6.4　Initial RAM Disk　145
6.4.1　Initial RAM Disk Purpose　146
6.4.2　Booting with initrd　146
6.4.3　Bootloader Support for initrd　147
6.4.4　initrd Magic: linuxrc　149
6.4.5　The initrd Plumbing　150
6.4.6　Building an initrd Image　151
6.5　Using initramfs　152
6.6　Shutdown　153
6.7　Chapter Summary　154
6.7.1　Suggestions for Additional Reading　155
Chapter 7　Bootloaders　157
7.1　Role of a Bootloader　158
7.2　Bootloader Challenges　159
7.2.1　DRAM Controller　159
7.2.2　Flash Versus RAM　160
7.2.3　Image Complexity　160
7.2.4　Execution Context　163
7.3 A　Universal Bootloader: Das U-Boot　164
7.3.1　System Configuration: U-Boot　164
7.3.2　U-Boot Command Sets　167
7.3.3　Network Operations　167
7.3.4　Storage Subsystems　170
7.3.5　Booting from Disk: U-Boot　171
7.4　Porting U-Boot　172
7.4.1　EP405 U-Boot Port　172
7.4.2　U-Boot Makefile Configuration Target　174
7.4.3　EP405 Processor Initialization　174
7.4.4　Board-Specific Initialization　177
7.4.5　Porting Summary　180
7.4.6　U-Boot Image Format　181
7.5　Other Bootloaders　183
7.5.1　Lilo　183
7.5.2　GRUB　184
7.5.3　Still More Bootloaders　186
7.6　Chapter Summary　186
7.6.1　Suggestions for Additional Reading　187
Chapter 8　Device Driver Basics　189
8.1　Device Driver Concepts　190
8.1.1　Loadable Modules　191
8.1.2　Device Driver Architecture　192
8.1.3　Minimal Device Driver Example　192
8.1.4　Module Build Infrastructure　193
8.1.5　Installing Your Device Driver　197
8.1.6　Loading Your Module　198
8.2　Module Utilities　199
8.2.1　insmod　199
8.2.2　Module Parameters　199
8.2.3　lsmod　201
8.2.4　modprobe　201
8.2.5　depmod　203
8.2.6　rmmod　203
8.2.7　modinfo　204
8.3　Driver Methods　205
8.3.1　Driver File System Operations　205
8.3.2　Device Nodes and mknod　208
8.4　Bringing It All Together　209
8.5　Device Drivers and the GPL　211
8.6　Chapter Summary　211
8.6.1　Suggestions for Additional Reading　212
Chapter 9　File Systems　213
9.1　Linux File System Concepts　214
9.1.1　Partitions　214
9.2　ext2　216
9.2.1　Mounting a File System　218
9.2.2　Checking File System Integrity　219
9.3　ext3　221
9.4　ReiserFS　224
9.5　JFFS2　225
9.6　cramfs　228
9.7　Network File System　230
9.7.1　Root File System on NFS　232
9.8　Pseudo File Systems　234
9.8.1　Proc File System　234
9.8.2　sysfs　238
9.9　Other File Systems　240
9.10　Building a Simple File System　242
9.11　Chapter Summary　243
9.11.1　Suggestions for Additional Reading　244
Chapter 10　MTD Subsystem　247
10.1　Enabling MTD Services　248
10.1.1　Building MTD　250
10.2　MTD Basics　251
10.2.1　Configuring MTD　253
10.3　MTD Partitions　253
10.3.1　Redboot Partition Table Partitioning 　255
10.3.2　Kernel Command Line Partitioning　259
10.3.3　Mapping Driver　260
10.3.4　Flash Chip Drivers　262
10.3.5　Board-Specific Initialization　263
10.4　MTD Utilities　265
10.4.1　JFFS2 Root File System　268
10.5　Chapter Summary　270
10.5.1　Suggestions for Additional Reading　271
Chapter 11　BusyBox　273
11.1　Introduction to BusyBox　274
11.1.1　BusyBox is Easy　275
11.2　BusyBox Configuration　275
11.2.1　Cross-Compiling BusyBox　277
11.3　BusyBox Operation　278
11.3.1　BusyBox Init　281
11.3.2　Example rcS Initialization Script　283
11.3.3　BusyBox Target Installation　284
11.3.4　BusyBox Commands　286
11.4　Chapter Summary　288
11.4.1　Suggestions for Additional Reading　288
Chapter 12　Embedded Development Environment　289
12.1　Cross-Development Environment　290
12.1.1　“Hello World”——Embedded　291
12.2　Host System Requirements　295
12.2.1　Hardware Debug Probe　296
12.3　Hosting Target Boards　296
12.3.1　TFTP Server　296
12.3.2　BOOTP/DHCP Server　298
12.3.3　NFS Server　300
12.3.4　Target NFS Root Mount　302
12.3.5　U-Boot NFS Root Mount Example　304
12.4　Chapter Summary　306
12.4.1　Suggestions for Additional Reading　307
Chapter 13　Development Tools　309
13.1　GNU Debugger (GDB)　310
13.1.1　Debugging a Core Dump　311
13.1.2　Invoking GDB　313
13.1.3　Debug Session in GDB　315
13.2　Data Display Debugger　317
13.3　cbrowser/cscope　319
13.4　Tracing and Profiling Tools　321
13.4.1　strace　321
13.4.2　strace Variations　325
13.4.3　ltrace　327
13.4.4　ps　328
13.4.5　top　330
13.4.6　mtrace　332
13.4.7　dmalloc　334
13.4.8　Kernel Oops　337
13.5　Binary Utilities　340
13.5.1　readelf　340
13.5.2　Examining Debug Info Using readelf　342
13.5.3　objdump　344
13.5.4　objcopy　345
13.6　Miscellaneous Binary Utilities　346
13.6.1　strip　346
13.6.2　addr2line　346
13.6.3　strings　347
13.6.4　ldd　347
13.6.5　nm　348
13.6.6　prelink　349
13.7　Chapter Summary　349
13.7.1　Suggestions for Additional Reading　350
Chapter 14　Kernel Debugging Techniques　351
14.1　Challenges to Kernel Debugging　352
14.2　Using KGDB for Kernel Debugging　353
14.2.1　KGDB Kernel Configuration　355
14.2.2　Target Boot with KGDB Support　355
14.2.3　Useful Kernel Breakpoints　358
14.3　Debugging the Linux Kernel　360
14.3.1　gdb Remote Serial Protocol　361
14.3.2　Debugging Optimized Kernel Code　364
14.3.3　gdb User-Defined Commands　369
14.3.4　Useful Kernel gdb Macros　370
14.3.5　Debugging Loadable Modules　378
14.3.6　printk Debugging　383
14.3.7　Magic SysReq Key　384
14.4　Hardware-Assisted Debugging　385
14.4.1　Programming Flash Using a JTAG Probe　387
14.4.2　Debugging with a JTAG Probe　389
14.5　When It Doesn’t Boot　392
14.5.1　Early Serial Debug Output　393
14.5.2　Dumping the printk Log Buffer　394
14.5.3　KGDB on Panic　396
14.6　Chapter Summary　397
14.6.1　Suggestions for Additional Reading　398
Chapter 15　Debugging Embedded Linux Applications　399
15.1　Target Debugging　400
15.2　Remote (Cross) Debugging　400
15.2.1　gdbserver　403
15.3　Debugging with Shared Libraries　405
15.3.1　Shared Library Events in GDB　407
15.4　Debugging Multiple Tasks　411
15.4.1　Debugging Multiple Processes　411
15.4.2　Debugging Multithreaded Applications　414
15.4.3　Debugging Bootloader/Flash Code　417
15.5　Additional Remote Debug Options　417
15.5.1　Debugging via Serial Port　418
15.5.2　Attaching to a Running Process　418
15.6　Chapter Summary　419
15.6.1　Suggestions for Additional Reading　419
Chapter 16　Porting Linux　421
16.1　Linux Source Organization　422
16.1.1　The Architecture Branch　422
16.2　Custom Linux for Your Board　424
16.2.1　Prerequisites and Assumptions　426
16.2.2　Customizing Kernel Initialization　427
16.2.3　Static Kernel Command Line　429
16.3　Platform Initialization　431
16.3.1　Early Variable Access　435
16.3.2　Board Information Structure　436
16.3.3　Machine-Dependent Calls　438
16.4　Putting It All Together　439
16.4.1　Other Architectures　442
16.5　Chapter Summary　442
16.5.1　Suggestions for Additional Reading　443
Chapter 17　Linux and Real Time　445
17.1　What Is Real Time?　446
17.1.1　Soft Real Time　446
17.1.2　Hard Real Time　446
17.1.3　Linux Scheduling　447
17.1.4　Latency　447
17.2　Kernel Preemption　449
17.2.1　Impediments to Preemption　449
17.2.2　Preemption Models　451
17.2.3　SMP Kernel　452
17.2.4　Sources of Preemption Latency　453
17.3　Real-Time Kernel Patch　453
17.3.1　Real-Time Features　455
17.3.2　O(1) Scheduler　458
17.3.3　Creating a Real-Time Process　458
17.3.4　Critical Section Management　459
17.4　Debugging the Real-Time Kernel　460
17.4.1　Soft Lockup Detection　460
17.4.2　Preemption Debugging　461
17.4.3　Debug Wakeup Timing　461
17.4.4　Wakeup Latency History　462
17.4.5　Interrupt Off Timing　462
17.4.6　Interrupt Off History　462
17.4.7　Latency Tracing　464
17.4.8　Debugging Deadlock Conditions　466
17.4.9　Runtime Control of Locking Mode　467
17.5　Chapter Summary　467
17.5.1　Suggestions for Additional Reading　467
Appendix A: GNU Public License　469
Appendix B: U-Boot Configurable Commands　479
Appendix C: BusyBox Commands　483
Appendix D: SDRAM Interface Considerations　491
D.1　SDRAM Basics　492
D.1.1　SDRAM Refresh　493
D.2　Clocking　494
D.3　SDRAM Setup　495
D.4　Summary　500
D.4.1　Suggestions for Additional Reading　500
Appendix E: Open Source Resources　501
Appendix F: Sample BDI-2000 Configuration File　505
Index　513