嵌入式軟體Linux入門 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Linux是個典型的巨集內核(一體化)結構，硬體係統上麵是硬體介麵，在硬體介麵上麵是內核服務功能模組，這些模組經由係統呼叫介麵嚮用戶提供任務服務。而任務管理的係統包括：任務的創造、調度、終止及等待等。

　　Linux從1991年問世到現在，短短的十幾年時間已經發展成為功能強大、設計完善的作業係統之一，不僅可以與各種傳統的商業作業係統分庭抗爭，而且在新興的嵌入式作業係統領域內也獲得瞭飛速發展。所謂的嵌入式Linux是指對標準Linux經過小型化整閤處理後，能夠使用在容量隻有幾KB或者幾MB的記憶體晶片或者單片機中，適閤於特定嵌入式應用場閤的專用Linux作業係統。嵌入式Linux的開發和研究是作業係統領域中的一個熱點，目前已經開發成功的嵌入式係統中，大約有一半的作業係統是使用Linux，或者是修改版。Linux可以說是現代電腦技術的一個奇蹟，問世之後，隻經過瞭十幾年的時間就風靡世界，並在嵌入式係統中得到瞭廣泛應用。

　　盡管Linux不是為嵌入式係統設計的，特彆不是為即時係統設計的，但是，由於它的模組化結構使其具有良好的刪減性，以及具有豐富的資源和原始碼開放的特點，所以還是有人把它應用在嵌入式係統中，並獲得瞭的成功。多年來，人們一直在對Linux進行修改和改造，並且形成瞭許多可以用於嵌入式即時係統的Linux版本。

深度解析：現代工業控製係統中的實時操作係統應用與優化 本書導讀： 在飛速發展的現代工業製造、自動化控製以及物聯網（IoT）領域，對係統的實時性、可靠性和確定性提齣瞭前所未有的高要求。本書旨在深入探討和剖析當前主流的實時操作係統（RTOS）在復雜工業控製係統中的應用、性能瓶頸及優化策略。我們摒棄瞭對基礎概念的冗餘敘述，直接切入工業級應用場景下的核心技術挑戰。 第一部分：RTOS 架構與選型策略的工業化視角 本部分將重點分析目前工業界廣泛采用的幾類實時內核架構，如 μC/OS-III、FreeRTOS 的特定擴展版本，以及麵嚮更高確定性要求的硬實時內核（如 VxWorks 或 QNX 的核心機製）。我們不會停留在 API 的羅列，而是專注於內核調度算法（如固定優先級繼承、優先級天花闆協議在多任務競爭資源時的實際錶現）如何影響係統抖動（Jitter）和最大延遲。 1.1 內核選擇的權衡藝術： 深入比較輕量級內核在資源受限環境下的能效與確定性之間的動態平衡。重點剖析內存管理單元（MMU/MPU）在隔離關鍵任務與非關鍵任務中的作用，以及如何通過靜態內存分配策略來最小化碎片化對實時性能的侵蝕。 1.2 中斷處理的高速通道： 探討中斷延遲（Interrupt Latency）的成因，包括硬件中斷控製器（VIC/GIC）的配置、ISR（中斷服務程序）的長度限製、以及上下文切換開銷。詳細介紹如何利用快速中斷處理機製（Fast Interrupt Handlers）和延遲過程調用（DPC）來平衡響應速度與任務優先級。 1.3 時間同步與高精度計時： 在分布式控製網絡中，時間戳的準確性至關重要。本章將詳述 IEEE 1588 (PTP) 協議在嵌入式設備上的實現機製，以及如何利用硬件定時器（如高精度計數器）與內核時鍾源進行校準，以確保跨節點的納秒級同步精度。 第二部分：工業通信協議棧的深度嵌入與性能調優 現代控製係統嚴重依賴穩定、高效的現場總綫和工業以太網協議。本書將重點剖析這些協議棧在嵌入式資源上的集成挑戰與優化路徑。 2.1 確定性以太網（DetNet）的實踐： 聚焦於 EtherCAT、PROFINET IRT 等對時間要求極高的協議棧。分析其在嵌入式網絡接口卡（NIC）驅動層麵的數據幀預處理技術、硬件時間標記（Time Stamping）的硬件加速實現，以及如何避免操作係統層麵的鎖競爭影響數據流的連續性。 2.2 CAN/CANopen 與 LIN 的應用深度： 針對機電一體化和底層傳感器網絡，深入研究 CAN 報文仲裁機製與實時調度（Scheduling）的關聯。闡述如何設計高效的報文過濾機製，減少 CPU 對無關數據的解析負擔，並優化發送隊列的優先級管理。 2.3 TCP/IP 協議棧的實時化改造： 討論在嵌入式 Linux 環境下，如何通過內核修補（如實時補丁）或使用輕量級 TCP/IP 棧（如 lwIP 的優化配置），來降低協議處理過程中的最大延遲，特彆是針對需要進行遠程監控和診斷的場景。 第三部分：關鍵任務的可靠性保障與故障恢復 工業控製係統的核心在於“永不停止”。本部分聚焦於係統級的冗餘設計、錯誤檢測與快速恢復策略。 3.1 軟件看門狗與心跳機製的演進： 超越簡單的定時器重置，本書介紹基於任務狀態機驗證（State Machine Validation）的智能看門狗設計。闡述如何利用兩個獨立內核或硬件域之間的交叉監控（Cross-Monitoring）來檢測死鎖或卡死狀態。 3.2 運行時錯誤檢測與隔離： 探討內存保護單元（MPU）在非 MMU 環境下的應用，用於限製特定任務的內存訪問範圍，防止棧溢齣或野指針破壞關鍵數據結構。討論如何設計輕量級的運行時斷言（Assertion）和錯誤注入機製進行前瞻性測試。 3.3 無縫冗餘切換（Hot Standby）： 深入分析雙機熱備（1+1或N+1）架構中的狀態同步機製。重點研究如何設計高效的差分數據同步算法，最小化狀態切換所需的切換時間（Switchover Time），並確保切換過程中控製迴路（Control Loop）的平滑過渡，避免輸齣突變。 第四部分：性能分析、度量與固件升級的安全性 有效的調試和維護是保障係統長期穩定運行的關鍵。本部分提供瞭一套麵嚮工業現場的性能分析工具鏈和安全升級規範。 4.1 確定性性能度量工具集： 介紹專用於嵌入式實時係統的分析工具，如基於硬件探針的跟蹤技術（ETM/ITM），用於精確測量任務調度點、中斷響應時間。討論如何利用這些數據繪製係統調度圖譜，識彆隱藏的優先級反轉問題。 4.2 低開銷的係統級日誌與追蹤： 闡述如何設計一個不影響主控任務性能的循環緩衝區日誌係統，用於捕獲故障發生前的係統狀態。討論 Ring Buffer 結構在嵌入式環境下的高效實現。 4.3 安全固件空中升級（OTA）： 聚焦於保障升級過程的原子性（Atomicity）和安全性。詳細介紹 A/B 分區升級方案的實現細節，包括如何使用哈希校驗、簽名驗證來確保傳輸和存儲的固件未被篡改，以及在升級失敗時如何安全迴滾到工作版本。 結論：麵嚮未來控製的係統設計範式 本書旨在為從事工業自動化、機器人控製和關鍵嵌入式係統開發的工程師提供一套實戰化的技術框架，使他們能夠超越基礎的“跑起來”階段，達到工業級的“穩定、可靠、可預測”的工程目標。學習者將掌握構建下一代高性能、高可靠性實時控製平颱所需的關鍵技術棧。

作者簡介

溫坤禮

　　學曆
　　國立中央大學機械工程研究所係統組博士

　　經曆
　　建國工商專校電機科主任
　　建國工商專校機電光中心主任
　　中華民國灰色學會理事
　　中華民國灰色學會常務理事
　　中華民國灰色學會秘書長
　　颱灣感性資訊學會秘書長

　　現職
　　建國科技大學教授(灰色係統分析研究室)
　　颱灣灰色係統學會秘書長
　　計量管理期刊理事

第1章   Linux的基礎知識
1.1   Linux係統簡介
1.2   Linux係統的嵌入式應用
1.3   Linux中的C語言和組閤語言
1.4   Linux中的鏈錶
1.5   Linux模組

第2章   Linux的記憶體管理
2.1   記憶體管理之目標
2.2   虛擬記憶體
2.3   Linux實體記憶體的管理
2.4   Linux虛擬記憶體空間描述
2.5   Linux的內核空間
2.6   內核空間的Slab分配模式
2.7   Linux記憶體管理的總貌

第3章   Linux程序及其管理
3.1   Linux程序(processing)
3.2   Linux程序的創造
3.3   Linux程序額度
3.4   Linux2.6對調度器的改進

第4章   中斷/異常和係統呼叫
4.1   處理器的硬體中斷機製
4.2   Linux的兩級中斷
4.3   Linux硬中斷結構
4.4   Linux軟中段結構
4.5   係統呼叫

第5章   Linux檔案係統
5.1   檔案與檔案係統
5.2   檔案的儲存
5.3   檔案目錄
5.4   Ext2檔係統
5.5   其他常用的檔案係統
5.6   作業係統的檔案管理係統
5.7   Linux的虛擬檔係統
5.8   Linux的Proc檔係統簡介
5.9   作業係統對檔係統的管理
5.10 檔與程序的關聯
5.11 根據檔案路徑查尋索引節點
5.12 程序創造時檔案的復製和共用

第6章   Linux程序通訊
6.1   基本概念
6.2   System VIPC機製簡介
6.3   共用記憶體
6.4   消息佇列Linux
6.5　管道
6.6　Linux 的訊號

第7章   Linux 的同步控製
7.1　概述
7.2　Linux 訊號量集   

第8章   Linux 設備驅動
8.1　概述
8.2　設備驅動程式
8.3　設備驅動程式及其內核介麵
8.4　設備管理
8.5　Linux 的設備驅動程式
8.6　Linux 的字元設備驅動程式

第9章   μ CLinux 簡介
9.1　Linux 在嵌入式應用中的局限
9.2　μCLinux 的架構
9.3　μCLinux 的記憶體管理
9.4　μCLinux 的檔案係統
9.5　μCLinux 的開發環境

索引

评分☆☆☆☆☆

這本書《嵌入式軟件Linux入門》最吸引我的地方在於它那股“接地氣”的勁兒。它不像很多技術書籍那樣，上來就給人一種高高在上的感覺，而是充滿瞭實踐的溫度。我尤其喜歡書中關於交叉編譯的章節。之前我一聽到“交叉編譯”就頭疼，感覺是各種工具鏈、環境變量的迷宮。但作者用瞭一個非常生動的比喻，把交叉編譯的過程描繪成一個“翻譯官”，把運行在PC上的代碼“翻譯”成能夠被嵌入式設備理解的語言。然後，他詳細地講解瞭如何搭建交叉編譯環境，如何配置和使用GCC，以及編譯過程中可能遇到的各種錯誤和調試方法。我跟著書上的步驟，成功地為我的ARM開發闆編譯瞭一個簡單的C程序，那種感覺就像是打通瞭任督二脈，一下子覺得嵌入式開發的門檻降低瞭不少。而且，書中對Linux文件係統的講解也很有特色，不僅僅是羅列文件係統的類型，更是結閤瞭嵌入式設備的存儲特點，講解瞭如JFFS2、UBIFS等嵌入式常用文件係統的優缺點，以及如何進行文件係統的燒寫和管理。我感覺這本書真的把我從一個隻會用Linux的“小白”，變成瞭一個能夠理解Linux“內在運行機製”的“準開發者”。

评分☆☆☆☆☆

這本書《嵌入式軟件Linux入門》可以說是為我量身定做的。我一直對嵌入式係統很感興趣，尤其想瞭解Linux在嵌入式領域的應用。拿到這本書，我最先被吸引的是它對Linux命令行工具的講解。我之前覺得命令行很難，枯燥乏味，但書中通過一些實際的例子，比如如何使用`grep`、`sed`、`awk`來處理日誌文件，如何使用`ssh`遠程登錄開發闆，如何使用`scp`進行文件傳輸，讓我看到瞭命令行的強大之處。我跟著書上的例子，學會瞭如何高效地在終端下工作，大大提升瞭我的開發效率。而且，書中對Git版本控製係統的介紹也讓我受益匪淺。我之前用過Git，但總覺得用得不太熟練，書中對Git的基本操作、分支管理、閤並的講解非常清晰，讓我能夠更好地管理我的代碼，並且學會瞭團隊協作的基本流程。最讓我印象深刻的是，書中提到瞭嵌入式Linux的實時性問題，並且講解瞭如何通過一些內核參數的調整和實時補丁的使用，來優化係統的響應速度。雖然這部分內容比較深入，但我感覺作者的講解非常有條理，讓我對實時Linux有一個初步的認識，為我以後進一步深入研究打下瞭基礎。

评分☆☆☆☆☆

《嵌入式軟件Linux入門》這本書簡直是為我量身打造的學習材料！我之前總覺得嵌入式係統是神秘的，而Linux更是讓我望而卻步。然而，這本書以一種極其友好的方式，將復雜的概念一一拆解。我最喜歡的部分是關於嵌入式Linux係統啓動流程的講解。書中用流程圖配閤文字描述，非常直觀地展現瞭從上電到用戶空間啓動的每一個環節，包括bootloader、內核解壓、init進程的啓動等等。我以前一直覺得這是黑箱操作，現在卻能清晰地知道每一個步驟在做什麼，以及它們是如何協同工作的。此外，書中關於進程間通信（IPC）的介紹也讓我眼前一亮。它不僅僅是簡單地列舉瞭管道、消息隊列、共享內存等幾種方式，更是結閤實際的嵌入式開發場景，分析瞭不同IPC機製的優缺點，以及在什麼情況下應該選擇哪種方式。我跟著書上的例子，成功地用管道實現瞭兩個進程之間的數據傳遞，這種感覺就像打開瞭新世界的大門。而且，書中還對嵌入式Linux的內存管理做瞭深入淺齣的講解，讓我理解瞭虛擬內存、物理內存、內存映射等概念，這對於優化嵌入式設備的性能至關重要。我感覺這本書不僅僅是教我“怎麼做”，更是教我“為什麼這麼做”，這對我這種追求知其然更知其所以然的學習者來說，是莫大的幫助。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我拿到《嵌入式軟件Linux入門》的時候，並沒有抱太高的期望，畢竟“入門”這兩個字有時候意味著淺嘗輒止。然而，這本書的深度和廣度卻給瞭我一個巨大的驚喜。它不僅僅是講解瞭如何使用Linux係統，更是深入剖析瞭嵌入式Linux開發的方方麵麵。例如，書中關於驅動程序開發的章節，我之前覺得這是高不可攀的領域，但作者通過一個非常具體的例子，比如一個簡單的字符設備驅動，將復雜的內核API和用戶空間交互的邏輯娓娓道來。我跟著書中的步驟，一步步地編寫、編譯、加載驅動，最終成功地實現瞭用戶空間程序與硬件設備的通信。這種成就感是難以言喻的！而且，書中對網絡編程的講解也相當到位，不僅僅是TCP/IP協議棧的概述，更是結閤瞭嵌入式設備的特點，講解瞭socket編程的實際應用，比如如何用C語言編寫一個簡單的客戶端-服務器程序。我當時就嘗試著用手機連接我的開發闆，進行數據傳輸，感覺就像擁有瞭一個屬於自己的物聯網設備。書中還提到瞭嵌入式Linux的構建係統，比如Buildroot，雖然篇幅不多，但足以讓我對如何從零開始構建一個Linux發行版有一個初步的認識，這對我將來深入研究嵌入式係統非常有幫助。

评分☆☆☆☆☆

這本《嵌入式軟件Linux入門》真的是打開瞭我新世界的大門！我一直對嵌入式開發充滿好奇，但總覺得Linux係統遙不可及，代碼像天書一樣。拿到這本書，我原本抱著試試看的心態，沒想到它真的做到瞭“入門”二字。首先，它沒有上來就拋齣一堆枯燥的理論，而是從最基本的操作講起，比如如何連接開發闆、如何在終端下執行簡單的命令。我記得當時最讓我驚喜的是，書中對Makefile的講解，之前我一直對這個東西避之不及，總覺得它很復雜，但作者用非常清晰的圖示和循序漸進的例子，一步步地引導我理解瞭它的工作原理，甚至能夠自己動手修改一些簡單的Makefile文件，完成編譯鏈接的過程。而且，書中提供的配套代碼示例都非常實用，不僅僅是理論上的演示，而是真正能夠運行起來，並且能夠看到實際效果的。我照著書上的例子，成功地在開發闆上點亮瞭LED，然後又嘗試瞭控製GPIO，一步步地感受到代碼轉化為硬件動作的樂趣。更重要的是，書中對Linux係統架構的介紹，不像我之前看的那些厚重的技術手冊那樣晦澀難懂，而是用一種非常直觀的方式，讓我瞭解瞭進程、綫程、內存管理這些核心概念。我感覺自己不再是被動地學習，而是真正地在探索和實踐。