第2版前言

近年來(lái)，嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用課程在全國(guó)多所高校都有開(kāi)設(shè)，我們編寫(xiě)的最早的一本教材《ARM9嵌入式開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)與實(shí)例進(jìn)階》在2012年由清華大學(xué)出版社出版，本書(shū)也是在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)和科研積累重新編寫(xiě)完成的。嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用課程在不同的學(xué)校，教學(xué)內(nèi)容差異很大，授課的側(cè)重點(diǎn)也不同，如單片機(jī)（51、STM32）、微機(jī)原理、操作系統(tǒng)都可以歸到嵌入式系統(tǒng)范疇。典型的嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)涉及內(nèi)容很廣，一本書(shū)很難覆蓋。從近幾年學(xué)生的就業(yè)情況來(lái)看，嵌入式應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、硬件設(shè)計(jì)的工作崗位較多，而且對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域呈現(xiàn)專(zhuān)業(yè)細(xì)分趨勢(shì)�；�于此，在教學(xué)過(guò)程中我們?cè)噲D給學(xué)生一個(gè)全面的學(xué)習(xí)線(xiàn)路，讓學(xué)生沿著這條線(xiàn)路學(xué)習(xí)，深入了解嵌入式領(lǐng)域。傳統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā)包括硬件設(shè)計(jì)、板級(jí)支持、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)等。

本書(shū)的內(nèi)容主線(xiàn)：嵌入式操作系統(tǒng)Ubuntu的使用應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)內(nèi)核簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。因?yàn)閷W(xué)時(shí)限制，對(duì)于大部分開(kāi)設(shè)該課程的院校，其授課內(nèi)容只能到第9章網(wǎng)絡(luò)編程，這些內(nèi)容相當(dāng)于嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)的入門(mén)知識(shí)。而后面的內(nèi)容，如內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)整個(gè)體系又非常重要。通過(guò)前9章的課堂學(xué)習(xí)，部分學(xué)生覺(jué)得適合學(xué)習(xí)這門(mén)課，想繼續(xù)該領(lǐng)域的研究，這些學(xué)生可以利用開(kāi)發(fā)板完成內(nèi)核驅(qū)動(dòng)等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握其核心內(nèi)容。這次改版刪除了比較難的知識(shí)點(diǎn)：塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。這些知識(shí)點(diǎn)涉及內(nèi)容較多，限于篇幅，無(wú)法講述清楚，對(duì)于已經(jīng)熟練掌握了字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的學(xué)生建議參考更為專(zhuān)業(yè)的資料學(xué)習(xí)。

本書(shū)第2版與第1版相比，主要的改動(dòng)如下：一是操作系統(tǒng)由紅帽5改為Ubuntu操作系統(tǒng)，目前Ubuntu操作系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中更為普遍，支持也更友好，本書(shū)中所有的代碼均用Ubuntu重新編譯，同樣適用于不同的ARM處理器平臺(tái)；二是所有的代碼在i.MX8平臺(tái)驗(yàn)證通過(guò)，該平臺(tái)由北京博創(chuàng)智聯(lián)科技有限公司提供，i.MX8平臺(tái)屬于嵌入式人工智能教學(xué)科研平臺(tái)，對(duì)于嵌入式的后續(xù)學(xué)習(xí)，如深度學(xué)習(xí)、人工智能和算法相關(guān)的課程都可以使用；三是結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)手段講解，書(shū)中重要知識(shí)點(diǎn)通過(guò)微課視頻的方式呈現(xiàn)，讓初學(xué)者快速上手，同時(shí)還提供程序代碼、教學(xué)大綱、教學(xué)課件、開(kāi)源工具、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等配套 資源。

嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)涉及內(nèi)容較多，只要堅(jiān)持學(xué)習(xí)，有疑問(wèn)之處通過(guò)多種方式解決，舉一反三，相信一定能夠掌握。

本書(shū)第1~5章由蔣洪波編寫(xiě)，第6~9章由程坤編寫(xiě)，第10~14章由馮新宇編寫(xiě)，全書(shū)由馮新宇負(fù)責(zé)統(tǒng)編，第4~9章視頻講解內(nèi)容由程坤錄制完成，其他視頻內(nèi)容由馮新宇錄制完成。

在本書(shū)再版過(guò)程中得到了北京博創(chuàng)智聯(lián)科技有限公司的大力支持，該公司提供了全套的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，感謝蔣輝軍研發(fā)總監(jiān)的技術(shù)支持，陸海軍總經(jīng)理、張經(jīng)緯副總經(jīng)理的協(xié)調(diào)配合。特別感謝清華大學(xué)出版社盛東亮編輯多年給予的支持。

感謝廣大讀者的支持，希望本書(shū)對(duì)您的學(xué)習(xí)和工作有所幫助，也希望您把對(duì)本書(shū)的意見(jiàn)和建議反饋給我們。

作 者

2023年10月

第1版前言

嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用是一個(gè)龐大的知識(shí)體系，筆者在多年的授課過(guò)程中，也很難選擇一本合適的書(shū)作為本科生的授課教材。結(jié)合課堂講稿和學(xué)生的部分畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，以及在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，筆者整理成本書(shū)《嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于A(yíng)RM處理器通用平臺(tái)》，之所以這么命名，是打破了以前ARM9體系或者ARM11體系的框架。Linux操作系統(tǒng)在A(yíng)RM9之上的處理器均有較好的兼容，讀者稍加修改，代碼就能應(yīng)用，所以命名時(shí)就回避了某一款處理器的限定。關(guān)于嵌入式有太多的內(nèi)容可以介紹，本書(shū)側(cè)重應(yīng)用，并介紹了當(dāng)前嵌入式的發(fā)展。

嵌入式系統(tǒng)無(wú)疑是當(dāng)前熱門(mén)、很有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)用在某些特定的專(zhuān)用設(shè)備上，通常這些設(shè)備的硬件資源（如處理器、存儲(chǔ)器等）非常有限，并且對(duì)成本很敏感，有時(shí)還對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)等要求很高。特別是隨著消費(fèi)家電的智能化，嵌入式更突顯重要。像我們平時(shí)常見(jiàn)的手機(jī)、PDA、電子字典、可視電話(huà)、數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、機(jī)頂盒、高清電視、游戲機(jī)、智能玩具、交換機(jī)、路由器、數(shù)控設(shè)備或儀表、汽車(chē)電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航空航天設(shè)備等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結(jié)合的產(chǎn)品，從事嵌入式開(kāi)發(fā)的人員主要分為如下兩類(lèi)。

一類(lèi)是無(wú)線(xiàn)電相關(guān)專(zhuān)業(yè)出身的人員，如電子工程、通信工程等專(zhuān)業(yè)出身的人員，主要從事硬件設(shè)計(jì)，有時(shí)需要開(kāi)發(fā)一些與硬件關(guān)系密切的底層軟件（如BootLoader、Board Support Package）、初級(jí)的硬件驅(qū)動(dòng)程序等。他們的優(yōu)勢(shì)是對(duì)硬件原理非常清楚，不足是他們更擅長(zhǎng)定義各種硬件接口，但對(duì)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)往往力不從心（如嵌入式操作系統(tǒng)原理和復(fù)雜的應(yīng)用軟件等）。

另一類(lèi)是軟件、計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)出身的人員，主要從事嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的開(kāi) 發(fā)。如果學(xué)軟件的人員對(duì)硬件原理和接口有較好的掌握，也完全可以編寫(xiě)B(tài)SP和硬件驅(qū)動(dòng)程序。嵌入式硬件設(shè)計(jì)完成后，各種功能就全靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。嵌入式設(shè)備的增值很大程度上取決于嵌入式軟件，設(shè)備越智能，系統(tǒng)越復(fù)雜，軟件的作用也就越關(guān)鍵，這是目前的發(fā)展趨勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)外嵌入式的相關(guān)人才都很稀缺。一方面，該領(lǐng)域入門(mén)門(mén)檻較高，不僅要了解較底層的軟件（如操作系統(tǒng)級(jí)、驅(qū)動(dòng)程序級(jí)軟件），對(duì)軟件專(zhuān)業(yè)水平要求較高（如嵌入式系統(tǒng)對(duì)軟件設(shè)計(jì)的時(shí)間和空間效率要求較高），而且還必須熟悉硬件的工作原理，所以非專(zhuān)業(yè)IT人員很難切入這一領(lǐng)域；另一方面，該領(lǐng)域較新，發(fā)展太快，很多軟、硬件技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)或正在出現(xiàn)（如ARM處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、MPEG技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議等），掌握這些新技術(shù)的人較少。嵌入式人才稀缺的根本原因可能是大多數(shù)人無(wú)條件接觸該領(lǐng) 域，這需要相應(yīng)的嵌入式開(kāi)發(fā)板和軟件，另外需要有經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行開(kāi)發(fā)流程的指導(dǎo)。

與企業(yè)計(jì)算等應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)人員不同，嵌入式領(lǐng)域人才的工作強(qiáng)度通常較低，收入?yún)s很高。而從事企業(yè)應(yīng)用軟件的IT人員，開(kāi)發(fā)完這個(gè)用戶(hù)的系統(tǒng)，又要去開(kāi)發(fā)下個(gè)用戶(hù)的系統(tǒng)，并且每個(gè)用戶(hù)的需求和完成時(shí)間都必須按客戶(hù)要求改變，往往疲于奔命，重復(fù)勞動(dòng)。相比而言，開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)的公司，都有自己的產(chǎn)品計(jì)劃，按自己的節(jié)奏行事，所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品通常是通用的，不會(huì)因客戶(hù)的不同而修改（或只是對(duì)軟件進(jìn)行一些小修補(bǔ)）。某一型號(hào)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)完成后，往往有較長(zhǎng)的一段空閑時(shí)間，可進(jìn)行充電和休整。另外，從事嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的人員的工作范圍相對(duì)狹窄，所涉及的專(zhuān)業(yè)技術(shù)范圍比較�。ㄈ鏏RM、RTOS、MPEG、802.11等），隨著時(shí)間的累積，經(jīng)驗(yàn)也逐漸累積，寥寥數(shù)語(yǔ)的指導(dǎo)就足夠讓初學(xué)者琢磨半年。如果從事應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，可能不同的客戶(hù)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)也完全不同，這會(huì)使得開(kāi)發(fā)工作也相對(duì)更加辛苦。

嵌入式開(kāi)發(fā)更注重的是練習(xí)，而嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)最難的是入門(mén)，所涉及知識(shí)較多，初學(xué)者很難從紛雜的知識(shí)中快速上手學(xué)習(xí)，現(xiàn)在市面上用于嵌入式開(kāi)發(fā)的學(xué)習(xí)板比比皆是，價(jià)格都比較低廉，讀者可以購(gòu)買(mǎi)一款相對(duì)通用的開(kāi)發(fā)板，按照書(shū)中的操作練習(xí)，一步一步進(jìn)行嵌入式開(kāi)發(fā)的學(xué)習(xí)。任何知識(shí)的學(xué)習(xí)都是由淺入深，由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)，掌握了本書(shū)的內(nèi)容，相信讀者一定能夠掌握嵌入式入門(mén)開(kāi)發(fā)的基本要領(lǐng)。

本書(shū)主要由馮新宇編寫(xiě)。此外，第11~15章由蔣洪波編寫(xiě)。參與編寫(xiě)的還有楊昕宇、劉宇瑩、劉琳、史殿發(fā)、孟瑩等。

感謝廣州碾展公司的技術(shù)支持！感謝您選擇了本書(shū)，希望我們的努力對(duì)您的工作和學(xué)習(xí)有所幫助，也希望您把對(duì)本書(shū)的意見(jiàn)和建議反饋給我們。

作 者

2017年4月