Существует четыре основных метода разработки встраиваемых систем Linux: разработка на «голом железе», разработка SDK, разработка драйверов и разработка приложений.

1. Разработка «голого металла»

Разработка на «голом железе» обычно означает разработку, при которой программы запускаются непосредственно на оборудовании в среде без поддержки операционной системы. Этот метод разработки требует от разработчиков непосредственного взаимодействия с оборудованием и написания низкоуровневого кода, управляющего оборудованием. Это включает в себя прямой контроль и управление оборудованием, таким как процессоры, память, а также интерфейсы ввода и вывода. По сравнению с разработкой на базе операционной системы, разработка на «голое железо» ближе к аппаратному уровню и требует более глубокого понимания и контроля над оборудованием, но также позволяет разработчикам более точно управлять аппаратными ресурсами и производительностью.

2. Разработка SDK

Чтобы облегчить разработчикам быстрое проектирование, производители микросхем разработали специальные наборы инструментов разработки программного обеспечения для создания приложений. SDK обычно содержат компиляторы, отладчики, драйверы оборудования, API (интерфейсы прикладного программирования), а также другие инструменты и документацию, облегчающие разработку. При разработке встроенного Linux SDK разработчики могут воспользоваться мощными функциями и гибкостью системы Linux, одновременно оптимизируя и адаптируясь к конкретным аппаратным платформам для удовлетворения конкретных потребностей встраиваемых устройств.

3. Разработка драйверов

Разработка драйверов — это процесс написания драйверов устройств для встраиваемых систем Linux. В этом процессе разработчикам необходимо иметь глубокое понимание архитектуры ядра Linux и научиться писать, отлаживать и поддерживать драйверы устройств в среде ядра Linux. Драйвер устройства — это часть операционной системы, которая отвечает за взаимодействие с аппаратными устройствами и управление их работой. Сюда входит написание кода для непосредственного взаимодействия с оборудованием, обработки аппаратных прерываний и обеспечения обмена данными с другими частями системы. Разработка драйверов является предметом нашего исследования.

Драйверы устройств в Linux в основном делятся на три категории: драйверы символьных устройств, драйверы блочных устройств и драйверы сетевых устройств. Каждый тип драйвера имеет свои уникальные особенности и использует:

3.1. Драйвер символьного устройства.

Определение. Драйверы символьных устройств в основном поддерживают устройства, передающие данные в символьных единицах, такие как клавиатуры, мыши, последовательные порты и т. д.

Характеристики: Символьные устройства обычно адресуются, доступны в произвольном порядке и обрабатывают по одному символу за раз.

Метод передачи данных: данные обычно передаются по одному в виде потока байтов и не требуют использования буферных областей.

Примеры приложений: драйвер клавиатуры, драйвер последовательного порта, драйвер звуковой карты и т. д.

3.2. Заблокировать драйвер устройства.

Определение: Драйверы блочных устройств имеют дело с устройствами, которые передают данные блоками данных (блоками), такими как жесткие диски, приводы оптических дисков и т. д.

Особенности: Блочные устройства могут хранить большие объемы данных, поддерживать произвольный доступ и иметь высокую эффективность передачи данных.

Метод передачи данных: Передача данных осуществляется блоками (обычно фиксированного размера) с использованием областей кэша для повышения эффективности обработки данных.

Примеры применения: жесткий диск, SSD-диск, оптический диск и т. д.

3.3. Драйвер сетевого устройства.

Определение: Драйверы сетевых устройств используются для управления аппаратными устройствами, связанными с сетевыми коммуникациями, такими как сетевые карты, беспроводные адаптеры и т. д.

Особенности: Сетевой драйвер уделяет особое внимание передаче пакетов данных и реализации сетевых протоколов.

Метод передачи данных: данные передаются в виде сетевых пакетов, что предполагает сложную обработку стека сетевых протоколов.

Примеры применения: драйвер карты Ethernet, драйвер адаптера Wi-Fi, драйвер Bluetooth и т. д.

Эти три типа драйверов вместе составляют основу взаимодействия системы Linux с различными аппаратными устройствами, обеспечивая универсальность и эффективность системы. Их реализация обычно предполагает глубокие знания ядра операционной системы, протоколов связи с оборудованием и навыки разработки драйверов.

4. Разработка приложений

Разработка приложений Linux — это процесс разработки приложений в операционной системе Linux. Сюда входит создание, написание, отладка и оптимизация приложений для работы в среде Linux. Linux предоставляет богатый набор инструментов и библиотек разработки, которые позволяют разработчикам создавать различные типы приложений: от инструментов командной строки до приложений с графическим пользовательским интерфейсом (GUI) и серверных приложений.