一位年经验的底层开发程序员教你如何入门

　　＂师傅领进门，修行在个人＂。Github上一位拥有10年底层开发经验的老程序员gurugio，整理了一套适合嵌入式或底层开发（Low-Level Programming）的程序员入门指导。来帮助众多的初学者成为一名初级的底层开发程序员和Linux内核工程师。
　　他在底层开发拥有超过10年的从业经验，一直从事以下的工作：
　　80x86汇编编程
　　硬件设备与Atmel芯片和固件
　　Unix的C语言系统编程
　　Linux中的设备驱动程序
　　Linux内核：页面分配
　　Linux内核：块设备驱动和md模块
　　一、什么是底层开发？
　　底层开发是非常接近机器的编程，使用底层开发语言（如C或汇编）。这与使用高级语言（例如Python，Java）的程序员进行编程不同。
　　维基百科：底层开发
　　系统编程与底层开发的一个非常接近的概念。该页面包括系统编程中未包含的硬件设计和固件开发。
　　维基百科：系统编程
　　系统编程包括从硬件组件到Linux内核的内容。这里你能通过文档落得理论基础，但一页文档永远不会覆盖所有层的细节，因此本文档的目的是作为底层开发的起点。
　　二、理论
　　底层开发有两个背景理论：
　　计算机体系结构
　　操作系统
　　可以在网上找到很多好的课程，例如Coursera.org和edx.org。理论是理论，只需了解课堂上的内容大纲，打好理论基础。
　　三、编程语言
　　1.部件
　　8086汇编编程与emu8086包涵：
　　CPU和计算机体系结构的基本概念
　　C编程语言的基本概念
　　64位汇编程序包涵：
　　现代CPU和计算机架构的基本概念
　　C代码的拆解和调试的基本概念
　　2.C语言
　　没有捷径。只能阅读以下书籍并解决所有的练习。
　　C编程：现代方法第2版
　　C编程语言第2版
　　现代C：对于C的新标准
　　并行编程困难，如果是这样，你能做什么呢？
　　原始实现与C同步，大规模C编程（特别是内核编程）的基本要素
　　C编程挑战？
　　计划像Eudyptula挑战赛的任务
　　你的想法和思路
　　如果你可以完成该页面中的所有小项目，那么你将能够尝试大型项目。
　　四、应用
　　1.硬件&固件
　　如果想成为嵌入式系统工程师，最好从简单的硬件套件开始，而不是从最新的ARM芯片组开始。
　　2.Arduino启动套件
　　有各种系列的Arduino，但＂Arduino启动工具＂有最简单的处理器（Atmega328P）和指导书
　　Atmega328P具有8位内核，开始＂数字电路设计＂和＂Firware开发＂。
　　你不需要知道如何绘制原理图和布局，并组装芯片。
　　但是需要知道如何阅读原理图并了解芯片的连接方式。
　　固件开发人员应该能够阅读原理图，并找出如何将数据发送到目标设备。
　　按照指导书！
　　3.8086手册
　　如果是x86架构的初学者，8086也是处理器架构和80x86程序集的非常好的指南
　　4.80386手册
　　80x86处理器的保护模式和寻呼机制的最佳指南
　　网页版本：https：//pdos.csail.mit.edu/6.828/2011/readings/i386/toc.htm
　　在这些基础之上，你可以开始接触ARM或x86处理器。
　　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处理器。这允许你体验具有rPi的现代处理器架构。是的，你可以买它，但是你要怎么做？如果你没有目标项目，可能会将该板放入抽屉中，并将其忘记。
　　所以，我为你推荐一个项目。
　　制作自己的内核
　　参考资料：https://www.reddit.com/r/osdev/
　　我制作了一个支持64位长模式，分页和非常简单的上下文切换的toy内核。制作toy内核是了解现代计算机架构和硬件控制的好方法。
　　实际上，你已经有最新的处理器和最新的硬件设备。你的笔记本电脑！你的桌面！你已经有了所有的开始！你不需要买任何东西。qemu仿真器可以模拟最新的ARM处理器和Intel处理器。所以你需要的一切已经在手。有很多toy内核和文件可以参考。只需安装qemu模拟器，并制作一个小型内核，只需启动并打开分页，并打印一些消息。
　　其他toy内核：
　　https://littleosbook.github.io/
　　https://tuhdo.github.io/os01/
　　五、Linux内核和设备驱动
　　不需要制作完整的操作系统。加入Linux社区并参与开发。
　　阅读以下书籍：
　　《Unix操作系统的设计》：Unix的基本概念适用于所有操作系统。很好的了解操作系统的概念。
　　《Linux设备驱动程序》：做所有的用例。
　　《Linux内核开发》：了解Linux内核的设计。
　　《了解Linux内核》：阅读本书，了解内核源码v2.6
　　使用qemu和gdb逐行运行内核源代码
　　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来做最简单的文件系统，只需要1秒钟即可引导
　　https://gurugio.kldp.net/wiki/wiki.php/qemu_kernel
　　Eudyptula挑战赛
　　这就像一个非常棒的私人老师，指导你做什么。
　　块层和设备驱动程序（还在整理中）
　　Linux内核的md驱动程序（正在进行中）
　　mdadm工具如何工作以及如何调用md驱动程序
　　md驱动程序的工作原理
　　参考文献
　　检查什么时候需要什么
　　自由电子主页（Free-electrons homepage）：许多幻灯片文件引入了很好的话题，特别是ARM-linux
　　朱莉娅·埃文斯的发布：你可以是一个内核黑客！：指导启动内核编程。
　　六、未来的底层开发
　　我不知道未来，但我注意到了RUST。如果有一个星期的空余时间，我会学习RUST。因为RUST是可以开发Linux设备驱动程序的最新语言。
　　IoT是新的趋势，所以值得检查什么操作系统可满足IoT开发。ARM，三星和一些公司都有自己的操作系统，但可获得的资料太少了。但Linux基金会提供了一个解决方案：Zephyr
　　典型的云服务器有很多层次，例如主机操作系统，kvm驱动程序，qemu进程，客户操作系统和服务应用程序。因此，容器已经开发出来提供轻型虚拟化。在不久的将来，一个新的OS概念，即所谓的库OS或Unikernel，将替代虚拟化的典型的SW堆栈。
　　获得本文提到的所有Github库资源，请访问https://github.com/gurugio/lowlevelprogramming-university#linux-kernel-and-device-driver