Embedded-Linux-Schulung

Lektion 1 • Grundlagen der Linux-Befehlszeile

Behandelt Shell-Navigation, Dateiverwaltung und Befehle zur Prozesssteuerung. Diese Fähigkeiten sind Voraussetzungen für alle praktischen Laborarbeiten im Kurs.

Lektion 2 • Linux-Kernel und Betriebssystemarchitektur

Erklärt die Rolle des Linux-Kernels, sein monolithisches Design und die Trennung von Benutzer- und Kernel-Space. Bietet Kontext für spätere Kernel-Konfigurationsarbeiten.

Lektion 3 • Kernkonzepte eingebetteter Systeme

Definiert eingebettete Systeme, ihre Einschränkungen und wie sie sich von Allzweckcomputern unterscheiden. Etabliert das im gesamten Kurs verwendete Vokabular.

Lektion 1 • Toolchain-Validierung und Debugging

Überprüft die Korrektheit der Toolchain mithilfe von Test-Binärdateien und readelf-Inspektion. Verhindert häufige Fehlkonfigurationsfehler vor dem Kernel- und Rootfs-Build.

Lektion 2 • Toolchain-Architektur und -Komponenten

Identifiziert Binutils, Compiler, C-Bibliothek und Debugger als Toolchain-Komponenten. Erklärt die Host-Ziel-Beziehungen, die für die Cross-Kompilierung zentral sind.

Lektion 3 • Cross-Kompilieren von Anwendungen

Demonstriert das Kompilieren von C- und C++-Programmen für ein Ziel mithilfe der Cross-Toolchain. Führt Cross-Kompilierungsmuster mit Makefile und CMake ein.

Lektion 1 • Flash- und Wiederherstellungsverfahren

Behandelt das Schreiben von Bootloader-Images auf NAND-, NOR- und eMMC-Speicher. Beinhaltet Wiederherstellungsstrategien, wenn ein Board nicht bootet.

Lektion 2 • Konfigurieren und Bauen von U-Boot

Führt durch die Auswahl einer defconfig, das Anpassen von Einstellungen und das Cross-Kompilieren von U-Boot. Erzeugt eine Bootloader-Binärdatei, die zum Flashen auf das Ziel bereit ist.

Lektion 3 • U-Boot-Shell und Boot-Skripte

Verwendet die interaktive U-Boot-Shell, um Images zu laden und Boot-Argumente zu setzen. Automatisiert den Bootvorgang mit Skripten, die in der Umgebung oder auf Speichermedien gespeichert sind.

Lektion 4 • Eingebettete Boot-Sequenz

Verfolgt die Einschaltsequenz vom ROM-Code über den Bootloader bis zum Kernel. Etabliert das geschichtete Boot-Modell, auf das in allen nachfolgenden bootbezogenen Arbeiten Bezug genommen wird.

Lektion 1 • Kernel-Quellcode und Versionsverwaltung

Stellt Kernel.org-Releases, stabile Zweige und Hersteller-Kernel vor. Leitet das effektive Klonen und Navigieren im Kernel-Quellcodebaum an.

Lektion 2 • Kernel-Build-System und Ausgabe

Erklärt das Kbuild-System, Cross-Kompilierungs-Flags und Ausgabeartefakte. Die Teilnehmer bauen zImage, Image und Device-Tree-Blobs für ihr Ziel.

Lektion 3 • Kernel-Konfiguration mit Kconfig

Verwendet menuconfig und defconfig-Dateien, um benötigte Treiber und Subsysteme zu aktivieren. Lehrt die systematische Reduzierung der Kernel-Größe für eingebettete Ziele.

Lektion 4 • Kernel-Module und dynamisches Laden

Behandelt Out-of-Tree- und In-Tree-Modul-Builds, insmod, modprobe und depmod. Ermöglicht das Laden von Treibern zur Laufzeit ohne Neubau des gesamten Kernels.

Lektion 1 • Erstellen eines minimalen Rootfs mit BusyBox

Konfiguriert und cross-kompiliert BusyBox, um Kern-Dienstprogramme in einer einzigen Binärdatei bereitzustellen. Erzeugt ein eigenständiges Rootfs-Gerüst für das Ziel-Board.

Lektion 2 • Bibliotheksverwaltung und Abhängigkeiten

Identifiziert gemeinsam genutzte Bibliotheksabhängigkeiten und kopiert sie in den Rootfs-Staging-Bereich. Verhindert Fehler aufgrund fehlender Bibliotheken zur Laufzeit auf dem Ziel.

Lektion 3 • Init-Systeme und Systemstart

Vergleicht BusyBox init, SysVinit und systemd für eingebettete Anwendungsfälle. Konfiguriert inittab und rcS-Skripte, um Dienste beim Booten zu starten.

Lektion 4 • Root-Dateisystemstruktur und Standards

Erklärt den Filesystem Hierarchy Standard und obligatorische Verzeichnisse für den Linux-Boot. Liefert die strukturelle Blaupause für alle Rootfs-Erstellungsübungen.

Lektion 1 • Buildroot-Architektur und -Workflow

Führt den menuconfig-gesteuerten Workflow von Buildroot zur Generierung von Toolchain, Kernel und Rootfs ein. Demonstriert schnelles Prototyping für ressourcenbeschränkte Projekte.

Lektion 2 • Kernkonzepte des Yocto Projects

Erklärt Layer, Rezepte, BitBake und die Architektur des OpenEmbedded-Build-Systems. Etabliert das mentale Modell, das für alle Yocto-Anpassungsarbeiten erforderlich ist.

Lektion 3 • Erstellen und Anpassen von Yocto-Layern

Erstellt einen benutzerdefinierten Layer, schreibt ein Rezept und fügt es einem Yocto-Image hinzu. Demonstriert das in produktiven Yocto-Projekten verwendete Erweiterbarkeitsmuster.

Lektion 4 • Anpassen von Buildroot-Paketen

Erstellt benutzerdefinierte Paketrezepte und Overlays, um proprietäre Software zum Image hinzuzufügen. Erweitert Buildroot über seinen Standardpaketsatz hinaus.

Lektion 1 • Device Tree und Hardwarebeschreibung

Erstellt Device-Tree-Quelldateien, um die Hardwaretopologie gegenüber dem Kernel zu beschreiben. Bindet Treiber mithilfe von Compatible Strings und Eigenschaften an Hardware-Knoten.

Lektion 2 • Interrupts und DMA in Treibern

Registriert Interrupt-Handler und konfiguriert DMA-Transfers innerhalb eines Treibers. Adressiert Latenz- und Durchsatzanforderungen, die bei eingebetteten Peripheriegeräten üblich sind.

Lektion 3 • Entwicklung von Zeichengerätetreibern

Implementiert einen Zeichentreiber mit open-, read-, write- und ioctl-Operationen. Demonstriert das vollständige Muster aus Treiberregistrierung und Dateioperationen.

Lektion 4 • Grundlagen des Linux-Treibermodells

Erklärt das Treiber-Gerät-Bus-Modell, kobjects und die sysfs-Repräsentation. Bietet den konzeptionellen Rahmen für die gesamte Treiberentwicklung in diesem Kapitel.

Lektion 1 • Over-the-Air-Update-Strategien

Implementiert Dual-Bank- und Delta-Update-Mechanismen für sichere Firmware-Updates im Feld. Stellt Rollback-Fähigkeit und Update-Integrität in Produktions-Deployments sicher.

Lektion 2 • Sicherheitshärtung für Embedded Linux

Wendet schreibgeschütztes Rootfs, Secure Boot und Zugriffskontrolle an, um das System zu härten. Reduziert die Angriffsfläche für vernetzte eingebettete Produkte.

Lektion 3 • Optimierung des Speicherbedarfs

Reduziert Kernel-Größe, Rootfs-Größe und Laufzeitspeichernutzung durch systematische Analyse. Wendet Stripping-, Komprimierungs- und Konfigurationsbereinigungstechniken an.

Lektion 4 • Messung und Reduzierung der Bootzeit

Profiliert die Boot-Sequenz mit Bootchart und Kernel-Zeitstempeln, um Engpässe zu finden. Wendet gezielte Optimierungen an, um Ziele im Subsekunden- oder Fast-Boot-Bereich zu erreichen.