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一、内核驱动与启动流程
1. Linux内核驱动
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Nor Flash: 可线性访问，有专门的数据及地址总线（与内存访问方式相同）。
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Nand Flash: 不可线性访问，访问需要控制逻辑（软件）。
2. Linux启动流程
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ARM架构:
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IRAM (4KB): 内部RAM，用于存储初始引导程序。
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Nor Flash (2M): 存储u-boot程序。
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内存 (64M): 用于加载内核和根文件系统。
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Nand Flash (256M): 存储内核、根文件系统等数据。
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启动过程:
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Bootloader (u-boot):
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初始化CPU、异常向量表、栈、时钟、内存等。
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关闭看门狗、中断、Cache、MMU。
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初始化相关硬件和软件协议。
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将内核加载到内存。
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向内核传递参数（根文件系统类型、位置、控制台等）。
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启动内核。
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内核 (kernel):
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文件管理、内存管理、进程管理、网络管理、设备管理。
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启动到最后阶段加载根文件系统。
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init进程启动后台服务程序、加载配置、启动shell和应用程序。
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根文件系统 (rootfs):
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包含程序（应用、系统、命令）、配置文件、库文件、普通文件（txt、mp3）。
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3. Windows与Linux对比
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Windows: 使用BIOS启动。
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Linux: 使用bootloader引导内核启动，内核加载rootfs。
4. 具体启动步骤
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Nor Flash:
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系统上电后，PC指向0地址，直接执行Nor Flash中的u-boot程序。
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Nand Flash:
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系统上电后，自动搬移u-boot前4KB程序到IRAM。
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CPU执行IRAM中的代码，u-boot初始化内存并将剩余代码搬移到内存执行。
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5. 内核与文件系统
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内核 (uImage):
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启动前u-boot向内核传递参数（
tag_list）。 -
Nand Flash: u-boot直接读取Nand Flash中的uImage并写入内存的0x30008000地址处，启动内核。
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Ubuntu: 通过TFTP下载uImage到内存的0x30008000地址处，启动内核。
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根文件系统 (rootfs):
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Nand Flash: uImage启动到最后阶段时，直接挂载Nand Flash中的rootfs。
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Ubuntu: uImage启动到最后阶段时，通过NFS挂载Ubuntu中的rootfs。
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6. 前置步骤
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向Nor Flash 0地址处烧写u-boot.bin。
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拷贝uImage到Ubuntu的TFTP服务目录下。
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将rootfs.tar.gz拷贝到Ubuntu的NFS服务目录下，并解压
sudo tar -xvf rootfs.tar.gz
7. U-Boot命令
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环境变量管理:
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printenv: 打印环境变量。 -
reset: 重启。 -
setenv serverip 192.168.1.3: 设置环境变量。 -
saveenv: 保存环境变量到Nand Flash。 -
setenv serverip: 删除环境变量。
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下载与启动:
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tftp 0x30008000 uImage: 通过TFTP协议下载uImage到内存的0x30008000地址处。 -
bootm 0x30008000: 启动内存0x30008000地址处的内核。 -
go 0x30008000: 运行内存0x30008000地址处的程序。
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8. 设置启动参数
setenv bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.3:/home/linux/nfs/rootfs ip=192.168.1.123 init=/linuxrc-
console: 控制台（终端）。
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root: 根文件系统类型。
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nfsroot: 根文件系统位置。
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ip: 内核阶段使用的IP。
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init: 指定init进程。
二、内核编译
1. 内核编译步骤
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Kconfig: 定义
make menuconfig的配置选项。 -
make menuconfig: 内核配置。
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.config: 配置文件，决定哪些文件被编译进内核。
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CONFIG_SSL = n: 不启用SSL。 -
CONFIG_MM = y: 启用内存管理。
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makefile: 条件编译，编译内核。
2. 内核镜像类型
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Image: 可以直接使用的内核镜像。
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zImage: 一段解压代码 + Image的压缩文件。
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uImage: 64字节的头信息 + zImage。
3. 地址相关代码
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地址相关代码: 链接地址和加载地址一致。
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地址无关代码: 链接地址和加载地址无关。
4. 跳转指令
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相对跳转、短跳转:
b fun -
绝对跳转、长跳转:
ldr pc, 0x00000000
5. 内核目录结构
6. 向内核新增文件
以向drivers/char下添加demo.c为例：
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在
drivers/char目录下新建并编辑demo.c。 -
修改同层目录下的
makefileMakefile，添加：obj-$(CONFIG_DEMO) += demo.o -
修改同层目录下的
Kconfig，添加一个DEMO的配置。 -
执行
make menuconfig。 -
执行
make uImage。
7. 内核编译命令
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配置内核
cp config_mini2440_t35 .config make menuconfig -
编译内核
make uImage
8. 内核镜像说明
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Image: 可直接使用的内核镜像。
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zImage: 压缩的内核镜像，包含解压代码。
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uImage: 带有64字节头信息的压缩内核镜像。
9. Makefile和Kconfig
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每层目录都有
Makefile和Kconfig文件，用于配置和编译内核。
10. 编译流程总结
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配置内核: 使用
make menuconfig选择内核配置选项。 -
编译内核: 使用
make uImage生成内核镜像。 -
验证内核: 确保生成的内核镜像可以正常启动。
11. 注意事项
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配置文件:
.config文件决定了哪些模块被编译进内核。 -
条件编译: 使用
obj-$(CONFIG_XXX)进行条件编译。 -
目录结构: 每层目录都有
Makefile和Kconfig文件，确保编译过程正确。
三、驱动程序
1. 设备文件与驱动模块
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设备文件: 用户空间程序通过设备文件与驱动程序交互。
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示例:
open("/dev/led");
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驱动模块: 内核中的驱动程序负责控制硬件设备。
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示例:
sys_open(led)调用驱动模块。
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2. 设备驱动类型
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字符设备驱动: 数据按顺序访问，90%以上的设备使用字符设备驱动。
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块设备驱动: 可以随机访问，主要用于存储设备。
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网络设备驱动: 网卡，集成复杂协议，通过套接字通信，没有设备号，靠名字维护。
3. 设备号
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设备号: 用于标识设备。
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主设备号 (高12位): 区分设备类型。
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次设备号 (低20位): 区分同类的不同设备。
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示例:
dev_t是32位设备号。
4. 创建设备节点
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使用
mknod命令创建设备节点mknod /dev/demo3 c 255 0-
/dev/demo3: 设备节点名。 -
c: 字符设备。 -
255: 主设备号。 -
0: 次设备号。
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5. 驱动模块结构
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驱动模块: 包含
open、read、write、ioctl、close等函数。 -
示例:
drv_led、drv_key、drv_adc分别对应LED、按键、ADC设备。
6. 设备驱动流程
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应用程序调用设备文件:
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open("/dev/led");
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内核调用驱动模块:
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sys_open(led)→drv_led。
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驱动模块控制硬件设备:
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drv_led控制LED设备。
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7. 设备号与驱动模块关系
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每个设备号对应一个驱动模块。
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内核通过设备号找到对应的驱动模块。
8. 设备号结构
+--------+--------+----+-------+
| 8 | 8 | 2 | 14 |
+--------+--------+----+-------+
设备类型 命令编号 数据 参数大小
魔幻数 流向-
设备类型 (魔幻数): 8位，标识设备类型。
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命令编号: 8位，标识具体命令。
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数据流向: 2位，标识数据方向。
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参数大小: 14位，标识参数大小。
9. 设备驱动总结
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字符设备: 顺序访问，适用于大多数设备。
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块设备: 随机访问，适用于存储设备。
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网络设备: 复杂协议，通过套接字通信。
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设备号: 区分设备类型和具体设备。
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驱动模块: 内核中的程序，负责控制硬件设备。
10. 关键命令
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创建设备节点:
mknod。 -
设备文件操作:
open、read、write、ioctl、close。
11. 注意事项
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设备号分配: 确保主设备号和次设备号唯一。
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驱动模块编写: 需要实现
open、read、write等函数。 -
设备文件操作: 应用程序通过设备文件与驱动模块交互。