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Linux 嵌入式系统毕业论文
Linux 嵌入式系统毕业论文
题 目 Linux 操作系统的实时性技术研究
专 业 计算机科学与技术
系 别 计算机科学与技术
学 院 计算机科学与信息工程
Linux 嵌入式系统毕业论文
摘要:信息技术的发展和 Internet 广泛深入的应用使嵌入式系统成为电子计算机行业的
热点。嵌入式系统技术上的成就为航空航天、工业控制等技术领域上的探索提供了更加科学
和有效的手段,同时也为人们的日常生活带来了更多欣喜和便利。嵌入式技术是在计算机和
通信技术的基础上发展起来的,以嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为发展核心。诸多的嵌
入式操作系统中,嵌入式凭借自身硬件支持上的广泛性、开源性和可移植性等特点发展迅速。
在嵌入式技术日新月异的背景下,许多应用对于嵌入式系统的实时性提出了更高的要求,
根据这一要求,本文将致力于嵌入式 Linux 实时性能的研究。所研究的嵌入式 Linux 的目标
硬件平台采用基于 X86 体系结构的 PC/104 总线系统,该总线系统包括 CPU 模块和数据采
集模块。
本文首先概括地介绍了嵌入式系统的概念及特点、PC/104 总线的特点、嵌入式系统目
前国内外的发展状况,在此基础上介绍了本课题的研究背景及必要性;然后对实验系统硬件
平台的设计和配置做了详细介绍;接下来在分析了 Linux 内核关键机制后详细论述了目标系
统的嵌入式 Li~软件环境的构建过程,其中对符合本实验要求的 Linux 内核的定制和移植、
根文件系统的构造、引导加载程序的写入做了详细描述。本文的重点是开发数据采集模块在
自行构建的嵌入式 Linux 软件环境下的设备驱动,其中首先对 Linux 设备驱动程序作了简要
介绍,然后详细描述了数据采集模块设备驱动的设计与实现过程。本文的最后通过一个基于
C/S 网络架构的远程数据采集程序对嵌入式 Linux 的实时性能作了测试和论证。
关键词:嵌入式系统、Linux、PC/104、设备驱动、实时性
Linux 嵌入式系统毕业论文
目录
第一章 绪论
1.1 嵌入式系统..................................................................................................................1
1.1.1 嵌入式系统的定义及特点.....................................................................................1
1.1.2.嵌入式操作系统....................................................................................................1
1.2 PC/104 总线.......................................................................................................................2
1.3 嵌入式操作系统国内外发展现状.....................................................................................2
1.4 嵌入式操作系统的发展趋势......................................................................................3
1.4.1.嵌入式实时超微内核...............................................................................................3
1.4.2.开发环境的开放性和集成化...................................................................................3
1.5 课题研究背景及意义..................................................................................................3
1.6 论文的主要研究内容..................................................................................................3
第二章 嵌入式实验系统硬件设计与配置
2.1 实验系统总览..............................................................................................................4
2.2 下位机 CPU 模块 SCM/LX3160 介绍.......................................................................4
2.2.1 SCM/LX-3160 的性能特点 .....................................................................................5
2.2.2 SCM/LX-3160 母板逻辑 .........................................................................................6
2.3 下位机 I/O 模块 DIAMOND-MM-32-AT 分析.......................................................................7
2.3.1 DIAMOND-MM-32-AT 概述.......................................................................................7
2.3.2 DIAMOND-MM-32-AT 模拟输入的范围和分辨率...................................................9
2.3.3 DIAMOND-MM-32-AT A/D 采样模式.....................................................................10
2.3.4 DIAMOND-MM-32-AT 模拟输出的范围和分辨率................................................11
2.3.5 DIAMOND-MM-32-AT 数字 I/0 工作模式.............................................................12
2.4 本章小结...........................................................................................................................14
第三章 嵌入式 Linux 软件开发环境的构建
3.1 Linux 内核分析...............................................................................................................15
3.1.1 Linux 内核概述...................................................................................................15
3.1.2 Linux 内核系统体系结构...................................................................................16
3.1.3 申请内存的动态分配..........................................................................................16
3.1.4 Linux 中断机制...................................................................................................17
3.1.5 Linux 系统调用接口...........................................................................................18
3.2 内核的定制.......................................................................................................................18
3.2.1 内核的选择...........................................................................................................18
3.2.2 内核的裁剪和编译...............................................................................................20
3.3 基于 Busybox 工具的根文件系统的搭建.......................................................................27
3.3.1 Busybox 简介.......................................................................................................27
3.3.2 根文件系统的构建过程......................................................................................27
3.4 存储设备的准备...............................................................................................................30
3.5 引导加载程序的选择与写入...........................................................................................31
3.6 本章总结...........................................................................................................................31
第四章 数据采集驱动程序的设计与实现
4.1 Linux 设备驱动程序介绍...............................................................................................32
4.1.1 Linux 对于设备和模块的分类...........................................................................32
4.1.2 Linux 设备驱动程序的作用...............................................................................32
Linux 嵌入式系统毕业论文
4.1.3 Linux 内核与设备驱动程序的关系...................................................................33
4.2 Linux 设备驱动程序中的几个重要概念.......................................................................33
4.2.1 模块与应用程序..................................................................................................33
4.2.2 内核空间与用户空间...........................................................................................34
4.3 DMM32 驱动程序的设计与实现.......................................................................................34
4.3.1 DMM32 设备的工作模式.......................................................................................34
4.3.2 DMM32 驱动程序中需要加入的头文件、系统宏及全局变量...........................38
4.3.3Linux 设备驱动程序中四个重要的数据结构.....................................................39
4.3.4 设备的初始化及释放..........................................................................................42
4.3.5 设备的打开和关闭...............................................................................................43
4.3.6 设备的读写...........................................................................................................43
4.3.7 设备的模式控制..................................................................................................43
4.3.8 中断处理例程......................................................................................................46
4.3.9 其它-些设置函数.................................................................................................48
4.4 设备驱动的编译...............................................................................................................49
4.5 DMM32 设备驱动程序的使用与工作过程.......................................................................49
4.5.1DMM32 设备驱动的使用.........................................................................................49
4.5.2 DMM32 设备驱动的工作过程概述.......................................................................50
4.6 本章总结...........................................................................................................................51
第五章 基于嵌入式 Linux 的实时性测试
5.1 远程数据采集程序的设计与实现...................................................................................52
5.1.1 Linux 下的 Socket 编程简介.............................................................................52
5.1.2 远程数据采集程序流程.......................................................................................52
5.2 远程数据采集程序的测试结果及分析...........................................................................54
5.3 本章小结...........................................................................................................................58
第六章 总结与展望
6.1 总结...................................................................................................................................59
6.2 展望...................................................................................................................................59
第一章 绪论
计算机技术、通信技术的发展以及互联网的普及使得计算机的微型化和专业化成为发展
趋势。后 PC 时代的到来又使得以嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为核心的嵌入式技术成
为一个新的技术发展方向。嵌入式技术在飞速发展的同时也在改变着社会生产的各个行业和
群众生活的各个方面,从消费电子到工业设备,从民用产品到国防军事,都能看到嵌入式技
术产品的身影。嵌入式技术在工业自动化、国防、航天等领域有着突出的应用,例如宇宙飞
船、火箭、导弹制导系统;在人们日常生活中随处可见的手持移动通讯设备、智能家电也都
是以嵌入式系统为技术依托。
生产信息化技术与人们生活水平的提高又对嵌入式系统提出了新的要求,新一代嵌入式
产品的实时性成为衡量其性能的主要指标。本文将深入研究基于开源操作系统 Linux 的嵌入
式系统的实时性能,为嵌入式 Linux 的广泛应用提供论证。
1.1 嵌入式系统
1.1.1 嵌入式系统的定义及特点
嵌入式系统的定义有很多,下面给出两种比较合理的定义。从技术角度的定义:嵌入式
系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件与硬件可裁剪,在功能、可靠性、成本、
体积以及功耗方面需求严格的专用计算机系统。从系统角度的定义:嵌入式系统是完成复杂
功能的硬件和软件,并使其紧密合在一起的计算机系统。
从上面的定义可知嵌入式系统是一个整体的概念,包括硬件部分和软件部分。硬件部分
包括嵌入式微处理器、外围硬件设备,软件部分包括嵌入式操作系统和应用程序。
与通用计算机系统的通用性和广泛性不同,嵌入式系统是面对专业领域和特定环境的应
用系统,因而嵌入式系统有其自身的特点:
1)嵌入式系统的专用性决定了其体积小、功耗低、集成度高的特点,能够把通用计算
机中需要很多板卡共同完成的功能集成在嵌入式芯片内部,这使得嵌入式系统的移动性大为
增强,与网络的祸合性也越来越紧密。
2)嵌入式系统的硬件和软件的设计必须遵循高效原则,根据功能量体裁衣、去除冗余,
这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。
3)嵌入式系统中的软件通常都固化在存储器芯片或 ROM 中,目的是提高系统运行速度和
可靠性。
4)嵌入式系统通常对实时性要求较高。
1.1.2.嵌入式操作系统
当硬件资源一定的情况下,系统性能就取决于软件。嵌入式系统发展中,嵌入式操作系
统的发展也起着异乎寻常的作用。嵌入式操作系统负责全部硬件软件资源的分配、控制协调
并发。随着网络技术的发展和信息家电的普及,嵌入式操作系统也从单一的弱功能性向高专
业化的强功能性发展。
一般情况下,嵌入式操作系统可以分为两类,一类是面向控制、通信等领域的实时操作
系统,如 WindRiver 公司的 Vxworks、QNX 系统软件公司的 QNX、ATI 的 Nucleus 等;另一类
是面向消费电子产品的非实时操作系统,这类产品包括个人数字助理 (PDA)、移动电话、机
顶盒、WebPhone 等。
Linux 操作系统作为开源操作系统的杰出代表在嵌入式领域应用极为广泛,对于教学、
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