从裸机编程到嵌入式Linux编程思想的转变

-29 · 2017-4-1 09:38

对于裸机编程可能很多人比较熟悉，比如51单片机系列，那么裸机编程与嵌入式Linux编程思想上有什么不同呢？今天我们就来聊一聊。

首先，我们一起回顾一下51形式的编程方法，以一个简单的LED例子:通过串口向其发送一串指令，让LED灯闪烁，闪烁频率由串口发送的指令决定。

开始编程：一开始各种初始化晶振，初始化要用的功能模块：UART，GPIO，定时器。那么就会通过设置寄存器的各种位，把UART配置为中断模式，GPIO对应的LED引脚为输出模式，用于控制LED灯的暗灭，最后初始化定时器，来控制暗灭的频率。相信有过嵌入式裸机编程经验的朋友们一定都觉得这很简单，但是如果跑上了操作系统，那又应该怎么办？

嵌入式Linux分为驱动层和应用程序层。大家一定听过，对Linux设备的操作就像操作文件一样简单，打开，写入，关闭。听起来是很简单，听完就算了，也不知道到底说什么。

驱动层就相当于我们在51形式编程中的初始化功能模块，在Linux中，已经把所有函数封装好了。举例：用at91sam9260芯片，现在要把PB1 引脚设置为输出模式，且初始值为低电平，则调用系统封装好的函数：
1. at91_set_gpio_output(AT91_PIN_PB1, 0);
这个函数位于Linux内核源代码arch/arm/mach-at91,要用到什么函数进去找。在arch/arm下有很多文件夹，以后需要自己根据自己的需求去选择相应的芯片找函数，这个可能是Linux不怎么人性化的地方，需要改进，只有很有经验的工程师才能轻松找到，初学者真的要费很大精力。

而我们那些晶振时钟初始化就不用写了，在Linux操作系统运行的时候已经帮你初始化好了。还有串口也已经初始化好了，在Linux有专门的操作函数，大家可以看看Linux下串口操作的相关资料，这里就不过多介绍了。当然驱动层完成的还不只这些工作，剩下的工作在讲玩应用程序层之后再介绍。

应用程序层：这是一个完全与硬件无关的层次，就相当于我们51形式编程的逻辑层一样。那么我们怎么和驱动层打交道呢？大家回忆那句话：像操作文件一样，操作硬件设备。没错，我们就是操作文件。每个硬件设备驱动会有一个设备文件（一般要手动生成，自动生成要在驱动中写好也行）。例如我们为LED灯取一个设备文件名字为leds，然后在dev/leds生成这个设备文件，应用程序用open方法打开文件后，得到文件描述符fd，那么以后操作LED这个设备就是操作这个fd。
1. fd = open (“dev/leds”, flags);
到底怎么操作fd才能像操作文件一样操作硬件设备呢？就是命令机制！通过一个非常重要的函数ioctl（应用程序和驱动程序的接口之一）。

假设我们定义了命令 LED_ON和LED_OFF（定义命令的方法见前几篇**），那么我们要让LED闪烁，在应用层只要写：
1. while(1)
2. {
3.    ioctl(fd,LED_ON);
4.    sleep(1);
5.    ioctl(fd,LED_OFF);
6.    sleep(1);
7. }

是在应用层看来这个是不是很简单？但是却苦了驱动层了。刚刚说到驱动层做的事情不只是初始化模块功能，不错她还有一个功能就是完善ioctl，根据相应的命令进行相应的动作。（ioctl是比较复杂的，这里只是举了一个最简单的例子，朋友们还是要多看一些书籍和实验），这里是不是连定时器的初始化都不用我们自己写，直接调用系统的休眠函数来达到延迟的目的咯~~~

让我们再次回到驱动层，驱动层就要完善这个ioctl了，因为驱动层可以直接对硬件操作，让输出高电平和低电平。

驱动的操作就比较复杂了，这里只能简单讲下概念了，因为这时已经是Linux设备驱动开发的内容了。

好了今天就介绍到这里，不知道各位嵌友有多少来自51单片机呢？在下方评论区留言一下吧。