姓名：杨乔 学号：19020100280 学院：电子工程学院
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【嵌牛导读】嵌入式一般指嵌入式系统。嵌入式系统由硬件和软件组成。是能够独立进行运作的器件。Linux，全称GNU/Linux，是一种免费使用和自由传播的类UNIX操作系统，其内核由林纳斯·本纳第克特·托瓦兹于1991年10月5日首次发布，它主要受到Minix和Unix思想的启发，是一个基于POSIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。
【嵌牛鼻子】剖析嵌入式系统
【嵌牛提问】嵌入式系统结构如何？
【嵌牛正文】
图2-1是一个典型嵌入式系统的框图。这个例子很简单，描述了一个系统的高层硬件架构，无线接入点设备可能就是采用这种硬件构架。这个系统架构以一个32位的RISC处理器为中心，系统中的闪存用于存储非易失性程序和数据，主存储器是SDRAM（同步动态随机存储器），其容量可以从几兆至几百兆字节，视应用而定。一个通常由电池供电的实时时钟模块记录着当前时间（包括日期）。这个例子里面包含以太网和USB接口，也包含串行端口，利用串行端口可基于RS-232标准访问控制台。802.11芯片组或模块实现了无线调制解调器的功能。通常，嵌入式系统的处理器完成很多功能，不仅仅是处理传统的核心指令流。图2-1中的假想处理器包含集成的串行接口UART、集成的USB和以太网控制器。很多处理器都包含集成在处理器中的外设，有时这些处理器被称为片上系统（SOC，System On Chip）。第3章会考察几个集成处理器的例子。
2.2.1 典型的嵌入式Linux开发环境
嵌入式Linux开发新手经常提出的一个问题，就是开发之前需要准备些什么。为了回答这个问题，图2-2展示了一个典型的嵌入式Linux开发环境。图中展示了一个主机开发系统，其中运行你最喜欢的桌面Linux发行版，比如Red Hat、SUSE或Ubuntu Linux。嵌入式Linux目标板通过一根RS-232串行端口线与开发主机相连。目标板的以太网接口插接到本地以太网集线器或交换机上，开发主机也通过以太网连接到上面。开发主机包含开发工具和程序以及目标文件，通常这些都可从一个嵌入式Linux发行版中获得。
在这个例子中，主机和嵌入式Linux目标板主要通过一个遵循RS-232标准的串行端口连接。主机上运行的串行端口终端程序用于和目标板通信。minicom是最常用的串行端口通信应用程序之一，几乎所有的桌面Linux发行版中都有这个应用程序[2]。本书使用screen作为串行端口通信程序，这个程序可以取代minicom的功能，而且更灵活，特别是在trace捕捉方面。对于系统启动或解决故障时串行端口线上的垃圾信息，screen也更加宽容。为了在USB转串行端口线上使用screen，可以在主机终端调用它并指定速率：
2.2.2 启动目标板
第一次加电时，目标板上的引导加载程序立即获得处理器的控制权。该程序执行一些非常底层的硬件初始化，包括处理器和内存的设置，初始化UART用于控制串行端口，以及初始化以太网控制器。代码清单2-1显示了目标板加电后从串行端口接收到的字符。在这个例子中，我们选择了飞思卡尔半导体公司的目标板PowerQUICC III MPC8548 可配置开发系统（Configurable Development System，CDS）。这个开发系统包含了PowerQUICC III MPC8548处理器。这个目标板从飞思卡尔出厂时就预装了U-Boot引导加载程序。
当MPC8548CDS目标板加电时，U-Boot执行一些底层的硬件初始化，包括配置串行端口，然后打印标题行，见代码清单2-1中显示的第一行。接着显示了CPU和核心（Core）的型号及版本，接下来是描述时钟配置和缓存配置的数据，再后面是一串文字描述了这个目标板。
初始的硬件配置完成后，U-Boot根据其静态设置来配置其他硬件子系统。这里，我们看到U-Boot配置了I2C、DRAM、闪存（FLASH）、2级缓存（L2 cache）、PCI和网络子系统。最后U-Boot等待来自串行端口控制台的输入，显示为命令行提示符“=>”。
2.2.3 引导内核
现在U-Boot已经初始化了硬件、串行端口和以太网接口，在其短暂但有益的生命中还剩一件工作：加载并引导Linux内核。所有的引导加载程序都提供了命令用于加载和执行操作系统镜像。
代码清单2-2开头的tftp命令指示U-Boot使用TFTP[3]协议将内核镜像uImage通过网络加载到内存。在这个例子中，内核镜像存放于开发工作站（通常，这个开发工作站就是通过串行端口与目标板相连的那台主机）。执行tftp命令时，需要传入一个地址参数，这个地址用于指定内核镜像将要被加载到的目标板内存的物理地址。读者现在不用担心这些细节，第7章将会详细介绍U-Boot。
第2次执行tftp命令加载了一个目标板配置文件，称为设备树（device tree），这个文件还有其他的名字，包括扁平设备树（flat device tree）和设备树二进制文件（device tree binary）或dtb。你将在第7章了解到这个文件的更多信息。现在，你只要知道这个文件与具体目标板相关，包含了内核所需的用于引导目标板的信息就足够了。这些信息包括内存大小、时钟速率、板载设备、总线和闪存布局。
接着，执行bootm（从内存镜像引导）命令来让U-Boot引导刚才加载至内存的内核，起始地址就是在tftp命令中指定的地址。在这个使用bootm命令的例子中，我们让U-Boot加载放在地址0x600000处的内核，并将加载到地址0xc00000处的设备树二进制文件（dtb）传给内核。bootm命令会将控制权移交给Linux内核。假设内核配置正确，这个命令的结果是引导Linux内核直至在目标板上出现控制台命令行提示符，如同登录提示符所示。
注意bootm命令为U-Boot敲响了丧钟。这是一个重要的概念。与桌面PC的BIOS不同，大多数的嵌入式系统都采用这样一种架构：当Linux内核掌握控制权时，引导加载程序就不复存在了。Linux内核会要求收回那些之前被引导加载程序所占用的内存和系统资源。将控制权交回给引导加载程序的唯一方法就是重启目标板。
最后还需要注意一点。在代码清单2-2的串行端口输出中，下面这行之前的信息（包含这一行）都是由U-Boot引导加载程序产生的：其余引导信息是由Linux内核产生的。对于这一点，我们在后续章节还要详细说明，但我们需要注意U-Boot是在哪儿离开的以及Linux内核是在哪儿取得控制权的。
