单片机C语言嵌入式Linux开发：拓展单片机应用领域，4个实战案例

# 1. 嵌入式Linux概述

嵌入式Linux是一种专为嵌入式系统设计的Linux操作系统，它具有体积小、资源占用少、可定制性强等特点。嵌入式Linux广泛应用于工业控制、医疗设备、网络通信等领域。

### 嵌入式Linux的特点

* **体积小：**嵌入式Linux内核仅有几兆字节，可以运行在资源受限的嵌入式系统上。
* **资源占用少：**嵌入式Linux对内存和CPU资源要求较低，可以满足嵌入式系统的性能需求。
* **可定制性强：**嵌入式Linux内核可以根据具体应用需求进行裁剪和定制，满足不同的功能和性能要求。
* **开源免费：**嵌入式Linux是开源软件，可以免费获取和使用，降低了开发成本。

# 2. 单片机C语言编程基础

### 2.1 数据类型和变量

**数据类型**

数据类型定义了变量存储数据的类型和范围。单片机C语言中常用的数据类型包括：

| 数据类型 | 描述 | 取值范围 |
|---|---|---|
| char | 字符 | -128 ~ 127 |
| int | 整数 | -32768 ~ 32767 |
| long | 长整数 | -2147483648 ~ 2147483647 |
| float | 浮点数 | 约为 -3.4e38 ~ 3.4e38 |
| double | 双精度浮点数 | 约为 -1.7e308 ~ 1.7e308 |

**变量**

变量用于存储数据。声明变量时需要指定其数据类型和变量名：

int a;

### 2.2 运算符和表达式

**运算符**

运算符用于对变量和常量进行操作，包括：

| 运算符 | 描述 |
|---|---|
| + | 加法 |
| - | 减法 |
| * | 乘法 |
| / | 除法 |
| % | 取模 |
| == | 等于 |
| != | 不等于 |
| > | 大于 |
| < | 小于 |
| >= | 大于等于 |
| <= | 小于等于 |

**表达式**

表达式是由变量、常量和运算符组合而成的。例如：

a + b * c

### 2.3 流程控制

**if-else 语句**

if-else 语句用于根据条件执行不同的代码块：

if (条件) {
  // 如果条件为真，执行此代码块
} else {
  // 如果条件为假，执行此代码块
}

**switch-case 语句**

switch-case 语句用于根据变量的值执行不同的代码块：

switch (变量) {
  case 值1:
    // 如果变量等于值1，执行此代码块
    break;
  case 值2:
    // 如果变量等于值2，执行此代码块
    break;
  default:
    // 如果变量不等于任何值，执行此代码块
}

**循环语句**

循环语句用于重复执行一段代码：

| 循环语句 | 描述 |
|---|---|
| for 循环 | 根据指定的条件重复执行一段代码 |
| while 循环 | 当指定的条件为真时重复执行一段代码 |
| do-while 循环 | 先执行一段代码，然后检查指定的条件是否为真 |

### 2.4 函数和数组

**函数**

函数是一段可重复使用的代码块，它可以接收参数并返回结果。声明函数时需要指定其返回值类型、函数名和参数列表：

int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

**数组**

数组是一种数据结构，它可以存储多个相同类型的数据元素。声明数组时需要指定其元素类型和数组大小：

int array[10];

# 3.1 Linux内核简介

Linux内核是一个开源、免费的操作系统内核，它提供了计算机硬件和软件之间的接口。它负责管理计算机的资源，例如内存、处理器和外围设备。Linux内核是嵌入式Linux系统开发的基础，因为它提供了稳定、可靠和可定制的操作系统平台。

#### Linux内核架构

Linux内核采用模块化设计，由以下主要组件组成：

- **进程调度器：**负责管理计算机上的进程，决定哪些进程可以运行以及运行多长时间。
- **内存管理单元（MMU）：**负责管理计算机的内存，为进程提供虚拟内存地址空间。
- **设备驱动程序：**提供与计算机硬件设备（例如网卡、磁盘和串口）的接口。
- **文件系统：**提供对存储在计算机上的文件的访问和管理。
- **网络协议栈：**负责处理计算机上的网络通信。

#### Linux内核版本

Linux内核有许多不同的版本，每个版本都针对特定目的进行了优化。对于嵌入式系统，通常使用以下版本：

- **实时Linux (RTOS)：**为嵌入式系统提供实时响应，确保关键任务可以在严格的时间限制内执行。
- **嵌入式Linux：**专为嵌入式设备设计，具有较小的内存占用和低功耗特性。

#### Linux内核的优点

Linux内核在嵌入式系统开发中具有以下优点：

- **开源和免费：**无需支付许可费，可以自由使用和修改。
- **稳定和可靠：**经过多年的开发和测试，Linux内核非常稳定和可靠。
- **可定制：**可以根据特定嵌入式系统的需求进行定制和优化。
- **广泛的支持：**拥有庞大的社区和丰富的文档，提供广泛的支持。

### 3.2 设备驱动开发

设备驱动程序是软件组件，它为嵌入式系统中的硬件设备提供接口。它负责管理设备的初始化、配置和操作。设备驱动程序开发是嵌入式Linux系统开发中的一个关键方面。

#### 设备驱动程序类型

设备驱动程序可以分为两类：

- **字符设备驱动程序