本书共12章，分为四部分，分别是嵌入式系统基础、在ARM处理器系统上移植Linux操作系统、在Linux操作系统上进行软件开发及综合应用。本书既有嵌入式系统硬件结构、ARM处理器基础、操作系统基础等的介绍，也有一步步将Linux操作系统移植到ARM处理器上的过程，还有在嵌入式Linux上进行软件开发的过程，并且提供了大量应用实例。

前 言 行业背景 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可裁剪软/硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等要求严格的专用计算机系统。随着ARM处理器的出现，嵌入式系统应用技术得到了长足的发展。 Linux是在UNIX基础上发展起来的一套可以免费使用和自由传播的操作系统，从1991年问世到现在走过了20多年的历程，已从一个简单架构的系统内核发展到了现在结构完整、功能丰富的多版本用户系统。Linux已经成为现今世界上最流行的操作系统之一；不仅能在PC和服务器上运行，而且随着嵌入式系统的发展，Linux操作系统已成为ARM处理器最好的搭配。 嵌入式Linux+ARM已经广泛应用于机顶盒、智能手机、平板电脑、MPC（多媒体个人计算机）、网络设备、工业控制等领域，并且具有良好的市场前景。 关于本书 本书的设计思路是基于S3C2440处理器及Ubuntu操作系统，让读者从了解基于ARM处理器的嵌入式系统的结构组成、硬件系统和软件操作系统入手，一步步地学习在嵌入式硬件系统中定制和移植Linux操作系统及在Linux操作系统下进行应用开发的过程。 本书共12章，分为4部分，分别是嵌入式系统基础、在ARM处理器系统上移植Linux操作系统、在Linux操作系统上进行软件开发及综合应用。 第一部分：包括第1～3章，分别介绍了嵌入式系统的组成，Linux操作系统的基础结构和命令，包括ARM在内的嵌入式处理器和常用的外围硬件结构，还介绍了一个基于S3C2440处理器的硬件开发板。 第二部分：包括第4～6章，用“step by step”的方法介绍在嵌入式系统硬件上移植Linux操作系统的过程，包括系统引导软件（Bootloader）、交叉编译环境的使用方法及文件系统的结构和移植方法等。 第三部分：包括第7～11章，介绍了在移植好Linux操作系统的嵌入式系统上使用C语言进行开发的方法，包括C语言开发环境介绍、文件和流操作方法、进程和线程操作方法、网络编程方法。 第四部分：包括第12章，介绍了5个嵌入式系统下的应用实例，包括守护进程的设计、串口双机通信等。 本书特色 基础内容丰富，涉及了嵌入式系统从软件到硬件各个方面的知识。 循序渐进，由浅入深，一步步地介绍了在嵌入式硬件系统上移植Linux操作系统的方法，并基于移植好的Linux操作系统介绍了使用C语言进行Linux编程开发的方法。 实例丰富，对于所介绍的相应知识，都基于S3C2440处理器的硬件系统和Linux操作系统给出了相当数量的实例。 作者介绍 本书由陆桂来、梁芳、张波编著，同时参与本书编写的还有严雨、刘艳伟、韩敏、徐慧起、刘洋洋、王闯、严安国、何世兰、汤嘉立、姚宗旭、葛祥磊、张玉梅等人。在此，对以上人员致以诚挚的谢意。由于时间仓促，程序较多，受学识水平所限，错误之处在所难免，恳请广大读者批评指正。 编 者

目 录 第一部分 嵌入式系统基础 第1章 嵌入式系统概述 2 1.1 嵌入式系统的发展 2 1.1.1 单片机时代（20世纪70～80年代） 2 1.1.2 专用处理器时代（20世纪90年代～21世纪） 3 1.1.3 ARM时代（21世纪至今） 4 1.2 嵌入式系统的构成 4 1.2.1 嵌入式系统的层次模型 4 1.2.2 嵌入式系统的处理器 6 1.2.3 嵌入式系统的操作系统 7 1.3 嵌入式系统和通用计算机系统的简单比较 10 1.4 嵌入式系统的开发流程 11 1.4.1 硬件系统设计 11 1.4.2 操作系统移植 11 1.4.3 应用软件设计 11 1.5 嵌入式系统的应用 12 第2章 嵌入式系统的硬件 13 2.1 嵌入式系统的ARM处理器 13 2.1.1 ARM处理器的发展历程 13 2.1.2 ARM处理器的架构、类型和型号及一些专用术语 15 2.1.3 ARM处理器的分类 18 2.2 嵌入式系统的存储器件 25 2.2.1 SDRAM 25 2.2.2 FLASH 28 2.2.3 E2PROM 33 2.2.4 大容量存储系统 34 2.3 嵌入式系统的外围器件 34 2.4 S3C2440处理器和GT2440嵌入式开发板 34 2.4.1 S3C2440处理器的特点和内部资源 34 2.4.2 S3C2440处理器的内部结构和工作模式 39 2.4.3 GT2440嵌入式开发板的硬件资源 46 第3章 嵌入式系统的Linux操作系统 49 3.1 Linux操作系统基础 49 3.1.1 Linux操作系统的发展 49 3.1.2 Linux操作系统的特点 50 3.1.3 Linux操作系统的组成结构 51 3.1.4 Linux操作系统的发行版 53 3.2 Linux操作系统的人机交互方法 54 3.2.1 Linux的图形界面 54 3.2.2 Linux的Shell 54 3.3 Linux操作系统的命令 56 3.3.1 Linux操作系统的命令基础 56 3.3.2 目录操作命令 60 3.3.3 文件操作命令 63 3.3.4 磁盘管理命令 70 3.3.5 用户管理命令 73 3.3.6 网络管理命令 75 3.3.7 其他命令 76 第二部分 在ARM处理器系统上移植Linux操作系统 第4章 移植和使用嵌入式系统的引导软件（Bootloader） 80 4.1 嵌入式系统的软件开发 80 4.1.1 进行裸机开发 80 4.1.2 在嵌入式操作系统下进行开发 87 4.2 嵌入式系统的引导软件基础 87 4.2.1 Bootloader介绍 87 4.2.2 基于Bootloader的嵌入式架构 88 4.2.3 Bootloader的工作模式 89 4.2.4 Bootloader的启动方式 89 4.2.5 Bootloader的启动流程 91 4.2.6 常见的Bootloader 93 4.3 【应用实例】——移植Bootloader软件U-Boot 93 4.3.1 U-Boot的特点和功能 93 4.3.2 U-Boot的源代码结构分析 94 4.3.3 移植U-Boot 100 4.3.4 刻录U-Boot 108 4.4 【应用实例】——使用U-Boot 112 4.4.1 使用超级终端和嵌入式系统进行通信 112 4.4.2 使用DNW下载工具和嵌入式系统进行通信 115 第5章 建立和使用嵌入式系统的交叉编译环境 117 5.1 建立交叉编译环境 117 5.1.1 交叉编译环境的工具链 117 5.1.2 【应用实例】——安装交叉编译环境 118 5.2 使用交叉编译环境 120 5.2.1 使用编辑器vim 120 5.2.2 使用编译工具gcc 124 5.2.3 使用调试工具gdb 126 5.2.4 使用管理工具make 129 5.2.5 使用autotools 131 第6章 在嵌入式系统上移植操作系统和文件系统 136 6.1 Linux内核移植基础 136 6.1.1 Linux的内核组成 136 6.1.2 Linux内核的配置工具 137 6.2 【应用实例】——在嵌入式系统上移植Linux内核 139 6.2.1 配置内核 139 6.2.2 建立依赖关系 142 6.2.3 建立内核 142 6.3 文件系统移植基础 142 6.3.1 Linux文件系统基础 143 6.3.2 文件系统的管理机制 144 6.3.3 嵌入式系统中的常用文件系统介绍 145 6.4 【应用实例】——在嵌入式系统上移植文件系统 148 6.4.1 文件系统映像的制作 148 6.4.2 使用NFS文件系统 151 第三部分 在Linux操作系统上进行软件开发 第7章 在嵌入式Linux操作系统中进行C语言开发 155 7.1 Linux如何执行一个程序 155 7.2 Linux 的程序存储空间 157 7.3 Linux C的main函数 158 7.4 【应用实例】——Hello GT2440 159 7.5 将程序下载到开发板 160 7.5.1 【应用实例】——使用U盘传递数据 160 7.5.2 【应用实例】——通过串口传递数据 160 7.6 Linux操作系统典型库函数介绍及其使用 161 7.6.1 Linux的系统调用和库函数基础 161 7.6.2 【应用实例】——求平方根 162 7.6.3 【应用实例】——产生随机数 163 7.6.4 【应用实例】——获得系统时间和日期 164 7.6.5 【应用实例】——打印单字符 166 7.6.6 【应用实例】——将字符串转换为数字 167 7.6.7 【应用实例】——字符串复制 167 7.6.8 【应用实例】——添加通讯录条目 169 7.6.9 【应用实例】——内存映射 171 7.6.10 【应用实例】——标准输入/输出 172 第8章 在嵌入式Linux中进行文件和流操作 175 8.1 Linux的文件操作基础 175 8.1.1 Linux的文件系统介绍 175 8.1.2 Linux的文件类型 179 8.2 Linux的基础文件操作 182 8.2.1 使用open函数打开文件 182 8.2.2 使用close函数关闭文件 184 8.2.3 使用create函数创建文件 184 8.2.4 使用write函数写文件 185 8.2.5 使用lseek函数对文件进行内部定位 186 8.2.6 使用read函数读文件 188 8.3 文件的高级操作 190 8.3.1 使用stat函数操作文件状态 190 8.3.2 使用utime函数操作文件时间 191 8.3.3 使用dup和dup2函数操作文件的描述符 192 8.3.4 使用rename函数修改文件的名称 193 8.4 Linux的目录文件操作 194 8.4.1 创建和删除目录 194 8.4.2 打开、关闭目录及对目录的读操作 195 8.5 Linux的流操作基础 200 8.5.1 流和文件的关系 200 8.5.2 流的结构和操作流程 201 8.5.3 Linux的标准流 202 8.6 Linux的流操作 203 8.6.1 打开和关闭流 203 8.6.2 设置流的缓冲区 205 8.6.3 使用字符方式对流进行读写 208 8.6.4 使用行方式对流进行读写 210 8.6.5 使用二进制方式对流进行读写 212 8.6.6 流的出错处理 214 8.6.7 流的冲洗 215 8.6.8 在流中进行内部定位 215 第9章 在嵌入式Linux中进行进程和线程操作 219 9.1 Linux的进程基础 219 9.1.1 Linux的进程及其执行过程 219 9.1.2 Linux的进程描述符和标识符 222 9.1.3 【应用实例】——获取进程的用户标识符 224 9.1.4 Linux的进程调度 225 9.1.5 Linux下的进程执行流程 226 9.2 在嵌入式Linux中进行进程操作 227 9.2.1 使用fork和vfork函数创建进程 227 9.2.2 使用exec系列函数执行进程 231 9.2.3 使用exit系列函数退出进程 235 9.2.4 调用wait系列函数销毁进程 236 9.3 Linux的线程基础 240 9.3.1 线程的运行方式 240 9.3.2 线程的标识符 241 9.3.3 用户态线程和核心态线程 241 9.3.4 编译带线程的代码 242 9.4 在嵌入式Linux中进行线程操作 242 9.4.1 调用pthread_create函数创建线程 242 9.4.2 调用pthread_exit函数退出线程 244 9.4.3 调用pthread_join函数阻塞线程 245 9.4.4 调用pthread_cancel函数取消线程 246 9.4.5 调用pthread_cleanup系列函数清理线程环境 247 9.4.6 调用pthread_deatch函数分离线程 249 9.4.7 线程和进程操作的总结和比较 251 第10章 在嵌入式Linux中进行进程间和线程间通信 252 10.1 Linux的进程通信和信号基础 252 10.1.1 Linux的进程通信 252 10.1.2 Linux中的信号机制和信号 253 10.1.3 信号的工作方式 255 10.1.4 Linux下的信号说明 256 10.1.5 调用signal系列函数来注册信号 259 10.2 Linux中信号的基础操作 262 10.2.1 使用kill函数和raise函数发送信号 262 10.2.2 使用alarm进行信号的定时操作 266 10.2.3 使用setitimer函数进行精确定时 267 10.2.4 使用abort发送进程退出信号 269 10.3 Linux的管道和进程通信 269 10.3.1 管道基础 269 10.3.2 管道的实现方法 270 10.3.3 管道读写操作规则 271 10.3.4 管道的特点 272 10.4 在Linux中进行管道操作 272 10.4.1 使用pipe函数来创建管道 273 10.4.2 【应用实例】——父子进程使用管道通信 273 10.4.3 【应用实例】——兄弟进程使用管道通信 274 10.4.4 管道的高级操作 276 10.5 Linux的命名管道基础 277 10.5.1 在Linux中使用命名管道 278 10.5.2 命名管道的常用工作方式 279 10.5.3 命名管道的打开和读写 281 10.6 Linux的命名管道操作 282 10.6.1 使用mkfifo函数来创建命名管道 282 10.6.2 【应用实例】——命名管道的读写 283 10.7 Linux中的线程同步操作 285 10.7.1 使用互斥锁实现线程同步 285 10.7.2 使用条件变量实现线程同步 288 第11章 在嵌入式Linux中进行网络编程 291 11.1 Linux的网络通信模型 291 11.1.1 OSI网络模型 291 11.1.2 TCP/IP协议和其网络模型 292 11.1.3 客户端/服务器结构 295 11.1.4 Linux的端口和套接字 295 11.1.5 Linux套接字的结构定义 297 11.2 在嵌入式Linux中进行网络基础操作 298 11.2.1 使用字节顺序转换函数族来转换地址模式 298 11.2.2 使用字节操作函数族操作多字节数据 299 11.2.3 使用IP地址转换函数族转换IP地址 300 11.2.4 使用域名转换函数族转换域名 302 11.3 在嵌入式Linux中操作网络套接字 304 11.3.1 使用socket函数创建套接字 304 11.3.2 使用bind函数绑定套接字 305 11.3.3 使用connect函数建立连接 307 11.3.4 使用listen切换套接字为倾听模式 309 11.3.5 使用accept函数接收连接 311 11.3.6 使用close函数关闭连接 311 11.3.7 使用read和write函数读写套接字 312 11.3.8 使用getsockname和getpeername函数获取套接字地址 312 11.3.9 使用send和recv函数发送和接收数据 313 11.4 在嵌入式Linux中进行TCP编程 314 11.4.1 TCP基础 315 11.4.2 TCP的工作流程 316 11.4.3 【应用实例】——使用TCP协议发送当前系统时间 317 11.5 在嵌入式Linux中进行UDP编程 320 11.5.1 UDP基础 320 11.5.2 UDP的工作流程 321 11.5.3 【应用实例】——使用UDP协议发送当前系统时间 322 第四部分 综 合 应 用 第12章 嵌入式Linux综合应用实例 327 12.1 【应用实例】——定时创建文件写入数据 327 12.1.1 实例的需求说明和分析 327 12.1.2 实例的基础设计 328 12.1.3 实例的综合 333 12.2 【应用实例】——串口双机通信 335 12.2.1 实例的需求说明和分析 335 12.2.2 实例的基础设计 335 12.2.3 实例的综合 346 12.3 【应用实例】——设计守护进程 348 12.3.1 实例的需求说明和分析 348 12.3.2 实例的基础设计 349 12.3.3 实例的综合 350 12.4 【应用实例】——设计生产者-消费者模型 351 12.4.1 实例的需求说明和分析 351 12.4.2 实例的基础设计 352 12.5 【应用实例】——从网络服务器获取当前时间信息 356 12.5.1 实例的需求说明和分析 356 12.5.2 实例的基础设计 356 12.5.3 实例的综合 357