STM32单片机嵌入式Linux开发：从零开始构建物联网系统，让你的单片机连接世界

# 1. STM32单片机嵌入式Linux开发概述**

嵌入式Linux系统是一种基于Linux内核的实时操作系统，它被广泛应用于物联网、工业控制、汽车电子等领域。STM32单片机是一款性能强大、资源丰富的微控制器，它非常适合作为嵌入式Linux系统的开发平台。

本章将介绍STM32单片机嵌入式Linux开发的概述，包括：

* 嵌入式Linux系统简介
* STM32单片机简介
* STM32单片机嵌入式Linux开发的优势
* STM32单片机嵌入式Linux开发的应用领域

# 2. STM32单片机嵌入式Linux开发环境搭建

### 2.1 硬件环境搭建

**所需硬件：**

- STM32单片机开发板
- JTAG/SWD调试器
- USB数据线
- 电源适配器

**搭建步骤：**

1. 将STM32开发板连接到JTAG/SWD调试器。
2. 将调试器连接到计算机的USB端口。
3. 为开发板供电。

### 2.2 软件环境搭建

#### 2.2.1 交叉编译工具链安装

**交叉编译工具链：**

- ARM Compiler 6
- GCC Toolchain

**安装步骤：**

1. 下载并安装交叉编译工具链。
2. 配置环境变量：
- `PATH`：添加交叉编译器路径
- `LD_LIBRARY_PATH`：添加交叉编译器库路径

#### 2.2.2 Linux内核和根文件系统配置

**Linux内核：**

- 下载STM32平台支持的Linux内核源代码。
- 根据开发板型号和需求配置内核。

**根文件系统：**

- 下载BusyBox或Buildroot等根文件系统工具。
- 根据需求配置根文件系统，包括必要的应用程序和库。

**配置步骤：**

1. 编译Linux内核：
- `make`
2. 创建根文件系统：
- `make`
3. 将内核镜像和根文件系统镜像复制到开发板：
- `scp`命令

**代码块：**

# 编译Linux内核
make

# 创建根文件系统
make

# 复制内核镜像和根文件系统镜像到开发板
scp linux.img rootfs.img root@192.168.1.1:/

**逻辑分析：**

- `make`命令编译Linux内核。
- `make`命令创建根文件系统。
- `scp`命令将内核镜像和根文件系统镜像复制到开发板的指定IP地址。

**参数说明：**

- `linux.img`：Linux内核镜像文件
- `rootfs.img`：根文件系统镜像文件
- `root@192.168.1.1`：开发板的IP地址和用户名

# 3. STM32单片机嵌入式Linux系统移植

### 3.1 设备树配置

**设备树概念**

设备树（Device Tree）是一种描述硬件平台信息的文本文件，它以树状结构组织，描述了系统中所有设备的连接关系、配置信息和驱动程序信息。在嵌入式Linux系统中，设备树用于描述目标硬件平台的硬件架构，并为内核提供设备初始化和配置信息。

**设备树配置步骤**

设备树配置通常分为以下几个步骤：

1. **创建设备树源文件（.dts）**：使用设备树编译器（dtc）创建设备树源文件，描述硬件平台的设备连接关系和配置信息。
2. **编译设备树源文件**：使用dtc编译设备树源文件，生成设备树二进制文件（.dtb）。
3. **将设备树二进制文件加载到内核**：在内核启动过程中，将设备树二进制文件加载到内核中，内核根据设备树信息初始化和配置硬件设备。

### 3.2 内核移植

**内核移植概述**

内核移植是指将Linux内核移植到目标硬件平台的过程。它涉及到修改内核源代码以支持目标硬件的特定特性，例如处理器架构、外设接口和内存管理单元（MMU）。

**内核移植步骤**

内核移植通常分为以下几个步骤：

1. **配置内核**：根据目标硬件平台的特性配置内核，包括处理器类型、内存大小、外设支持等。
2. **修改内核源代码**：修改内核源代码以支持目标硬件的特定特性，例如添加设备驱动程序、修改内存管理机制等。
3. **编译内核**：编译修改后的内核源代码，生成内核镜像文件。
4. **烧写内核镜像**：将内核镜像文件烧写到目标硬件的存储介质中。

### 3.3 根文件系统移植

**根文件系统概念**

根文件系统（Root Filesystem）是嵌入式Linux系统中提供文件系统功能的根目录。它包含了操作系统启动和运行所需的程序、库和配置文件。

**根文件系统移植步骤**

根文件系统移植通常分为以下几个步骤：

1. **创建根文件系统**：使用工具（如buildroot、Yocto）创建根文件系统，包括必要的程序、库和配置文件。
2. **定制根文件系统**：根据具体应用需求定制根文件系统，添加或删除组件。
3. **烧写根文件系统**：将根文件系统烧写到目标硬件的存储介质中。

# 4. STM32单片机嵌入式Linux系统编程

### 4.1 设备驱动开发

设备驱动是操作系统与硬件设备之间的桥梁，负责控制和管理硬件设备。在嵌入式Linux系统中，设备驱动通常采用字符设备或块设备的形式。

#### 4.1.1 GPIO驱动

GPIO（通用输入/输出）驱动负责控制单片机的GPIO引脚。GPIO引脚可以用于控制LED灯、按钮、传感器等外设。

#include <linux/gpio.h>

static int gp