《嵌入式Linux C编程入门》阅读笔记&书评

作者: 华清远见嵌入式培训中心 出版社: 人民邮电出版社
全称：嵌入式Linux C编程入门（第二版）
CUIT索书码：TP316.81/H759-1/E2（盘）

CH1 嵌入式系统的基础知识

• 冯诺依曼结构：具有公用的数据存储空间和程序存储空间，他们共享存储总线，这也是以往设计时常用的方式。
• 哈佛结构具有分离的数据和程序空间以及分离的访问总线。哈佛结构在指令执行时，取值和取数可以并行，因此具有更高的执行效率。
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CH2 嵌入式Linux C语言开发工具

vi是Linux系统的第一个全屏幕交互式编辑程序，按不同的使用方式可以分为3种状态：命令行模式、插入模式、底行模式。（编辑）
GCC编译器家族：支持c/c++,java等语言。（编译）
GDB：GNU开源组织发布的一个强大的Linux下的程序调试工具。（调试）
Makefile：自动编译管理器，能够根据文件时间戳自动发现更新过的文件，减少编译的工作量。（管理）
Emacs：集编辑、编译、调试于一体的开发环境。（综合）

CH3 构造嵌入式Linux系统

略

CH4 嵌入式Linux C语言基础——数据、表达式

数据类型
分为三类：
• 基本类型
○ 整形
○ 浮点型
○ 字符型
○ 枚举型
○ 指针型
• 空类型
• 构造类型
○ 数组
○ 结构体
○ 共用体
字符串与字符常量
“a”“D”为字符串，‘a’为字符常量。
与字符常量相对应的是字符变量：char，占用一个字节的空间。
Const
在关键字后面加上“const”即可表示定义的是常量：
int const a=10；则a的值只能是10，不能修改。
const涉及指针的用法：
Int const *a; 表示const的是整形数组，所以a指向的数组（当然也有可能是数据）是不能改变的。
Int *const a; 表示const的是a，表示指向a的地址是不能变的，但是但是a指向的数据可以改变。
地址/偏移
32为的线性地址：
页全局目录入口 页中间目录入口 页表项 偏移
Linux内核建立页面主要通过三个while循环创建页表地址映射规律。

CH5 嵌入式Linux C语言基础——控制语句及函数

3中程序结构
顺序结构、分支结构、循环结构。
输入输出函数
• 字符串输入输出：gets，puts
• 字符输入输出：getchar，putchar
• 格式输入输出：scanf，printf
字符输入输出格式：
输入：getchar（）；
输出：putchar（字符）；
格式输入输出格式：
输入：scanf（格式说明，&变量）；如：printf(“a=%d”,a);
输出：printf（格式说明，输出变量）；如：scanf(“a=%d”,&a);
其中，格式说明由%和格式字符组成，具体形式如下表：
十进制整数 d
八进制整数 o
十六进制整数 x
unsigned型数据 u
一个字符 c
一个字符串 s
实数（单双精度） f
指数形式 e
条件函数
switch：
switch函数的选择由case和default构成，一般习惯把default放在最后，但放在前面也不影响。选择语句的后面通常都有break，否则会无视下面的case和default，一直运行到switch的最后一行语句。在确实不需要加break的地方，建议使用/no break/进行标识，便于检查。
break和continue：
Break Continue
用在循环体或switch中，表示跳出当前循环体或当前的switch。 用在循环体中，表示跳过当前循环的其余代码，不跳出循环，而是进入下一组。
【注】不能跳出if
形参与实参
函数调用时，调用语句后面括号里面的参数是实参，函数执行时，函数体中的参数是形参。在函数调用时，实参的数据赋值给形参，这个赋值是单向的，即：只能实参→形参。不论函数运行时形参的值怎样改变，都不能改变实参的值，若想将计算的值传递出来，只能使用return或指针（指针作为函数参数）。

递归：递归函数可以使代码变短，但因为执行时需要保存每一步的参数、变量等，所以会产生很多内部开销，“非必要不使用”。

CH6 嵌入式Linux C语言基础——数组、指针与结构

在创建数组时赋值：
Char a[3]={‘a’,‘b’};
则a[2]被赋值为\0，若不是char类型的数组，则a[2]被赋值为0.
上述赋值也可用：char a[3]={“ab”};
二维数组的赋值：
Int a[2][2]={{1,2},{3,4}}; 或：
Int a[2][3]={1,2,3,4}
给P1分配动态内存：
Int p1;
If((p1=(int)malloc(sizeof(int)))==NULL){
Perror(malloc);
Return;
}
释放：
Free(p1);
动态内存分配问题的函数原型：void malloc(size_t size);
指针作为函数参数
将指针作为实参，传递给函数，函数内部虽然不能改变指针的值，但可以通过指针找到指向的数据，从而对它进行更改，显示为对p更改。
还是比较好理解的。

&a与&a[0]等价。
函数指针
形式：int (*p)();
函数名即为函数入口，所以对于p，可以换成别的函数名。

CH7 嵌入式Linux C语言基础——高级议题

预处理、文件包含、堆与栈。
起到函数作用的宏定义
eg：#define MAX(a,b) ((a>b)?a:b)
使用时直接使用MAX(x,y)即可表示(x>y)?x:y
条件编译
格式：
#ifdef a
{
printf(“1”);
}
#else
{
printf(“2”);
}
#endif
作用为：如果前面define了a（即使是#define a这样也算定义过），则输出1，否则输出2.
【注】后面要加上#endif，像VB一样。
条件编译不满足的部分是不会编译的，能缩短目标程序。
堆与栈
堆： 一般由程序员分配（malloc）和释放（free）， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS（操作系统）回收，分配方式倒是类似于链表。
栈：由操作系统自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
【注】静态变量不入栈。
memory描述符

#CH8 嵌入式Linux C语言基础——ARM Linux内核常见数据结构
链表
四种链表的指标：
单向链表 双向链表 单向循环链表 双向循环链表
指针域 Next next，priv Next next，priv
结尾指针 NULL NULL 头指针 头指针
内存占用 较少 较多 较少 较多
操作灵活性 较不灵活 较为灵活 较为灵活 非常灵活
时间复杂度与空间复杂度 O(N) O(N) O(N) O(N)
在Linux中，关于链表的接口：
• 初始化：static inline int list_empty(const struct list_head *head))
• 插入：static inline void _list_add(stuct list_head *new, struct list_head *head)
• 删除：static inline void _list_del(struct list_head *prev,struct list_head *next)

树、二叉树、平衡树
二叉树：
• 特殊形态的二叉树：
○ 满二叉树：满的
○ 完全二叉树：除了最下面一层仅有从右向左缺失的若干节点，其余层都是满的。
• 顺序存储：空间利用率高、寻找孩子和双亲比较容易；但插入和删除节点不容易（需要整体移动数组）
○ 第一层，再第二层，再第三层。。。每层从左往右。
• 链式存储：顺序存储依靠编号寻找亲子关系，所以非完全二叉树需要填补空缺，效率低。
节点结构：
Lchild Item Rchild
○ 所有右孩子的数值大于根节点，所有左孩子的数值小于根节点
• 二叉树的遍历（名字里面先、中、后表示更节点的访问次序）
○ 先序遍历：先根，再左，再右
○ 中序遍历：先左，在根，再右
○ 后序遍历：先左，再右，再根
平衡树：因为二叉树各个子树之间的高度相差可能很大，容易造成平均性能下降，所以提出了“平衡树”。通常包括B树、AVL书、红黑树等，能保证最坏情况下为O(logN)的性能。
哈希表
哈希表构造方法：直接定址法、数字分析法、折叠法、除留余数法、随机数法。
冲突处理方法：开放定址法、再哈希法、链地址法、建立一个公共溢出区。

CH9 文件I/O相关实例

通用文件模型
• 超级块：super block，存放系统中已安装文件系统的有关信息。每个文件系统对应一个超级块对象。
• 索引节点：inode，每个文件对应一个索引节点。
• 目录项：dentry，存放目录项与对应文件链接的信息。
• 文件：file，存放打开文件与进程之间进行交互的有关信息。
拓扑：进程→文件→目录项→索引节点→（超级块→）磁盘文件
文件I/O
• Close
• Open
• Read
• Write
• lseek：用于将文件指针定位到相应的位置。
• Fcntl：功能较多（获得/设置文件标记、获得/设置记录锁等）
• Select：选择I/O复用的功能
串口
略

CH10 ARM Linux进程线程开发实例

进程
进程类型：
• 交互进程
• 批处理进程
• 守护进程
进程状态：
• 运行（running）
• 可中断（interruptible）
• 不可中断（uninterruptible）
• 僵死（zombie）：进程运行结束，等待父进程销毁。
• 停止（stopped）
进程优先级在0_{139中间，其中实时进程（软实时）占用0}99，一般进程占用100~139。
线程
从内核角度看，Linux不存在线程的概念，所有线程都当做进程来实现，他们具有属于自己的task_stuct，只是这些线程会共享一些资源而已。

进程控制的一些API：
• fork：Linux中创建新进程的位移方法。从已存在的进程中创建一个新进程。
• exec（函数族，共有6个以exec开头的函数，具体的功能有细微差别）：创建一个子进程，子进程几乎复制了父进程的全部内容。
使用情况：
○ 当进程认为自己没用时，调用任意一个exec函数，让这个进程重生。
○ 如果进程想执行另一个程序，可以调用fork函数新建一个进程，然后调用任何一个exec函数，看起来像是通过执行应用程序而产生了一个新进程。
• Exit/_exit：终止进程。
• Wait/waitpid：使父进程阻塞。
进程间通信：
使用较多的有：无名管道/有名管道、信号、消息队列、共享内存、信号量。
• 有名管道：int mkfifo(const char *filename,mode_t mode)
• 信号：在软件层面上对中断机制的一种模拟。一个完整的信号生命周期包括：信号产生、信号注册、信号注销、信号处理
○ 发送信号：kinll()、raise()
○ 捕获信号：alarm()、pause()
○ 处理信号：signal()
• 共享内存：最有用的进程间通信方式，但需要依靠同步机制。
• 消息队列：消息队列就是一个消息的链表
Pthread线程库：
• Pthread_creat：创建线程
• Pthread_exit：函数终止
• Pthread_join：等待一个特定的线程退出
• Pthread_mutex_init:创建一个互斥量
• Pthread_yield:主动释放CPU给其他进程
信号量线程控制（PV原语）:P减一，V加一，当小于0时，P停止。
同步和互斥：

CH11 ARM Linux网络开发实例

TCP/IP
应用层 Application layer
传输层 Transport layer
互联网层 Internet layer
网络接口层 Network interface layer
应用层在操作系统外部，传输层在操作系统内部，互联层在IP地址上，网络接口层在物理地址上。
可靠性特性：IP协议不能保证IP保温传递的可靠性，但TCP协议面向连接的服务，体现了可靠性。
TCP/IP的特点是将不同的底层物理网络、拓扑结构隐藏起来，向用户和应用程序提供通用、统一的网络服务，使用户看起来整个TCP/IP互联网就是一个统一的整体，它独立于具体的各种物理网络技术，能够向用户提供一个通用的网络服务。

Socket
在Linux系统下，用户通过socket接口进行网络编程操作。常见的socket有：
• 流式（SOCK_STREAM）：提供可靠的、面向连接的通信流，使用TCP协议，保证了数据传输的正确性和顺序性。
• 数据报（SOCK_DGRAM）：无连接，使用UDP。
• 原始：功能强大但使用较为不便。
traceroute程序实例
在命令提示符下面直接使用tracert即可。可以获得到目标主机时中途经过的路由器信息（IP）。原理是UDP数据包&不同生存时间（TTL）的IP，当TTL为1时，经过一个路由器IP包即被抛弃，为2时可以经过两个路由器，以此类推，返回所有路由器的信息。

CH12 嵌入式Linux设备驱动开发

Linux中的设备驱动程序有如下特点：
• 内核代码
• 内核接口
• 内核机制和服务
• 可装载
• 可设置
• 动态性
字符设备
加载设备驱动模块：init_module()
卸载：cleanup_modele()

块设备
块设备包括：IDE硬盘、SCSI硬盘、光驱等。
每当用户进程对一个块设备发出一个读写请求时，首先调用块设备所公用的函数generic_file_read()和generic_file_write()。如果缓冲区有数据/缓冲区还可以存放数据，则进行数据的读/写。

LCD驱动编写实例
TFT显示屏：（Thin Film Transistor）即薄膜场效应晶体管。

完

2022年8月29日

书评

前面讲的比较浅显，后面还好（或许可以理解成叫“由浅入深”），学过单片机或C语言的可以当做复习来用。书里面有错误，且在讲到或与非的时候举的例子还不如不举。。。
再者，P163的例子，为了说明递归算法的用途，举了一个例子说除法取余数无法输出“1“”3“”2“”6“，那就分别/1000,/100%10,/10%10和%10啊，为什么非得用余数呢？这样的例子显示不出来后面递归算法的必要性。