單片機知識是Linux驅動開發的基礎之一

來自專欄 嵌入式Linux那些事兒

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這是arm裸機1期加強版第1課第2節課程的wiki文字版。

為什麼沒前途也要學習單片機？

因為它是個很好的入口。

學習單片機可以讓我們拋開複雜的軟體結構，先掌握硬體操作，如：看原理圖、晶元手冊、寫程序操作寄存器等。 在上一節視頻里，我剛把單片機貶得一無是處，說單片機沒前途了，這節視頻，我又要告訴你們，沒有前途，也要學習單片機。為什麼？

首先，我說不用學習單片機，是指不要使用老一套得學習方法學習單片機。什麼叫老一套的方法？

· 硬體上：不要使用C51、STM32這些專用的單片機開發板。如果以後，你不打算從事單片機開發，你用這些晶元幹嘛，研究了兩三個月，把這些寄存器都用清楚了，你又用不上，沒必要啊。

· 軟體上：不要使用Keil、MDK等集成度太高的軟體。你用這些軟體，你寫個main()就可以了，然後調用各種庫，進行傻瓜式操作。這些好用的工具，封裝了很多技術細節，使得我們沒法了解裸機、單片機的本質。

以後我們會使用新一套的方法來進行單片機的開發。新一套的方法，我們後面再介紹。

我們之所以還要學習單片機，是因為它裡面的知識，對我們後續學習Linux還是有用的。我們首先來看看，一個Linux系統是怎麼一回事。 一個嵌入式Linux系統的軟體組成： 單片機大全Bootloader–>Linux驅動–>Linux APP–>Linux GUI(Android/QT) 。我們PC機一上電的時候，黑色屏幕上會顯示BIOS，這個BIOS目的是去啟動Windows內核。Windows內核再掛載C盤(系統盤)、D盤(應用盤)，最後再去啟動應用程序，像QQ、網遊等。 同樣的道理，我們的Android手機或者工控設備，也有BIOS，但嵌入式Linux系統裡面不叫BIOS，叫Bootloader，他的目的是去啟動Linux內核。 它首先也是識別應用程序所在的存儲設備，掛載根文件系統（在Windows系統裡面的C盤、D盤，在Linux裡面稱為根文件系統)。最後去啟動應用程序。

仔細的分析下Bootloader，它去啟動內核，它去哪裡啟動內核呢？ 顯然是去某個地方讀出內核，就比如說BIOS是去C盤上讀出Windows內核，我們的Bootloader是去Flash或者SD卡讀取內核。 因此Bootloader要擁有讀取Flash或者SD卡的能力。有些Bootloader還要顯示logo，因此還要具有操作LCD的能力。Bootloader還要設置開發板的環境，比如，初始化時鐘、初始化內存、還要設置網卡等。 這麼多事情，都是在Bootloader裡面實現的，太複雜了，如果你一來就分析整個Bootloader是非常困難的。

那我們怎麼學習呢？ 把他拆開，寫出單獨的程序，比如：LED點燈、時鐘、網卡、Flash都單獨寫個程序來練習，這些不就是單片機程序嗎？所以說，Bootloader是單片機程序的大全。我們為了更好的學習Bootloader，我們應該事先一個一個練習硬體，當我們熟悉每個硬體後，再組合起來，就是一個Bootloader。

我們再來看看Bootloader啟動內核之後，內核再去掛載根文件系統，意味著內核也要有操作硬體的能力，這就是驅動程序。我們首先來看看一個簡單的驅動程序是什麼樣子。 首先我們的應用程序是調用open()、read()、write()這些標準的介面去訪問硬體。那麼就進入驅動程序裡面，驅動程序裡面有對應的drive_open()、drive_read()、drive_write()。最後在驅動程序裡面，去配置硬體。 比如一個LED點燈驅動，那麼drive_open()要把GPIO設置為輸出引腳，drive_read()，返回GPIO狀態，driver_write()則寫GPIO，讓引腳輸出高電平或者低電平。

對於我們的LED驅動程序，你需要提供drive_open()、drive_read()、drive_write()這些介面，這就是它的框架。具體的怎麼操作硬體，就是硬體操作。 所以說，我們事先在單片機裡面，熟悉熟練的掌握硬體操作。即驅動程序的組成：

驅動程序=軟體框架+硬體操作

你需要學會看原理圖、看硬體怎麼連接、看晶元手冊、知道怎麼讀寫寄存器。這一切都可以先在單片機裡面學習，去掌握。以後學習Linux驅動時，把重點放在軟體框架就行了。

我們可以事先學習單片機，單片機的學習可以讓我們先拋開複雜的軟體結構，先掌握硬體的操作，如：看原理圖、晶元手冊、寫程序操作寄存器等。 這就是為什麼單片機沒有前途，我們也要學習。是因為他裡面涉及的硬體操作，對我們後續的學習，非常有用處。

現在我們知道了，我們學習單片機，不是為了掌握單片機的開發技能，而是為了掌握Bootloader，掌握硬體操作。