理论嵌入式Linux需求

Question

理论嵌入式Linux需求

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我来自一个编程背景，使用Java、C＃、C ++、Javascript

我买了一台树莓派（型号1 A，没有以太网），并玩了一段时间。我使用了Raspbian和Arch Linux ARM（因为它被称为小巧且可定制）。不幸的是，我没有按照我的意愿进行配置。

我正在尝试构建一个外观漂亮的嵌入式系统，其唯一目标是快速启动（引导）树莓派，并自动启动一个测试应用程序，该应用程序将使用C#（Mono）、C ++（Qt）、Java（Java Runtime）或JavaScript / HTML中的某些内容编写。

由于我无法摆脱所有日志消息（我已经摆脱了大部分），tty登录屏幕，连接到网络的尝试（尽管模型1 A根本没有以太网），所以引导很丑并且需要很长时间（在某些情况下超过1分钟）。

看起来我必须构建一个最小的嵌入式Linux，但我对嵌入式Linux元素以及它们如何配合使用的理论知识有所欠缺。

我的问题：在树莓派上运行Mono、Qt、Java Runtime的嵌入式Linux的理论必需部分是什么？

到目前为止，我知道以下几个部分：

硬件（树莓派1 A型）+ SD卡
SD卡有2个分区，1个启动分区（fat32），1个数据分区（ext4）
引导加载程序
Linux内核（可以根据树莓派的需求进行优化）

但是接下来呢？我的研究停留在“使用发行版”，而这不是我想要的。在内核和启动应用程序之间缺少哪些部分？

- monty

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你有没有查看过 http://www.linuxfromscratch.org/？ - DanL

是的，我目前正在努力学习它 :-) 但它非常广泛。我希望能够获得一个简洁的概述，以启动我的进一步研究，并有一些指导方针来检查我是否仍然在正确的轨道上（因为我还没有弄清楚Linuxfromscratch的最终结果是什么）。我也了解了buildroot和yocto项目，但如果没有理论背景知识，我认为构建“某物”是不明智的。谢谢你的提示。 - monty

避免使用发行版，尝试使用Buildroot。它是最容易使用的系统构建工具，并将确保工作根文件系统的依赖关系。要确定所需的最小内容，您可以浏览Buildroot菜单以添加或删除程序/软件包。依赖项会自动选择，并且不会被删除。您必须拥有的一个用户空间程序是Busybox，该程序（以及C运行时库）也可定制。Buildroot将安装所有Busybox组件以完成系统初始化（在内核引导后），并提供登录/ shell提示符。 - sawdust

'内核和启动应用程序之间缺失了哪些部分？'-- 本质上你在询问系统初始化。在嵌入式系统中，最常见的版本是Busybox init。一个更复杂的方案是System V初始化（其中的“V”是罗马数字5），它使用"运行级别"来实现。 - sawdust

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Francis Straccia · Accepted Answer

一个嵌入式Linux系统由许多不同的部分组成，这些部分共同致力于使事物高效地工作。理想情况下，这与普通的GNU/Linux系统没有太大差别，但让我们详细看看通用嵌入式系统的构建块。在以下说明中，我假设架构为ARM。下面所写的可能会因实现的不同而略有不同，但通常是商业嵌入式系统的通用轨迹。

GNU/Linux嵌入式系统的构建块如下：

硬件 SoC - 所有处理都发生在SoC中，它是整个系统的主要处理单元，也是唯一具有“智能”的地方。它负责使用其他硬件并运行软件。它由各种异构子块组成： 1.核心+Caches+MMU - “真正的”处理器，例如ARM Cortex-A9。这是您选择SoC时最关注的主要组成部分。还可以辅助例如一个像NEON这样的SIMD协处理器。 2.内部RAM - 通常非常小。在引导序列的第一阶段中使用。 3.各种“外设”-通过某些互连纺织/总线连接到核心。这些可以从简单的ADC到3D图形加速器。此类IP核的示例包括：USB、PCI-E、SGX等。 4.低功率/实时协处理器-某些系统提供一个或多个协处理器，用于帮助主核心处理实时任务（例如工业通信总线）或处理低功耗状态。它们的体系结构可能（也可能不）与核心的一致。

外部RAM - SoC用于在系统引导及其自身期间存储临时数据。这通常是您的嵌入式系统在常规操作期间使用的内存。

非易失性存储器- 可选项。在您的情况下，这是您提到的SD卡。在其他情况下，可能是NAND、NOR或SPI Dataflash存储器（或它们的任何组合）。当存在时，它通常是SoC将读取的数据的常规来源，并且通常存储系统运行所需的所有SW组件。在某些应用程序中可能不是必要/有用。

外部外设- 与上述内容无直接关系的任何内容。可以是MAC ID EEPROM、一些继电器、网络摄像头或您可能想象的任何东西。

软件
首先，我们介绍所谓的引导链（bootchain），它是在您启动SoC并-某种方式地-告诉它开始运行时发生的情况。在下面的列表中，引导链是从点1到点4的后续调用。

除了特定/奇异的实现，它基本上总是相同的：

引导ROM代码 - 一个小型（通常是掩模 - 即工厂印制）存储在SoC中的内存。当SoC上电时，它将执行其中的代码。

这个代码会根据外部配置引脚 - 一般上是"引导策略"或"引导顺序" - 决定在哪里（以及什么顺序）查找要执行的其他代码。适合的媒介是不同的：USB存储设备、USB主机、SD卡、NAND、NOR、SPI数据闪存、以太网、UART等。如果上述任何一个都不包含有效内容，引导ROM通常会对SoC进行软复位，如此往复。

当然，介质中的代码不是直接执行：而是被复制到内部RAM中，然后再执行。

[以下两个内容包含在我们将称之为引导加载程序介质中]

第一阶段引导程序 - 它刚被Boot ROM复制到SoC的内部RAM中。必须足够小以适应该内存（通常远低于100kB）。它是必需的，因为Boot ROM不够大，也不知道SoC连接的外部RAM的种类。

其主要重要功能是初始化外部RAM和SoC的外部内存接口，以及可能感兴趣的其他外围设备（例如，禁用看门狗计时器）。完成后，将下一阶段复制到外部RAM并执行它。根据上下文，可以称之为MLO、SPL或其他名称。
第二阶段引导程序 - “主”引导程序。比第一阶段大（可能是其十倍），完成相关外围设备的初始化（例如以太网、附加存储介质、液晶显示器）。

允许更复杂的下一步操作逻辑，并根据复杂程度提供高级功能（文件系统/卷处理、数据复制-移动-解释、液晶输出、交互式控制台、故障安全策略等）。

大多数情况下，从某些介质将Linux内核（及相关模块）加载到内存中，并向其传递相关信息（例如，如果不是嵌入式，对于较新的内核，DTB物理地址被放入r2寄存器中 - 然后内核读取该寄存器并检索DTB）
Linux内核 - 操作系统的核心。根据硬件平台可能是或可能不是一个主线（“官方”）版本。

通常由内置或可加载的（来自外部源-免费或非免费）模块完成。根据硬编码的配置和DT启用所有完整系统所需的硬件 - 启用MMU，协调整个系统并独占地访问硬件。根据引导参数（cmdline-通常由前一阶段传递）和/或编译选项，内核会尝试挂载根文件系统。从rootfs中，它将尝试加载一个初始化程序（即，/sbin/init-其中/是刚刚挂载的rootfs）。
初始化和rootfs - 初始化是要运行的第一个非内核任务，并具有PID 1。它初始化您使用系统所需的所有内容。在生产嵌入式系统中，它还启动主应用程序。在这些系统中，它可以是BusyBox或定制的应用程序。

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