理论嵌入式linux要求

Question

我来自使用Java，C＃，C ++，Javascript的程序员背景

我得到了我自己的Raspberry Pi（模型1 A，没有以太网的那个）并且用它玩了一会儿。我使用了Raspbian和Arch Linux ARM（因为据说它很小并且可以自定义）。不幸的是，我没有设法配置它们，因为我想拥有它们。

我正在尝试构建一个漂亮的（嵌入式）系统，唯一的目标是快速启动（启动）Raspberry Pi并自动启动一个将用C＃（Mono），C ++（Qt），Java编写的测试应用程序（ Java Runtime）或JavaScript / HTML中的东西。

由于我无法摆脱所有日志消息（我摆脱了最多），tty登录屏幕，尝试连接到网络（尽管模型1 A根本没有以太网）启动是丑陋的，需要很长时间（在某些情况下为+1分钟）。

似乎我必须构建一个最小的嵌入式Linux，但我缺乏嵌入式Linux元素的理论以及它们如何组合在一起。

我的问题：在raspberry pi上持有mono，qt，java运行时的嵌入式linux的理论上需要哪些部分？

到目前为止，我知道以下部分：

• 硬件（raspberry pi型号1A）+ SD卡
• sd卡包含2个分区，1个启动分区（fat32），1个数据分区（ext4）
• 引导加载程序
• 一个linux内核（可以根据raspi的需要进行优化）

但是呢？我的研究在＆＃34;使用发行版＆＃34;我不想要的。内核和启动应用程序之间缺少什么？

Answer 1

嵌入式Linux系统由许多不同的部分组成，这些部分与实现高效工作的目标相同。

理想情况下，这与常规GNU / Linux系统没有太大区别，但让我们详细了解通用嵌入式系统的构建模块。

对于以下说明，我假设为架构ARM。下面的内容可能与实现有所不同，但通常是商业嵌入式系统的常用轨道。

GNU / Linux嵌入式系统的块

• 硬件

的SoC

SoC是所有处理发生的地方，它是整个系统的主要处理单元，也是唯一拥有＆＃34;智能＆＃34;的地方。它负责使用其他硬件并运行您的软件。

它由各种不同的子块组成：

1. 核心+缓存+ MMU - ＆＃34; 真实＆＃34;处理器，例如 ARM Cortex-A9 。选择SoC时，您会注意到的主要事项。 可以由例如共同进行像NEON一样的SIMD协处理器。
2. 内部RAM - 通常非常小。用于启动序列的第一阶段。
3. 各种＆＃34;外围设备＆＃34; - 通过某些互连连接 面料/巴士到核心。这些可以从简单的ADC扩展到3D图形加速器。这种IP核的示例是：USB，PCI-E，SGX等。
4. 低功耗/实时协处理器 - 某些系统提供一个或多个协处理器，以帮助主Core实现具有实时任务（例如工业通信总线）或处理低功耗陈述。它/他们的架构可能（或不是）是Core的一个亲戚。

外部RAM

SoC使用它来在系统引导之后和引导程序本身之间存储临时数据。它通常是嵌入式系统在常规操作中使用的内存。

非易失性存储器 - 可选

可能会或可能不会出现。在您的情况下，它是您提到的SD卡。在其他情况下，可以是NAND，NOR或SPI Dataflash存储器（或它们的任意组合）。

当存在时，它通常是SoC将从中读取的常规数据源，并且通常存储系统工作所需的所有SW组件。 在某些应用程序中没有必要/有用。

外围设备

与上述内容无关的任何内容。 可以是MAC ID EEPROM，一些继电器，网络摄像头或任何你可能想象的东西。

• 软件

  首先，我们介绍一下所谓的 bootchain ，这是一旦你启动SoC就会发生的事情 - 并且 - 告诉它 - 告诉它开始运行。在以下列表中，引导链是第1点到第4点的后续调用。

除了特定/异国情调的实施外，它或多或少总是相同的：

1. 引导ROM代码 - SoC中包含的一个小型（通常是屏蔽的 - 工厂印象）内存。 SoC在上电时首先要做的就是执行代码。 这段代码 - 通常根据外部配置引脚 - 决定所谓的＆＃34;引导策略＆＃34;或者＆＃34;引导顺序＆＃34;，这是寻找要执行的附加代码的位置（以及以什么顺序）。
   
   合适的介质是不同的：USB存储设备，USB主机，SD卡，NAND，NOR，SPI数据闪存，以太网，UART等。 如果以上都不包含有效内容，则Boot ROM通常会发出SoC的软复位，依此类推。
   
   当然，介质中的代码不会在适当的位置执行：它会被复制到内部RAM中然后执行。

[以下两个包含在我们称之为bootloader medium的内容]

1. 第一阶段引导加载程序 - 它刚被Boot ROM复制到 SoC的内部RAM。必须足够小以适应那种记忆 （通常低于100kB）。这是必需的，因为Boot ROM不是 足够大，不知道SoC是什么样的外部RAM 附属于。
   
   具有初始化的重要功能 外部RAM和SoC的外部存储器接口，以及 其他可能感兴趣的外围设备（例如禁用看门狗 定时器）。完成后，它将下一个阶段复制到外部RAM和 执行它。根据上下文，可以称为MLO，SPL或 其他

2. 第二阶段引导程序 - ＆＃34; main＆＃34;引导程序。比第一阶段更大（可能是x10），完成初始化 相关外围设备（例如以太网，附加存储介质，LCD 显示）。
   
   为下一步做什么允许更复杂的逻辑 并提供 - 取决于软化水平 - 高水平 设施（文件系统/卷处理，数据 复制 - 移动 - 解释，LCD输出，交互式控制台，故障保护 策略）。
   
   大多数时候加载Linux内核（和相关的） 来自某种媒介的记忆并将相关信息传递给它（例如 如果没有嵌入，则对于较新的内核，放置DTB物理地址 在r2寄存器中 - 内核然后读取寄存器和 检索DTB）

3. Linux内核 - 操作系统的核心。取决于 硬件平台可能是也可能不是主线（＆＃34;官方＆＃34;）版本。
   
   通常由内置或可加载（从外部完成）完成 源 - 免费或不是）模块。初始化整个系统根据硬编码配置工作所需的所有硬件和DT - 启用MMU，编排整个系统并以异常方式访问硬件。根据启动参数 （cmdline - 通常由前一阶段传递）和/或编译 选项，内核尝试挂载根文件系统。来自 rootfs，它会尝试加载一个init（即/ sbin / init - where / is 刚安装的rootfs）。

4. Init和rootfs - init是第一个要运行的非内核任务， 有PID 1.它会使您需要使用的所有内容 系统。在生产嵌入式系统中，它也是主要的 应用。在这样的系统中是BusyBox或定制的 应用

有关rootfs和发行版的更多内容

Rootfs包含所有非核心的GNU / Linux系统（除了/ lib / modules和其他位）。
它包含管理以太网，WiFi或外部UMTS调制解调器等外围设备的所有应用程序。

包含系统的交互式部分，包含用户界面以及启动GNU / Linux系统时所看到的所有内容 - 无论是否嵌入。

A＆＃34;发行版＆＃34;只是一个特定的用户空间（非内核）程序和库（通常）经过验证，可以很好地与另一个一起工作，并由特定的人群组成。 桌面发行版通常还附带定制内核和引导加载程序。例如Fedora，Ubuntu，Debian等。

从一般意义上说，没有什么可以阻止你创建自己的发行版，这是每次自定义嵌入式系统进入生产时发生的事情：通过Yocto或Buildroot等工具（或手工制作） ），事实上，您可以决定适合系统目的的软件的特定集合（因此发布，分发）。

总结并完全回答您的问题，您正在寻找的缺失部分是init和挂载rootfs的过程：内核挂载 - 也就是渲染通过其驱动程序和传递的/内置参数可以使用给定的卷/分区（你提到的ext4数据分区）到＆＃34; /＆＃34;装点。

在这个卷/分区中有一个/ sbin / init可执行文件，内核执行它。

这是＆＃34; Big Bang ＆＃34;我们的GNU / Linux用户空间系统：一切可见的地方开始。根据配置脚本（通常位于/etc/init.d下）＆＃34;应用程序＆＃34;你提到的是由init自动运行，或者由用户通过终端/ ssh运行/无论是什么 - 再次 - init使你可以使用。

我将在接下来的几个小时内添加引用，扩展和例外。