“師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人”。Github上一位擁有10年底層開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的老程序員gurugio，整理了一套適合嵌入式或底層開發(fā)（Low-Level Programming）的程序員入門指導(dǎo)。來幫助眾多的初學(xué)者成為一名初級(jí)的底層開發(fā)程序員和Linux內(nèi)核工程師。

他在底層開發(fā)擁有超過10年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，一直從事以下的工作：

80x86匯編編程

硬件設(shè)備與Atmel芯片和固件

Unix的C語言系統(tǒng)編程

Linux中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

Linux內(nèi)核：頁面分配

Linux內(nèi)核：塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)和md模塊

一、什么是底層開發(fā)？

底層開發(fā)是非常接近機(jī)器的編程，使用底層開發(fā)語言（如C或匯編）。這與使用高級(jí)語言（例如Python，Java）的程序員進(jìn)行編程不同。

維基百科：底層開發(fā)

系統(tǒng)編程與底層開發(fā)的一個(gè)非常接近的概念。該頁面包括系統(tǒng)編程中未包含的硬件設(shè)計(jì)和固件開發(fā)。

維基百科：系統(tǒng)編程

系統(tǒng)編程包括從硬件組件到Linux內(nèi)核的內(nèi)容。這里你能通過文檔落得理論基礎(chǔ)，但一頁文檔永遠(yuǎn)不會(huì)覆蓋所有層的細(xì)節(jié)，因此本文檔的目的是作為底層開發(fā)的起點(diǎn)。

二、理論

底層開發(fā)有兩個(gè)背景理論：

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

操作系統(tǒng)

可以在網(wǎng)上找到很多好的課程。理論是理論，只需了解課堂上的內(nèi)容大綱，打好理論基礎(chǔ)。

三、編程語言

1.部件

8086匯編編程與emu8086包涵：

CPU和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念

C編程語言的基本概念

64位匯編程序包涵：

現(xiàn)代CPU和計(jì)算機(jī)架構(gòu)的基本概念

C代碼的拆解和調(diào)試的基本概念

2.C語言

沒有捷徑。只能閱讀以下書籍并解決所有的練習(xí)。

C編程：現(xiàn)代方法第2版

C編程語言第2版

現(xiàn)代C：對(duì)于C的新標(biāo)準(zhǔn)

并行編程困難，如果是這樣，你能做什么呢？

原始實(shí)現(xiàn)與C同步，大規(guī)模C編程（特別是內(nèi)核編程）的基本要素

C編程挑戰(zhàn)？

計(jì)劃像Eudyptula挑戰(zhàn)賽的任務(wù)

你的想法和思路

如果你可以完成該頁面中的所有小項(xiàng)目，那么你將能夠嘗試大型項(xiàng)目。

四、應(yīng)用

1.硬件&固件

如果想成為嵌入式系統(tǒng)工程師，最好從簡單的硬件套件開始，而不是從最新的ARM芯片組開始。

2.Arduino啟動(dòng)套件

有各種系列的Arduino，但“Arduino啟動(dòng)工具”有最簡單的處理器（Atmega328P）和指導(dǎo)書

Atmega328P具有8位內(nèi)核，開始“數(shù)字電路設(shè)計(jì)”和“Firware開發(fā)”。

你不需要知道如何繪制原理圖和布局，并組裝芯片。

但是需要知道如何閱讀原理圖并了解芯片的連接方式。

固件開發(fā)人員應(yīng)該能夠閱讀原理圖，并找出如何將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備。

按照指導(dǎo)書！

3.8086手冊(cè)

如果是x86架構(gòu)的初學(xué)者，8086也是處理器架構(gòu)和80x86程序集的非常好的指南

4.80386手冊(cè)

80x86處理器的保護(hù)模式和尋呼機(jī)制的最佳指南

網(wǎng)頁版本：https：//pdos.csail.mit.edu/6.828/2011/readings/i386/toc.htm

在這些基礎(chǔ)之上，你可以開始接觸ARM或x86處理器。

https://www.raspberrypi.org/

https://beagleboard.org/

https://www.arduino.cc/en/ArduinoCertified/IntelEdison

例如，Raspberry Pi板具有支持64位指令集的Cortex-A53處理器。這允許你體驗(yàn)具有rPi的現(xiàn)代處理器架構(gòu)。是的，你可以買它，但是你要怎么做？如果你沒有目標(biāo)項(xiàng)目，可能會(huì)將該板放入抽屜中，并將其忘記。

所以，我為你推薦一個(gè)項(xiàng)目。

制作自己的內(nèi)核

參考資料：https://www.reddit.com/r/osdev/

我制作了一個(gè)支持64位長模式，分頁和非常簡單的上下文切換的toy內(nèi)核。制作toy內(nèi)核是了解現(xiàn)代計(jì)算機(jī)架構(gòu)和硬件控制的好方法。

實(shí)際上，你已經(jīng)有最新的處理器和最新的硬件設(shè)備。你的筆記本電腦！你的桌面！你已經(jīng)有了所有的開始！你不需要買任何東西。qemu仿真器可以模擬最新的ARM處理器和Intel處理器。所以你需要的一切已經(jīng)在手。有很多toy內(nèi)核和文件可以參考。只需安裝qemu模擬器，并制作一個(gè)小型內(nèi)核，只需啟動(dòng)并打開分頁，并打印一些消息。

其他toy內(nèi)核：

https://littleosbook.github.io/

https://tuhdo.github.io/os01/

五、Linux內(nèi)核和設(shè)備驅(qū)動(dòng)

不需要制作完整的操作系統(tǒng)。加入Linux社區(qū)并參與開發(fā)。

閱讀以下書籍：

《Unix操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》：Unix的基本概念適用于所有操作系統(tǒng)。很好的了解操作系統(tǒng)的概念。

《Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序》：做所有的用例。

《Linux內(nèi)核開發(fā)》：了解Linux內(nèi)核的設(shè)計(jì)。

《了解Linux內(nèi)核》：閱讀本書，了解內(nèi)核源碼v2.6

使用qemu和gdb逐行運(yùn)行內(nèi)核源代碼

http://stackoverflow.com/questions/11408041/how-to-debug-the-linux-kernel-with-gdb-and-qemu

https://gurugio.kldp.net/wiki/wiki.php/howto_debug_kernel

使用busybox來做最簡單的文件系統(tǒng)，只需要1秒鐘即可引導(dǎo)

https://gurugio.kldp.net/wiki/wiki.php/qemu_kernel

Eudyptula挑戰(zhàn)賽

這就像一個(gè)非常棒的私人老師，指導(dǎo)你做什么。

塊層和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（還在整理中）

Linux內(nèi)核的md驅(qū)動(dòng)程序（正在進(jìn)行中）

mdadm工具如何工作以及如何調(diào)用md驅(qū)動(dòng)程序

md驅(qū)動(dòng)程序的工作原理

參考文獻(xiàn)

檢查什么時(shí)候需要什么

自由電子主頁（Free-electrons homepage）：許多幻燈片文件引入了很好的話題，特別是ARM-linux

朱莉婭·埃文斯的發(fā)布：你可以是一個(gè)內(nèi)核黑客！：指導(dǎo)啟動(dòng)內(nèi)核編程。

六、未來的底層開發(fā)

我不知道未來，但我注意到了RUST。如果有一個(gè)星期的空余時(shí)間，我會(huì)學(xué)習(xí)RUST。因?yàn)镽UST是可以開發(fā)Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的最新語言。

IoT是新的趨勢(shì)，所以值得檢查什么操作系統(tǒng)可滿足IoT開發(fā)。ARM，三星和一些公司都有自己的操作系統(tǒng)，但可獲得的資料太少了。但Linux基金會(huì)提供了一個(gè)解決方案：Zephyr

典型的云服務(wù)器有很多層次，例如主機(jī)操作系統(tǒng)，kvm驅(qū)動(dòng)程序，qemu進(jìn)程，客戶操作系統(tǒng)和服務(wù)應(yīng)用程序。因此，容器已經(jīng)開發(fā)出來提供輕型虛擬化。在不久的將來，一個(gè)新的OS概念，即所謂的庫OS或Unikernel，將替代虛擬化的典型的SW堆棧。

獲得本文提到的所有Github庫資源，請(qǐng)?jiān)L問https://github.com/gurugio/lowlevelprogramming-university#linux-kernel-and-device-driver

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