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課程大綱

embedded linux course 2018

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第一階段   嵌入式Linux系統建置實務

此門課是為了進入嵌入式Linux開發的預備課程,要在Linux作業系統開發,對Linux這套作業系統的操作環境須要有一定的熟悉度,包含Linux系統架構、檔案系統結構、指令操作、網路設定、常用伺服器建置等。

  
 
  • 開發平台硬體Raspberry Pi 3
  • 套件安裝管理及Linux常用指令
    • 套件安裝dpkg及用法
    • 套件安裝apt-get及用法
    • 套件安裝apt-cache及用法
    • 網路配置
    • 服務配置-啟用SSH
    • 常用指令
    • 開機重啟命令
    • Linux相關指令分類
 
  • 檔案結構與檔案系統
    • 檔案類型與副檔名
    • 權限
    • 檔案系統類型
    • 系統結構
    • 硬碟分割
  • 使用者帳號管理
  • 伺服器安裝與設定
    • SAMBA

第二階段   嵌入式Linux設計開發與軟硬體整合

了解嵌入式系統架構並能進行軟硬體系統的整合、移植與開發。

在拿到一般嵌入式BSP後懂得如何開始,會知道如何進行核心組態與編譯, Boot loader 編譯以及Root File system建立等。 能熟悉GNU Toolchain的使用,包含GNU AutoTools與Makefile的撰寫。熟悉Open Source 程式與函式庫的移植技巧。 課程利用Raspberry Pi  開源硬體,讓你從空的SD card,從無到有建構自己的嵌入式Linux 系統並能使板子能開機 (Board bring up)。在Linux系統建立完成之後,教你開發Linux Pthread、Socket及File (Device) I/O的系統程式。最後,以嵌入式Linux常見的產品,如IPCam、Wi-Fi Router、NAS,手把手教你這些功能是如何被實現的。

  
 
  • 嵌入式系統軟硬體架構與開發流程
  • 嵌入式 Linux BSP 建立 :
    • 安裝Toolchain 與專案編譯環境設定
    • Boot loader 簡介與U-boot 編譯與使用
    • Linux Kernel 配置與編譯
    • Root filesystem 建立-使用buildroot/Yocto
  • Flash Layout 配置與Linux MTD
 
  • Open source 程式移植
    • gcc 常用編譯參數說明與最佳化
    • Make、Makefile 說明
    • GNU Build System- Automake
    • BusyBox
  • 嵌入式Linux實作整合應用
    • Media Player:Porting MP3 Player
    • NAS:Porting SAMBA
    • Wi-Fi Router:Wi-Fi Driver, hostapd, dhcpd, bridge, ...
    • IP Camera:Porting Streaming server

 
第三階段   嵌入式Linux驅動程式實戰

不管你是要自己撰寫或移植,這都是資深嵌入式系統工程師的必修課。

熟悉Linux驅動程式架構並能實際動手撰寫Linux 核心底層的驅動程式。 了解如何撰寫Linux硬體驅動程式,配合Raspberry Pi 硬體實戰 GPIO Driver、Linux中斷處理、UART Driver、SPI Driver、I2C Driver、ADC Driver等Driver。
  
 
  • 字元裝置Driver
  • Linux Misc Device
  • Linux GPIO 驅動程式 for LED, Button,Relay
  • Raspberry Pi 3 功能說明與BCM283x 使用說明
  • Pi 擴充卡硬體功能介紹與電路圖接腳說明
  • Linux 中斷註冊 & 中斷控制器HAL層架構
  • Pi 擴充卡硬體功能介紹與電路圖接腳說明
  • Bottom Halves (Tasklet & Work Queue)
  • 進階字元Driver:
    • Non-blocking I/O : 使用Wait Queue & completion 機制
    • kernel 對UserSpace通知: SIGIO 信號非同步通知,call_usermodehelper()
 
  • Kernel Timer List (Jiffies, timer ticks) for LED 閃爍
  • Linux Serial port 驅動程式 for Bluetooth 模組
  • Linux Platform Device & Platform Driver 架構
  • Linux Device Tree
  • Linux SPI Client驅動程式 for ADC Driver (MCP3008)
  • Linux IIO Driver(Linux Industrial I/O Subsystem)
  • Linux SPI Bus master 驅動程式 for BCM2835 SPI controller
  • Linux I2C Client驅動程式 for EEPROM
  • Linux I2C Bus master驅動程式 for BCM2835 I2C controller
  • Linux User Space Driver - BCM2835 C I/O Library

 

第四階段   嵌入式應用實戰

A.嵌入式影像辨識

此門課是為了讓學員可以運用嵌入式與最夯的影像辨識做結合,使用Raspberry Pi 3實作影像辨識,包含環境搭建 (設備/驅動)。

  
 
  • Raspberry Pi + WebCam
    • 樹莓派影像擷取裝置驅動
    • 交互編譯環境建置
  • OpenCV 移植 (驗證 & 範例)
    • 嵌入式OpenCV
    • 影像處理電腦視覺導論
    • OpenCV API 介紹 & 功能演練
    • 靜態影像處理 (影像強化、特偵擷取)
 
  • AI影像辨識 on Raspberry Pi
    • 動態影像處理
    • 移動事件辨識
    • 人臉事件辨識

 

B.深度學習AI實現

Coming Soon...

  
   

 

C.ROS機器人開發

Coming Soon...

  
   

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Linux系統程式設計  

▶ 了解Linux system call (如I/O, IPC, pthread等),而能運用這些system call實現linux程式,亦藉此了解OS在嵌入式系統所扮演的角色
▶ 了解 server/client程式運作與 TCP/IP原理
▶ 能夠以 C語言實作 TCP/UDP/Raw Socket
▶ 能夠以 ioctl/fcntl/setsockop去控制 Socket的行為
▶ 實現 Broadcast,Multicast

  
 
  • Low Level I/O Routine
  • File and Directory Manipulation
  • General Library Interface
  • Processes
  • Signals
  • POSIX Thread
  • InterProcess Communication
  • Shell programming
  • Linux Serial Programming
  • Linux Sokcet Programming
  Linux系統程式設計-Linux Socket
  • TCP/IP 網路簡介(1)
  • TCP/IP 網路簡介(2)
  • Wireshark 工具使用
  • TCP Socket程式與Socket API介紹
  • Socket多工處理
  • UDP Socket
  • Unix Domain Socket
  • Socket Option & Ioctl

 
ARM Boot Loader設計  
▶ 了解ARM核心架構與ARM例外處理
▶ 能熟悉ARM組合語言並能撰寫Startup code與Linker Script
▶ 配合Raspberry Pi硬體自幹 Boot code
  
 
  • SoC基本架構
  • ARM處理器架構
  • ARM組合語言
  • Thumb mode
  • 標準程序呼叫
  • ARM Exception handling /例外中斷處理
  • Memory Barrier & Coprocessor
  • 系統程式-Linker & startup code
 
  • Bare-metal Development using Raspberry Pi 3
    • 認識Broadcom BCM283x SoC
    • Raspberry Pi 3開機流程
    • 實作 GPIO 驅動-LED、 Button
    • 實作BCM2835 中斷控制器
    • 實作System Timer 中斷
    • 實作GPIO中斷
    • 實作UART
  • GPU 與ARM間的溝通用Mailbox 界面實作Framebuffer

 

延伸學習-課程預覽
   

#ARM Boot Loader

#Linux驅動程式 

課程Q&A
   ▪ 什麼是嵌入式系統?有哪些技術範疇?

「嵌入式系統」是一種嵌入在裝置內部,為特定應用而開發的計算機系統,嵌入式系統的設計可說是小規模的系統整合,是一涵蓋資訊、通訊、電子領域之專業;同時其技術領域縱跨軟體嵌入式作業系統RTOS、韌體、I/O介面及硬體裝置範疇。因此從事嵌入式系統開發,必須具備能夠整合軟硬體的紮實功夫。

   ▪ 為什麼選擇用Raspberry Pi來學習嵌入式Linux?

Raspberry Pi 是一片Linux-Based的開源硬體板子,其硬體線路 & SoC DataSheet的揭露相較其他板子算是相當完整,對於想學習嵌入式Linux核心的開發,包含Linux裝置驅動式程式Linux USB驅動程式ARM Bootloader開發不會一直遇到沒有硬體資訊的窘境。此外,由於Raspberry Pi 拉出了40 Pin I/O 介面(包含電源),對於想要以實戰方式學習Linux裝置驅動程式的人將會非常有感覺,而不僅僅是概念上的認知。另外Raspberry Pi 3 具有Wi-Fi和BLE, 所以學習物聯網相關的技術如 IoT Gateway、Sensor Node設計等,硬體支援度也相當好。

其實不少人都玩過Raspberry Pi,但多數人止於”使用”階段,很少真正懂得Pi內部的軟硬體架構設計。艾鍗是以教授業界對於嵌入式Linux系統開發所需的職能作為訓練的目標,而Raspberry Pi 僅是我們硬體教學平台的選擇之一。我們的訓練從空的SD卡開始,由核心原始碼編譯到根目錄檔案系統的完整建置。接著你能熟悉Linux系統程式設計、看得懂DataSheet,理解Linux Driver框架、了解Linux 核心、並能實際完成Linux核心驅動程式。接著你能更進一步挑戰ARM Bootloader 設計,理解ARM CPU架構與指令集、ARM 中斷向量表與SoC間的行為,了解一個程式到底是如何被執行的種種細節 。(此時,你將真正搞懂什麼是”微處理器”)。

   ▪ Android HAL跟嵌入式Linux的關聯性在哪邊?

首先必須了解Google Android Framework,是一個GUI 圖形系統。而如何讓APP也能存取到底層的硬體如G-SensorGPSWiFI等。都必須有賴於Android Framework HAL軟體架構.所謂的Android HAL,就是介接上層用JAVA寫的Framework code Linux底層的部份。使得APP只看到HAL層,HAL內部負責底層Linux的溝通。而底層硬體就是和linux Driver 有關了。總之,底層要先能動,上層APP才可以用

   ▪ 學嵌入式可以做什麼?

有這個技術在身,你可以開發:
電腦/嵌入式系統一電腦、手機及其他消費性電子產品的開發、生醫儀器、ICT資通訊產品
控制系統一自動控制系統(PID)、HMI程式、馬達驅動、機械手臂、機器人
通訊系統一無線通訊、網卡開發
更高階的系統整合應用還有:
IoT 物聯網— IoT Gateway、Sensor Node
影像處理—應用影像識別、影像處理

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   ▪ 艾鍗的嵌入式系統課程有什麼不一樣?

艾鍗強調"How to do"與"Trial and error"並引導"How to think"的訓練方式,擔任本學程的講師皆為實際從事產品開發設計的資深RD工程師/研發經理,正因為如此,每一門課都是提供業界實際的開發方法,不僅提供原理、架構、觀念,我們更把實務上產品開發過程中所遇到的問題,累積解決問題的經驗整理成課程,透過Hands on training的方式,教授業界實務開發要領與分享工程問題解決Know-How,讓你可以快速了解Embedded Linux的開發工作,並能真正將Embedded Linux導入產品開發。

 

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