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2.如何学习 nucleus os

有什么嵌入式视频教程适合自学的

       原文链接：网页链接

       我是年上的大学，物理专业。码链在大一时，代码我们班里普遍弥漫着对未来的表源表源不安，不知道学习了物理后出去能做什么。码链你当下的代码stf框架的源码经历、当下的表源表源学习，在未来的码链一天肯定会影响到你。毕业后我们也各自找到了自己的代码职业：出国深造转行做金融、留校任教做科研、表源表源设计芯片、码链写程序、代码创办公司等等，表源表源这一切都离不开在校时学到的码链基础技能（数学、IT、代码电子电路）、受过煅炼的自学能力。

       所以，各位正在迷茫的在校生，各位正在尝试转行的程序员，未来一定有你的位置，是好是坏取决于你当下的努力与积累。

       我不能预言几年后什么行业会热门，也不能保证你照着本文学习可以发财。我只是一个有十几年经验的程序员，给对编程有兴趣的你，提供一些建议。

1.程序员的三大方向

       程序员的方向，一般可以分为3类：专业领域、业务领域、操作系统领域。你了解它们后，按兴趣选择吧。

       对于专业领域，我提供不了建议。

       业务，也就是应用程序，它跟操作系统并不是截然分开的：

       ①开发实体产品时，应用程序写得好的人，有时候需要操作系统的知识，比如调度优先级的设置、知道某些函数可能会令进程休眠。

       ②写应用程序的人进阶为系统工程师时，他需要从上到下都了解，这时候就需要有操作系统领域的知识了，否则，你怎么设计整个系统的方案呢？

       ③做应用程序的人，需要了解行业的需求，理解业务的逻辑。所以，当领导的人，多是做应用的。一旦钻入了某个行业，很难换行业。

       ④而操作系统领域，做好了这是通杀各行业：他只负责底层系统，在上面开发什么业务跟他没关系。这行很多是技术宅，行业专家。

       ⑤操作系统和业务之间并没有一个界线。有操作系统经验，再去做应用，你会对系统知根知底，碰到问题时都有解决思路。有了业务经验，你再了解一下操作系统，很快就可以组成一个团队自立门户，APP网站下载源码至少做个CTO没问题。

1.1 专业领域

       它又可以分为下面2类。

1.1.1 学术研究

       比如语音、图像处理、人工智能，这类工作需要你有比较强的理论知识，我倾向于认为这类人是“科学家”，他们钻研多年，很多时候是在做学术研究。

       在嵌入式领域，需要把他们的成果用某种算法表达出来，针对某种芯片进行优化，这部分工作也许有专人来做。

1.1.2 工程实现

       也有这样一类人，他们懂得这些专业领域的概念，但是没有深入钻研。可以使用各类开源资料实现某个目标，做出产品。比如图像处理，他懂得用opencv里几百个复杂函数来实现头像识别。有时候还可以根据具体芯片来优化这些函数。

       “专业领域”不是我的菜，如果你要做这一块，我想最好的入门方法是在学校学习研究生、博士课程。

1.2 业务领域

       换句话说，就是应用程序，这又可以分为下面2类。

1.2.1 界面显示

       做产品当然需要好的界面，但是，不是说它不重要，是没什么发展后劲。

       现在的热门词是Android APP和IOS APP开发。你不要被Android、IOS两个词骗了，它们跟以前的VC、VB是同一路货色，只是、仅仅是一套GUI控件的实现。

       希望没有冒犯到你，我有理由。

       一个程序需要有GUI界面，但是程序的内在逻辑才是核心。Android、IOS的开发工具给我们简化了GUI的开发，并提供了这些控件的交互机制，封装并提供了一些服务(比如网络传输)。但是程序内部的业务逻辑、对视频图像声音的处理等等，这才是核心。另外别忘了服务器那边的后台程序：怎样更安全地保存数据、保护客户的隐私，怎样处理成千上万上百万的并发访问，等等，这也是核心。

       但是，从Android、IOS APP入门入行，这很快！如果你是大四，急于找到一份工作，那么花上1、2个月去学习Android或IOS，应该容易找到工作，毕竟APP的需求永远是最大的，现在这两门技术还算热门。车牌识别相机源码在、年左右，Android程序员的起薪挺高，然后开始下滑。Android APP的入门基本只要1个月，所以懂的人也越来越多。、年，IOS开发的工资明显比Android高了，于是各类IOS培训也火曝起来。中华大地向来不缺速成人才，估计再过一阵子IOS工程师也是白菜价了。

       会Android、IOS只是基本要求，不信去job搜搜Android或IOS，职位要求里肯定其他要求。

1.2.2 业务逻辑

       举个简单例子，做一个打卡软件，你需要考虑这些东西：

       ①正常流程是上班下班时都要打卡

       ②有人忘记了怎么办？作为异常记录在案，推送给管理员

       ③请假时怎么处理？

       ④加班怎么处理？

       对于更复杂的例子，视频会议系统里，各个模块怎么对接，各类协议怎么兼容，你不深入这个行业，你根本搞不清楚。

       应用开发的职位永远是最多的，入门门槛也低。基本上只要你会C语言，面试时表现比较得体，一般公司都会给你机会。因为：

       ①你进公司后，还需要重新培训你：熟悉它们的业务逻辑。

       ②你要做的，基本也就是一个个模块，框架都有人给你定好了，你去填代码就可以了。

       说点让你高兴的事：软件公司里，做领导的基本都是写应用程序的（当然还有做市场的）。写应用程序的人，对外可以研究市场接待客户，对内可以管理程序员完成开发，不让他做领导让谁做？

       如果你的志向是写应用程序，那么我建议你先练好基本功：数据结构、算法是必备，然后凭兴趣选择数据库、网络编程等等进行深入钻研。

       最后，选择你看好的、感兴趣的行业深耕个年吧。做应用开发的人选择了某个行业，后面是很难换行业的，选行很重要！

1.3 操作系统领域

       UCOS太简单，VxWorks太贵太专业，Windows不玩嵌入式了，IOS不开源，所以对于操作系统领域我们也只能玩Linux了。

       在嵌入式领域Linux一家独大！

       Android呢？Android跟QT一样，都是一套GUI系统。只是Google的实力太强了，现在Android无处不在，所以很多时候Linux+Android成了标配。注意，在这里我们关心的是Android的整个系统、里面的大漠多线程实战源码机制，而不是学习几个API然后开发界面程序。操作系统领域所包含的内容，简单地说，就是制作出一台装好系统的专用“电脑”，可以分为：

       ①为产品规划硬件：

       按需求、性能、成本选择主芯片，搭配周边外设，交由硬件开发人员设计。

       ②给单板制作、安装操作系统、编写驱动

       ③定制维护、升级等系统方案

       ④还可能要配置、安装Android等GUI系统：

       ⑤为应用开发人员配置开发环境

       ⑥从系统角度解决疑难问题

       这个领域，通常被称为“底层系统”或是“驱动开发”。

       先解决2个常见误区：

       ①这份工作是写驱动程序吗？

       看看上面罗列的6点，应该说，它包含驱动开发，但远远不只有驱动开发。

       ②我们还需要写驱动吗？不是有原厂吗？或者只需要改改就可以？

       经常有人说，芯片原厂都做好驱动了，拿过来改改就可以了。如果，你的硬件跟原厂的公板完全一样，原厂源码毫无BUG，不想优化性能、削减成本，不想做一些有特色的产品，那这话是正确的。

       但是在这个不创新就是找死的年代，可能吗？！原因有二：

       ①即使只是修改代码，能修改的前提是能理解；能理解的最好煅炼方法是从零写出若干驱动程序。

       ②很多时候，需要你深度定制系统。

       以前做联发科手机只需要改改界面就可以出货了，现在山寨厂一批批倒下。大家都使用原厂的方案而不加修改时，最后只能拼成本。

       举个例子，深圳有2家做交通摄像头、监控摄像头的厂家，他们曾经找我做过4个项目：

       ①改进厂家给的SD卡驱动性能，使用DMA。

       ②换了Flash型号后，系统经常出问题，需要修改驱动BUG。

       ③触摸屏点击不准，找原因，后来发现是旁路电容导致的。

       ④裁减成本，把4片DDR换为2片DDR，需要改bootloader对DDR的初始化。

       这些项目都很急，搞不定就无法出货，这时候找原厂？除非你是中兴华为等大客户，否则谁理你？

       我在中兴公司上班时，写驱动的时间其实是很少的，大部分时间是调试：系统调优，上帮APP工程师、下帮硬件工程师查找问题。我们从厂家、网上得到的源码，很多都是标准的，当然可以直接用。但是播种追肥指标公式源码在你的产品上也许优化一下更好。比如我们可以把摄像头驱动和DMA驱动揉合起来，让摄像头的数据直接通过DMA发到DSP去。我们可以在软件和硬件之间起桥梁作用，对于实体产品，有可能是软件出问题也可能是硬件出问题，一般是底层系统工程师比较容易找出问题。

       当硬件、软件应用出现问题，他们解决不了时，从底层软件角度给他们出主意，给他们提供工具。再比如方案选择：芯片性能能否达标、可用的BSP是否完善等等，这只能由负责整个方案的人来考虑，他必须懂底层。

       在操作系统领域，对知识的要求很多：

       ①懂硬件知识才能看懂电路图

       ②英文好会看芯片手册

       ③有编写、移植驱动程序的能力

       ④对操作系统本身有一定的理解，才能解决各类疑难问题

       ⑤理解Android内部机制

       ⑥懂汇编、C语言、C++、JAVA

       它绝对是一个大坑，没有兴趣、没有毅力的人慎选。

       ①这行的入门，绝对需要半年以上，即使全天学习也要半年。

       ②它的职位，绝对比APP的职位少

       ③并且你没有1、2年经验，招你到公司后一开始你做的还是APP。

       优点就是：

       ①学好后，行业通杀，想换行就换行；想自己做产品就自己做产品。

       ②相比做应用程序的人，不会被经常变动的需求搞得天天加班。

       ③门槛高，当然薪水相对就高。

       操作系统领域，我认为适合于这些人：

       ①硬件工程师想转软件工程师，从底层软件入门会比较好

       ②单片机工程师，想升级一下。会Linux底层的人肯定会单片机，会单片机的人不一定会Linux。

       ③时间充足的学生：如果你正读大二大三，那么花上半年学习嵌入式Linux底层多有益处。

       ④想掌握整个系统的人，比如你正在公司里写APP，但是想升为系统工程师，那么底层不得不学。

       ⑤想自己创业做实体产品的工程师，你有钱的话什么技术都不用学，但是如果没钱又想做产品，那么Linux底层不得不学。

       ⑥做Linux APP的人，没错，他们也要学习。

       这部分人不需要深入，了解个大概就可以：bootloader是用来启动内核，Linux的文件系统(第1个程序是什么、做什么、各目录干嘛用)、APP跟驱动程序的调用关系、工具链，有这些概念就可以了

       本文中，就把操作系统默认为Linux，讲讲怎么学习嵌入式Linux+Android系统。

       1.4 嵌入式Linux+Android系统包含哪些内容

       嵌入式Linux系统包含哪些东西？不要急，举一个例子你就知道了。

       ①电脑一开机，那些界面是谁显示的？

       是BIOS，它做什么？一些自检，然后从硬盘上读入windows，并启动它。

       类似的，这个BIOS对应于嵌入式Linux里的bootloader。这个bootloader要去Flash上读入Linux内核，并启动它。

       ②启动windows的目的是什么？

       当然运行应用程序以便上网、聊天什么的了。

       这些上网程序、聊天程序在哪？

       在C盘、D盘上。

       所以，windows要先识别出C盘、D盘。在Linux下我们称之为根文件系统。

       ③windows能识别出C盘、D盘，那么肯定有读写硬盘的能力。

       这个能力我们称之为驱动程序。当然不仅仅是操作硬盘，还有网卡、USB等等其他硬件。嵌入式Linux能从Flash上读出并执行应用程序，肯定也得有Flash的驱动程序啊，当然也不仅仅是Flash。

       简单地说，嵌入式LINUX系统里含有bootloader、内核、驱动程序、根文件系统、应用程序这5大块。而应用程序，我们又可以分为：C/C++、Android。

       所以，嵌入式Linux+Android系统包含以下6部分内容：

       ①bootloader

       ②Linux内核

       ③驱动程序

       ④使用C/C++编写的应用程序

       ⑤Android系统本身

       ⑥Android应用程序

       Android跟Linux的联系实在太大了，它的应用是如此广泛，学习了Linux之后没有理由停下来不学习Android。在大多数智能设备中，运行的是Linux操作系统；它上面要么安装有Android，要么可以跟Android手机互联。现在，Linux+Android已成标配。

       2. 怎么学习嵌入式Linux操作系统

       本文假设您是零基础，以实用为主，用最快的时间让你入门；后面也会附上想深入学习时可以参考的资料。

       在实际工作中，我们从事的是“操作系统”周边的开发，并不会太深入学习、修改操作系统本身。

       ①操作系统具有进程管理、存储管理、文件管理和设备管理等功能，这些核心功能非常稳定可靠，基本上不需要我们修改代码。我们只需要针对自己的硬件完善驱动程序

       ②学习驱动时必定会涉及其他知识，比如存储管理、进程调度。当你深入理解了驱动程序后，也会加深对操作系统其他部分的理解

       ③Linux内核中大部分代码都是设备驱动程序，可以认为Linux内核由各类驱动构成

       但是，要成为该领域的高手，一定要深入理解Linux操作系统本身，要去研读它的源代码。

       在忙完工作，闲暇之余，可以看看这些书：

       ①赵炯的《linux内核完全注释》，这本比较薄，推荐这本。他后来又出了《Linux 内核完全剖析》，太厚了，搞不好看了后面就忘记前面了。

       ②毛德操、胡希明的《LINUX核心源代码情景分析》，此书分上下册，巨厚无比。当作字典看即可：想深入理解某方面的知识，就去看某章节。

       ③其他好书还有很多，我没怎么看，没有更多建议

       基于快速入门，上手工作的目的，您先不用看上面的书，先按本文学习。

       2.1 入门路线图

       假设您是零基础，我们规划了如下入门路线图。前面的知识，是后面知识的基础，建议按顺序学习。每一部分，不一定需要学得很深入透彻，下面分章节描述。

2.2 学习驱动程序之前的基础知识

2.2.1 C语言

       只要是理工科专业的，似乎都会教C语言。我见过很多C语言考试、分的，一上机就傻了，我怀疑他们都没在电脑上写过程序。

       理论再好，没有实践不能干活的话，公司招你去干嘛？

       反过来，实践出真知，学习C语言，必须练练练、写写写！

       当你掌握基本语法后，就可以在电脑上练习一些C语言习题了；

       当你写过几个C程序后，就可以进入下一阶段的裸机开发了。

       ①不需要太深入

       作为快速入门，只要你会编写“Hello, world!”，会写冒泡排序，会一些基础的语法操作，暂时就够了。

       指针操作是重点，多练习；

       不需要去学习过多的数据结构知识，只需要掌握链表操作，其他不用学习，比如：队列、二叉树等等都不用学；不需要去学习任何的函数使用，比如文件操作、多线程编程、网络编程等等；这些知识，在编写Linux应用程序时会用，但是在操作系统特别是驱动学习时，用不着！

       永往直前吧，以后碰到不懂的C语言问题，我们再回过头来学习。

       在后续的“裸机开发”中，会让你继续练习C语言，那会更实战化。

       C语言是在写代码中精进的。

       ②可以在Visual Studio下学习，也可以在Linux下学习，后者需要掌握一些编译命令，我们暂时没有提供C语言的教程，找一本C语言书，网上找找免费的C语言视频(主要看怎么搭建环境)，就可以自学了。

       2.2.2 PC Linux基本操作：

       对于PC Linux，我们推荐使用Ubuntu，在它上面安装软件非常简便。

       我们的工作模式通常是这样：在Windows下阅读、编写代码，然后把代码上传到PC Linux去编译。实际上，Ubuntu的桌面系统已经很好用了，我们拿到各种智能机可以很快上手，相信Ubuntu的桌面系统也可以让你很快上手。为了提高工作效率，我们通常使用命令行来操作Ubuntu。

       不用担心，你前期只需要掌握这几条命令就可以了，它们是如此简单，我干脆列出它们：

       ①cd : Change Directory（改变目录）

       cd 目录名          // 进入某个目录cd ..            // cd “两个点”：返回上一级目录cd -             // cd “短横”：返回上一次所在目录

       ②pwd : Print Work Directory（打印当前目录 显示出当前工作目录的绝对路径）

       ③mkdir : Make Directory（创建目录）

       mkdir abc         // 创建文件夹abc

       mkdir -p a/b/c    // 创建文件夹a，再a下创建文件夹b，再在b下创建文件夹c

       ④rm : Remove（删除目录或文件）

       rm  file     // 删除名为file的文件

       rm -rf dir   // 删除名为dir的目录

       ⑤ls : List（列出目录内容）

       ⑥mount : 挂载

       mount -t nfs -o nolock,vers=2 ..1.:/work/nfs_root /mnt

       mount -t yaffs /dev/mtdblock3 /mnt

       ⑦chown : Change owner（改变文件的属主，即拥有者）

       chown book:book /work -R  //对/work目录及其下所有内容，属主改为book用户，组改为book

       ⑧chmod : Change mode（改变权限），下面的例子很简单粗暴

       chmod /work -R  // 对/work目录及其下所有内容，权限改为可读、可写、可执行

       ⑨vi : Linux下最常用的编辑命令，使用稍微复杂，请自己搜索用法。

       要练习这些命令，你可以进入Ubuntu桌面系统后，打开终端输入那些命令；或是用SecureCRT、putty等工具远程登录Ubuntu后练习。

2.2.3 硬件知识

       我们学习硬件知识的目的在于能看懂原理图，看懂通信协议，看懂芯片手册；不求能设计原理图，更不求能设计电路板。

       对于正统的方法，你应该这样学习：

       ①学习《微机原理》，理解一个计算机的组成及各个部件的交互原理。

       ②学习《数字电路》，理解各种门电路的原理及使用，还可以掌握一些逻辑运算（与、或等）。

       ③《模拟电路》？好吧，这个不用学，至少我在工作中基本用不到它，现在全忘光了。

       就我个人经验来说，这些课程是有用的，但是：

       ①原理有用，实战性不强。

       比如《微机原理》是基于x系统，跟ARM板子有很大差别，当然原理相通。

       我是在接触嵌入式编程后，才理解了这些课程。

       ②每本书都那么厚，内容都很多，学习时间过长，自学有难度。

       针对这些校园教材的不足，并结合实际开发过程中要用到的知识点，我们推出了《学前班_怎么看原理图》的系列视频：

       学前班第1课第1节___怎么看原理图之GPIO和门电路.wmv

       学前班第1课第2.1节_怎么看原理图之协议类接口之UART.wmv

       学前班第1课第2.2节_怎么看原理图之协议类接口之I2C.wmv

       学前班第1课第2.3节_怎么看原理图之协议类接口之SPI.wmv

       学前班第1课第2.4节_怎么看原理图之协议类接口之NAND Flash.wmv

       学前班第1课第2.5节_怎么看原理图之协议类接口之LCD.wmv

       学前班第1课第3节___怎么看原理图之内存类接口.wmv

       学前班第1课第4.1节_怎么看原理图之分析S3C开发板.wmv

       学前班第1课第4.2节_怎么看原理图之分析S3C开发板.wmv

       学前班第1课第4.3节_怎么看原理图之分析S3C开发板.wmv

       即使你只具备初中物理课的电路知识，我也希望能通过这些视频，让你可以看懂原理图，理解一些常见的通信协议；如果你想掌握更多的硬件知识，这些视频也可以起个索引作用，让你知道缺乏什么知识。

       这些视频所讲到的硬件知识，将在《裸板开发》系列视频中用到，到时可以相互对照着看，加深理解。

2.2.4 要不要专门学习Windows下的单片机开发

       很多学校都开通了单片机的课程，很多人都是从单片机、AVR单片机，现在比较新的STM单片机开始接触嵌入式领域，并且使用Windows下的开发软件，比如keil、MDK等。

       问题来了，要不要专门学习Windows下的单片机开发？

       ①如果这是你们专业的必修课，那就学吧

       ②如果你的专业跟单片机密切相关，比如机械控制等，那就学吧

       ③如果你只是想从单片机入门，然后学习更广阔的嵌入式Linux，那么放弃在Windows下学习单片机吧！

       理由如下：

       ①Windows下的单片机学习，深度不够

       Windows下有很好的图形界面单片机开发软件，比如keil、MDK等。

       它们封装了很多技术细节，比如：

       你只会从main函数开始编写代码，却不知道上电后第1条代码是怎么执行的；

       你可以编写中断处理函数，但是却不知道它是怎么被调用的；

       你不知道程序怎么从Flash上被读入内存；

       也不知道内存是怎么划分使用的，不知道栈在哪、堆在哪；

       当你想裁剪程序降低对Flash、内存的使用时，你无从下手；

       当你新建一个文件时，它被自动加入到工程里，但是其中的机理你完全不懂；

       等等等。

       ②基于ARM+Linux裸机学习，可以学得更深，并且更贴合后续的Linux学习。实际上它就是Linux下的单片机学习，只是一切更加原始：所有的代码需要你自己来编写；哪些文件加入工程，需要你自己来管理。

       在工作中，我们当然倾向于使用Windows下更便利的工具，但是在学习阶段，我们更想学习到程序的本质。

       一切从零编写代码、管理代码，可以让我们学习到更多知识：

       你需要了解芯片的上电启动过程，知道第1条代码如何运行；

       你需要掌握怎么把程序从Flash上读入内存；

       需要理解内存怎么规划使用，比如栈在哪，堆在哪；

       需要理解代码重定位；

       需要知道中断发生后，软硬件怎么保护现场、跳到中断入口、调用中断程序、恢复现场；

       你会知道，main函数不是我们编写的第1个函数；

       你会知道，芯片从上电开始，程序是怎么被搬运执行的；

       你会知道，函数调用过程中，参数是如何传递的；

       你会知道，中断发生时，每一个寄存器的值都要小心对待；

       等等等。

       你掌握了ARM+Linux的裸机开发，再回去看Windows下的单片机开发，会惊呼：怎么那么简单！并且你会完全明白这些工具没有向你展示的技术细节。

       驱动程序=Linux驱动程序软件框架+ARM开发板硬件操作，我们可以从简单的裸机开发入手，先掌握硬件操作，并且还可以：

       ①掌握如何在PC Linux下编译程序、把程序烧录到板子上并运行它

       ②为学习bootloader打基础：掌握了各种硬件操作后，后面一组合就是一个bootloader

2.2.5 为什么选择ARM9 S3C开发板，而不是其他性能更好的？

       有一个错误的概念：S3C过时了、ARM9过时了。

       这是不对的，如果你是软件工程师，无论是ARM9、ARM、A8还是A9，对我们来说是没有差别的。

       一款芯片，上面有CPU，还有众多的片上设备(比如UART、USB、LCD控制器)。我们写程序时，并不涉及CPU，只是去操作那些片上设备。

       所以：差别在于片上设备，不在于CPU核；差别在于寄存器操作不一样。

       因为我们写驱动并不涉及CPU的核心，只是操作CPU之外的设备，只是读写这些设备的寄存器。

       之所以推荐S3C，是因为它的Linux学习资料最丰富，并有配套的第1、2期视频。

2.2.6 怎么学习ARM+Linux的裸机开发

       学习裸机开发的目的有两个：

       ①掌握裸机程序的结构，为后续的u-boot作准备

       ②练习硬件知识，即：怎么看原理图、芯片手册，怎么写代码来操作硬件

       后面的u-boot可以认为是裸机程序的集合，我们在裸机开发中逐个掌握各个部件，再集合起来就可以得到一个u-boot了。

       后续的驱动开发，也涉及硬件操作，你可以在裸机开发中学习硬件知识。

       注意：如果你并不关心裸机的程序结构，不关心bootloader的实现，这部分是可以先略过的。在后面的驱动视频中，我们也会重新讲解所涉及的硬件知识。

       推荐两本书：杜春蕾的《ARM体系结构与编程》，韦东山的《嵌入式Linux应用开发完全手册》。后者也许是国内第1本涉及在PC Linux环境下开发的ARM裸机程序的书，如果我说错了，请原谅我书读得少。

       对于裸机开发，我们提供有2部分视频：

       ①环境搭建

       第0课第1节_刚接触开发板之接口接线.wmv

       第0课第2节_刚接触开发板之烧写裸板程序.wmv

       第0课第3节_刚接触开发板之重烧整个系统.wmv

       第0课第4节_刚接触开发板之使用vmwae和预先做好的ubuntu.wmv

       第0课第5节_刚接触开发板之u-boot打补丁编译使用及建sourceinsight工程.wmv

       第0课第6节_刚接触开发板之内核u-boot打补丁编译使用及建sourceinsight工程.wmv

       第0课第7节_刚接触开发板之制作根文件系统及初试驱动.wmv

       第0课第8节_在TQ,MINI上搭建视频所用系统.wmv

       第0课第9节_win7下不能使用dnw烧写的替代方法.wmv

       .................

原文链接：网页链接

如何学习 nucleus os

       å†…容：

       ä¸€ã€nucleus plus特点：

           1.内核采用微内核的设计，方便移植，资料写着更reliable，但是我不这么认为，与linux相比，以ARM平台为例，NU只用到了SVC mode，内核与用户任务都运行在同一个状态下，也就是说所有的task都拥有访问任何资源的权限，这样很reliable么？

           2.real-time OS，NU是一个软实时操作系统（VxWorks是硬实时），thread control component支持多任务以及任务的抢占，对于中断的处理定义了两种服务方式，LISR和HISR，这个与linux中的上、下半部机制类似，linux中的下半部是通过软中断来实现的，NU的HISR只是作为一种优先级总是高于task的任务出现。

           3.NU是以library的方式应用的，通过写自己的app task与裁剪后的NU内核及组件链接起来，NU并没有CLI

       äºŒã€ç»„件

       1.IN component

           初始化组件由三个部分组成，硬件在reset后首先进入INT_initialize()，进行板级的相关初始化，首先设置SVC mode，关中断，然后将内核从rom中拷贝至ram中，建立bss段，依次建立sys stack, irq stack和fiq stack，最后初始化timer，建立timer HISR的栈空间，看了一下平台的代码，一个tick大概是.8ms，完成板级的初始化后就进入了INC_initialize，初始化各个组件，其中包括Application initialize，create task和HISR，最后将控制权交给schedule，主要看了一下RAM中地址空间的安排

       |timer HISR stack = |

       |FIQ stack = |

       |IRQ stack = |

       |SVC stack = |

       |.bss|

       |.data|

       |.text|

       å…¶ä¸­SVC stack的大小与中断源的个数相关，nested irq发生时，irq_context保存在SVC stack中，IRQ的stack只是做了临时栈的作用。

       2.thread control component

           TC组件是NU内核的最重要组成部分，主要涵盖了调度、中断、任务的相关操作、锁、时钟几个方面，下面分别介绍。

       è°ƒåº¦ï¼ˆschedule）

           NU中的线程类型（在同一个地址空间内）有两种，HISR和task，HISR可以理解为一种优先级较高的task，但又不是task，HISR优先级高于task的实现方式就是schdule时，先去查看当前是否有active的HISR，再去查看task。task有suspend、ready、finished和terminated四种状态，而HISR只有executing和no-active这两种状态。

           每一个task都有一个线程控制的数据结构（TCB thread control block）,其中包括了task的优先级、状态、时间片、task栈、protect信息、signal操作的标志位和signal_handler等，task在创建时初始化这些信息，将task挂到一个create_list上，初始设定task为pure_suspend，如果设定auto start，调用resume_task（）唤醒task，这里有个细节，如果在application initialize中create_task()，则task不会自动运行，因为初始化还未完成，控制权还没有交给schedule，无法调度task。task被唤醒后状态改变为ready，并挂在一个TCD_Priority_List[]上，数组的每个元素是一个指向TCB环形双向链表的指针，根据task的tc_priority找到对应优先级的TCB head pointer。

                                  

           每一个HISR都有一个HISR控制的数据结构（HCB HISR control block）,其中只有优先级，HISR栈和HISR entry信息，因此HISR是不可以suspend，同时也没有time slice以及signal的相关操作，一般情况下当发生了中断后，HISR被activate，schedule就会调度HISR运行，期间如果不发生中断，HISR的执行是不会被打断的，HISR的优先级只有0、1、2，timer的HISR优先级为2，也就是说由外部中断激活的HISR很难被抢占的，只有更高优先级的中断HISR才可以。与task不同，被激活的HISR使用head_list和tail_list将HCB挂在一个单项的链表上，因为相同优先级的HISR不会抢占对方，因此不需要双向链表，使用两个指针目的是加快HISR执行的速度。

           一个实时操作系统的核心就是对于任务的调度，NU的调度策略是time slice和round robin的算法，

       è°ƒåº¦çš„部分主要有三个函数control_to_system()用于保存上下文，建立solicited stack，关中断，关system time slice，并重置task的time slice为预设值，将sp更新为system_stack_pointer，调用schedule()，调度的过程是非常简单的查询，就是查看两个全局的变量，TCD_Execute_HISR和TCD_Execute_Task，schedule部分的关键是打开了中断，不然如果当前没有ready的task或是被激活的HISR，则shedule死循环下去，查询到下一个应该执行的线程后跳转至control_to_thread(),在这里重新开启system time slice，然后将线程的tc_stack_ptr加入到sp中，切换至线程的栈中，依次pop出来，即完成了任务调度。

           任务的切换主要是上下文的切换，也就是task栈的切换，函数的调用会保存部分regs和返回地址，这些动作都是编译器来完成的，而OS中的任务切换是运行时（runtime）的一种状态变化，因此编译器也无能为力，所以对于上下文的保存需要代码来实现。

           任务的抢占是异步的因此必须要通过中断来实现，一般每次timer的中断决定当前的task的slice time是否expired，然后设置TCT_Set_Execute_Task为相同优先级的其他task或更高优先级的task；高优先级的task抢占低优先级的task，一般是外部中断触发，在HISR中resume_task()唤醒高优先级的task，然后schedule到高优先级的task中，因为timer的HISR是在系统初始化就已经注册的，只是执行timeout和time slice超时后的操作，并没有执行resume_task的动作。

           NU中的stack有两种solicited stack和interrupt stack，solicited stack是一种minmum stack，而interrupt stack是对当前所有寄存器全部保存，TCB中的minimum stack size = 申请得到stack size - solicited stack（在arm mode下占字节，thumb mode下占字节），thumb标志用来记录上下文保存时的ARM的工作模式，c代码编译为thumb模式，这样可以减小code size，提高代码密度，assembly代码编译为arm模式提升代码的效率，NU中内核的代码不多，主要是assembly代码。stack的类型与其中PC指向的shell无关，interrupt stack保存的是task或是HISR在执行的过程中被中断时的现场，solicited stack建立的地方包括 control_to_system()、schedule_protect()和send_signals()发送给占有protect资源的task的情况，HISR_Shell()执行完后会建立solicited stack，再跳转至schedule。

       (Lower Address) Stack Top -> 1 (Interrupt stack type)

       CPSR Saved CPSR

       r0 Saved r0

       r1 Saved r1

       r2 Saved r2

       r3 Saved r3

       r4 Saved r4

       r5 Saved r5

       r6 Saved r6

       r7 Saved r7

       r8 Saved r8

       r9 Saved r9

       r Saved r

       r Saved r

       r Saved r

       sp Saved sp

       lr Saved lr

       (Higher Address) Stack Bottom-> pc Saved pc

       (Lower Address) Stack Top -> 0 (Solicited stack type)

       !!FOR THUMB ONLY!! 0/0x Saved state mask

       r4 Saved r4

       r5 Saved r5

       r6 Saved r6

       r7 Saved r7

       r8 Saved r8

       r9 Saved r9

       r Saved r

       r Saved r

       r Saved r

       (Higher Address) Stack Bottom-> pc Saved pc

       ä¸€ä¸ªç®€å•çš„例子说明stack的情况，首先是一个task在ready(executing)的状态下，而且time slice超时了，timer中断发生后，保存task上下文interrupt_contex_save()，在task的tc_stack_ptr指向的地方建立中断栈

       taskA    |interrupt stack|___tc_stack_ptr 栈顶端是pc=lr-4

       ARM对于中断的判定发生在当前指令完成execute时，同时pipeline的原因pc=pc+8，入栈时就把lr-4首先放在stack的最高端（high）。

       timer的LISR完成后激活了HISR，执行TCC_Time_slice()将当前task移到相同优先级的尾端，并且设置下一个要执行的task，HISR在栈顶端保存的是这个HISR_shell的入口地址，因为task的执行完就finished，HISR是可重入的

       HISR     |solicited stack|  æ ˆé¡¶ç«¯æ˜¯HISR_shell_entry

       ä¸­æ–­ï¼ˆinterrupt）

       å‰é¢å·²ç»æåŠäº†ä¸­æ–­çš„基本操作，这里就写一些代码路径的细节，中断的执行主要是两个部分LISR和HISR，分成两个部分的目的就是将关中断的时间最小化，并且在LISR中开中断允许中断的嵌套，以及建立中断优先级，都可以减少中断的延迟，保证OS的实时性。

       NU的中断模式是可重入的中断处理方式，也就是基于中断优先级和嵌套的模式，中断的嵌套在处理的过程中应对lr_irq_mode寄存器进行保存，因为高优先级的中断发生时会覆盖掉低优先级中断的r和spsr，因此要利用系统的栈来保存中断栈。

       NU对于中断上下文的保存具体操作如下：

       ï¼ˆ1）在中断发生后执行的入口函数INT_IRQ()中，将r0-r4保存至irq的栈中

       ï¼ˆ2）查找到对应的interrupt_shell()，clear中断源，更新全局的中断计数器，然后进行interrupt_contex_save

       ï¼ˆ3）首先利用r1,r2,r3保存irq模式下的sp,lr,spsr，这里sp是用来切换至系统栈后拷贝lr和spsr的,这里保存lr和spsr是目的是task被抢占后，当再次schedule时可以返回task之前的状态。

       ï¼ˆ4）切换至SVC模式，如果是非嵌套的中断则保存上下文至task stack中，将irq模式下的lr作为顶端PC的返回值入栈，将SVC模式下的r6-r入栈，将irq模式下的sp保存至r4中入栈，最后将保存在irq_stack中的r0-r4入栈

       ï¼ˆ5）如果是嵌套中断，中断的嵌套发生在LISR中，在执行LISR时已经切换至system stack，因此嵌套中断要将中断的上下文保存至system stack中，与task stack中interrupt stack相比只是少了栈顶用来标记嵌套的标志（1 not nested）

       ï¼ˆ6）有一个分支判断，就是如果当前线程是空，即TCD_Current_Thread == NULL，表明当前是schedule中，因为初始化线程是关中断的，这样就不为schedule线程建立栈帧，因为schedule不需要保存上下文，在restore中断上下文时直接跳转至schedule。

       ä¸­æ–­ä¸Šä¸‹æ–‡çš„恢复

       å…¨å±€çš„中断计数器INT_Count是否为0来判定当前出栈的信息，如果是嵌套则返回LISR中，否则切换至system stack执行schedule

       timer

       timer与中断紧密相关，其实timer也是中断的一种，只是发生中断的频率较高，且作用重大，一个实时操作系统，时间是非常重要的一部分，NU中的timer主要有四个作用：

       ï¼ˆ1）维护系统时钟 TMD_system_clock

       ï¼ˆ2）task的time slice

       ï¼ˆ3）task的suspend timeout timer

       ï¼ˆ4）application timer

       å…¶ä¸­ï¼ˆ3）（4）共用一种机制，一个全局的时间轴TMD_timer，timeout timer和app timer都建立在一个TM_TCB的数据结构上，通过tm_remaining_time来表征当前timer的剩余时间，例如当前有timer_list上有三个TM_TCB，依次是Ta = 5，Tb = 7, Tc = ,那么建立的链表上剩余时间依次是5，2，8，如果现在要加入一个新的timer根据timer值插入至合适的位置，如果插入的timer为，则安排在Tb后面，剩余时间为1，后面的8改为7，当发生了timer expired，则触发timer_HISR，如果是app timer则执行timer callback，如果是task timeout timer，则执行TCC_Task_Timeout唤醒task。

       ï¼ˆ2）的实现也是依赖于全局的time slice时间轴，每一个task在执行时都会将自己的时间片信息更新至全局的时间轴上，当一个task的time slice执行完在timer HISR中调用TCC_task_Timeout将当前的task放在相同优先级list的最尾端，并设置下一个最高优先级的任务。task在执行的过程中只有被中断后time slice会保存下来，其他让出处理器的情况都会将time slice更新为预设值。

       protect

       protect与linux的锁机制类似，互斥访问，利用开关中断来实现，并且拥有protect的task是不可以suspend的，必须要将protect释放后才可以挂起，当一个优先级较低的task占有protect资源，如果被抢占，一个高优先级的task或HISR在请求protect资源时会执行TCC_schedule_protect()让出处理器给低优先级的task执行，直到低优先级的task执行unprotect()为止，此时task或HISR建立的是solicited stack，同时在control_to_thread前开关中断一次，这样可以减少一次上下文的切换。NU中常用到的是system_protect，它就是一把大锁，保护内核中所有全局数据结构的顺序访问，粒度很大。

       LISR中不可以请求protect资源，因为LISR是中断task后执行，如果task占有protect资源，这时LISR又去请求protect资源，会发生死锁，因为LISR让出处理器后，schedule没办法再次调度到LISR执行，则发生死锁错误，因此在LISR中除了activate_HISR（）以外不可以使用system call，例如resume_task等等，这写系统调用都会请求protect资源。

       å¯¹äºŽprotect的请求按照一定的顺序可以防止死锁，NU的源码中一般将system_protect资源的请求放在后面，其他如DM_protect先请求。