raspberry-pi - 嵌入式Linux的理论要求

Question

我来自使用Java，C＃，C ++，Javascript的程序员背景

我给自己买了一台Raspberry Pi（Model 1 A，没有以太网），并玩了一段时间。我使用了Raspbian和Arch Linux ARM（因为据说它很小并且可以自定义）。不幸的是，我没有按需要配置它们。

我正在尝试构建一个外观漂亮（嵌入式）的系统，其唯一目标是快速启动（引导）Raspberry Pi并自动启动将用C＃（Mono），C ++（Qt），Java（Java Runtime）编写的测试应用程序或JavaScript / HTML中的内容。

由于我无法摆脱所有日志消息（摆脱了大部分日志），tty登录屏幕，尝试连接到网络的尝试（尽管Model 1 A根本没有以太网），引导很丑陋，花费了很长时间（在某些情况下为+1分钟）。

似乎我必须构建一个最低限度的嵌入式linux，但是我对嵌入式linux元素以及它们如何组合的理论缺乏了解。

我的问题：在树莓派上包含mono，qt，java运行时的嵌入式Linux的理论上需要哪些部分？

到目前为止，我知道以下部分：


硬件（树莓派1 A型）+ SD卡
sd卡包含2个分区，1个引导分区（fat32），1个数据分区（ext4）
引导加载程序
linux内核（可以针对raspi的需求进行优化）


但是那又怎样呢？我的研究因“不需要发行”而迷路了。内核和启动应用程序之间缺少哪些部分？

Answer 1

嵌入式Linux系统由许多不同的部分组成，这些部分相互协作以实现使事情高效运行的相同目标。

理想情况下，它与常规的GNU / Linux系统没有太大区别，但让我们详细了解通用嵌入式系统的构建块。

对于以下解释，我假设为体系结构ARM。以下内容可能因实现而略有不同，但通常是商业嵌入式系统的通用路径。

GNU / Linux嵌入式系统的块


硬件


片上系统

SoC是所有处理发生的地方，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您的软件。

它由各种不同的子块组成：


核心+缓存+ MMU-“真实”处理器，例如ARM Cortex-A9。这是选择SoC时要注意的主要事情。
可以通过例如SIMD协处理器，例如NEON。
内部RAM-通常很小。在引导顺序的第一阶段中使用。
各种“外围设备”-通过某种互连连接
架构/总线到核心。这些范围可以从简单的ADC到3D图形加速器。此类IP内核的示例包括：USB，PCI-E，SGX等。
低功耗/实时协处理器-一些系统提供一个或多个协处理器，以帮助主内核执行实时任务（例如工业通信总线）或处理低功耗状态。它/他们的体系结构可能是（或不是）Core的相对体系。


外部RAM

SoC在系统引导后和引导程序本身期间使用它存储临时数据。通常是嵌入式系统在常规操作期间使用的内存。

非易失性内存-可选

可能存在或可能不存在。您的情况就是您提到的SD卡。在其他情况下，可能是NAND，NOR或SPI Dataflash存储器（或它们的任意组合）。

如果存在，它通常是SoC将从中读取的常规数据源，并且通常存储系统工作所需的所有SW组件。
在某些应用程序中可能不是必需/有用的。

外围设备

与上述内容不严格相关的任何内容。
可能是MAC ID EEPROM，某些继电器，网络摄像头或您可能想象的任何东西。


软件

首先，我们介绍了所谓的引导链，它是在您启动SoC并告诉它开始运行后立即发生的事情。在下面的列表中，引导链是点1到点4的后续调用。


除了特定/特殊的实现，它或多或少总是相同的：


引导ROM代码-SoC中包含的一小块内存（通常被掩盖，即出厂时已打样）。 SoC上电时要做的第一件事就是执行其中的代码。
通常根据外部配置引脚，此代码将决定所谓的“启动策略”或“启动顺序”，即在何处（以什么顺序）查找要执行的其他代码。合适的介质是不同的：USB存储设备，USB主机，SD卡，NAND，NOR，SPI数据闪存，以太网，UART等。
如果以上都不包含有效的内容，则Boot ROM通常会发出SoC的软复位，依此类推。
介质中的代码当然不是在原地执行的：将其复制到内部RAM中然后执行。


[下面的两个包含在我们称为引导加载程序的介质中]


第一阶段的引导程序-它刚刚被引导ROM复制到
SoC的内部RAM。必须足够小以适合该内存
（通常远低于100kB）。这是必需的，因为没有Boot ROM
足够大，不知道SoC是哪种外部RAM
附加到。具有初始化的主要重要功能
外部RAM和SoC的外部存储器接口以及
其他可能感兴趣的外设（例如禁用看门狗
计时器）。完成后，它将下一阶段复制到外部RAM，然后
执行它。根据上下文，可以称为MLO，SPL或
其他。
第二阶段自举程序-“主”自举程序。比第一个阶段更大（可能是x10），完成了第一个阶段的初始化
相关外围设备（例如，以太网，其他存储介质，LCD
显示）。允许采用更复杂的逻辑来下一步
和提供-根据复杂程度-高水平
设施（文件系统/卷处理，数据
复制移动解释，LCD输出，交互式控制台，故障保护
政策）。大多数时候，将Linux内核（及相关）加载到
来自某种介质的内存，并将相关信息传递给该介质（例如
如果未嵌入，则对于较新的内核，将放置DTB物理地址
在r2寄存器中-内核然后读取该寄存器并
检索DTB）
Linux内核-操作系统的核心。取决于
硬件平台可能是主线（“正式”）版本，也可能不是。
通常由内置或可加载完成（从外部
源-是否免费）模块。根据硬编码配置和DT初始化使整个系统正常工作所需的所有硬件-启用MMU，编排整个系统并排他地访问硬件。根据启动参数
（cmdline-通常在上一阶段通过）和/或编译
选项，内核会尝试挂载根文件系统。来自
rootfs，它将尝试加载init（即/ sbin / init-其中/是
刚刚安装的rootfs）。
init和rootfs-init是要运行的第一个非内核任务，并且
具有PID1。它实际上激发了您使用计算机所需的一切
系统。在生产嵌入式系统中，它也开始
应用。在这样的系统中，要么是BusyBox要么是定制的
应用。


有关rootfs和发行版的更多信息

Rootfs包含所有不是内核的GNU / Linux系统（除了/ lib / modules和其他位）。
它包含所有管理外围设备的应用程序，例如以太网，WiFi或外部UMTS调制解调器。

包含系统的交互式部分，包含用户界面，以及在启动GNU / Linux系统时看到的所有其他内容-是否嵌入。

“发行版”只是用户空间（非内核）程序和库的一个特定集合（通常），这些程序和库已被验证可以彼此良好地工作，并由特定的人群合在一起。
桌面发行版通常还附带定制的内核和自举程序。例如Fedora，Ubuntu，Debian等。

从术语的一般意义上讲，没有什么可以阻止您创建自己的发行版，这就是每次定制嵌入式系统投入生产时都会发生的事情：实际上，通过Yocto或Buildroot（或手动）之类的工具，您可以决定适合系统目的的非常特殊的软件集合（因此发行，发行）。

概括起来并准确回答您的问题，您正在寻找的缺失部分是init和安装rootfs的过程：内核安装-通过其驱动程序和传递/内置参数-给定的体积本身也可以使用-渲染/ partition（您提到的ext4数据分区）到“ /”安装点。

在此卷/分区中，有一个/ sbin / init可执行文件，内核将执行该文件。

这是我们的GNU / Linux用户空间系统的“大爆炸”：一切可见的地方。根据配置脚本（通常位于/etc/init.d下），您提到的“应用程序”可以由init自动运行，也可以由用户通过终端/ ssh /自动运行，无论init是否使您可以使用。