基于linux的嵌入式系统设计

课程设计说明书第I页基于linux的arm嵌入式系统设计摘要文章在介绍了嵌入式系统和嵌入式操作系统的基本知识基础上，指出了linux作为嵌入式操作系统所具有的优势,并给出了基于Linux的arm嵌入式系统开发设计中应该注意的一些方面。在以计算机技术，通讯技术相结合的信息时代的快速发展和互联网的广泛应用的形势下，3C合一的趋势已经形成。其结果必然就是将计算机工业的中心从计算机产品转移到信息产品，从而出现信息电器的概念。在信息电器的应用开发领域，由于需要的功能不断的增加，嵌入式系统也就将成为软件业的新宠儿。同时在计算机本身的领域里面，微型化和专业化成为了发展的趋势，同样也需要嵌入式系统的支持。在另一方面，稳定、可靠的电量远程秒表一直是店里部门和电力运营商迫切解决的问题，而目前电量的远程表大都是基于人工或电力线载波、专用通信网实现，这些方案因各种原因不能完全满足现代用电管理的要求。关键字:嵌入式系统;Linux;嵌入式操作系统;arm;图形用户接口课程设计说明书第II页AbstractWiththedevelopmentofComputertechnologyandCmmmunicationtechnologyininformationtimesandtheboardapplicationofinternet,itisclearthat3C(Computer,CommunicationandConsumer)willconvergeinthenearfuturewhichwillleadthefocusofComputerIndustryfromthecomputeproducttoinformationproduct.ItistheconceptofInformationoAppliance,EmbeddedOperatingSystemwillbethemostfavoritethinginSoftwareDevelopmentfield.Atthesametime,inthefieldofcomputerscienceitself,theminiaturizationandspecializationisthenewdirectionofthecomputerworld.ItalsowantsthesupportofEmbeddedSystem.Ontheotherhand,steadyandreliableremotemeterforreadingelectricityistherequiredurgentlyforsolvingproblemsofelectricpowerdepartmentandelectricpoweroperationbusiness.Atpresent,remotemeterreadingofelectricityismainlyrealizedbymanpowerorpowerlinecarrierorspecialcommunicatingnet.Theseschemescannotsatisfymodernmanagingrequirementforvariousreasons.Underthisbackground,Itakechargeofdesigninganddevelopingthedataconcentratorofsecond-generationRemoteMeterReadingSystemduringtheprocedureofmythesiswork.Using32-bitMCUAT919200asthecore,thedataconcentratorisbasedofEmbeddedLinuxOperatingSystem,andhasoutstandingdatamanagementandnetworkcommunicationability.Mythesisworkincludesthegeneralprojectdesign,transplantofOperatingSystemandapplicationsoftwaredesign.Keywords:RemoteMeterReadingSystem,internetcommunication,UDP,EmbeddedSystem,ARM9,Linux课程设计说明书第III页目录1引言........................................................................................................................12嵌入式系统............................................................................................................13Linux内核的结构...............................................................................................13.1单内核.............................................................................................................13.2微内核.........................................................................................................24arm体系介绍.........................................................................................................35嵌入式操作系统........................................................................................................35.1Linux作为嵌入式操作系统的优势.............................35.2嵌入式系统软件的特点..............................................................................45.3Linux系统的底层开发与移植...................................................................5结束语............................................................................................................................7参考文献........................................................................................................................8课程设计说明书第1页1引言近年来，linux在嵌入式系统中的应用越来越广泛，linux内核的发展特别是加入的对实时任务的支持，进一步增强了linux在嵌入式应用方面的竞争力。但是由于Linux的技术复杂性以及开发人员的匮乏，使得不少嵌入式产品开发遇到困难，本文论述了在进行嵌入式开发时，选用Linux作为嵌入式操作系统的优势，以及基于Linux的嵌入式系统开发中应该坚持正确的设计，以便提高开发的成功率。L7200/7205是一种基ARM体系结构的，用于高端嵌入式设备硬件平台。采用ARM720为中央处理器，具有自己的数字协处理器，DMA数据通道，彩色LCD显示器，调制解调器，16MB可擦写内存。除了存储器，几乎与PC现代结构完全相同[1]。2嵌入式系统嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模系统的设备。嵌入式系统以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑[2]。3Linux内核的结构操作系统内核的结构模式可分为两种：整体式的单内核模式和层次式的微内核模式。3.1单内核单内核也叫集中式操作系统。整个系统是一个大模块，可以被分为若干逻辑模块，即处理器管理、存储器管理、设备管理和文件管理，其模块间的交互是课程设计说明书第2页通过直接调用其他模块中的函数实现的。单内核模型以提高系统执行效率为设计理念，因为整个系统是一个统一的内核，所以其内部调用效率很高。单内核的缺点也正是由于其源代码是一个整体而造成的：通常各模块之间的界限并不特别清晰，模块间的调用比较随意，所以进行系统修改或升级时，往往“其一发而动全身”，导致工作量加大，使其难以维护[3]。3.2微内核微内核是指把操作系统结构中的内存管理、设备管理、文件系统等高级服务功能尽可能地从内核中分离出来，变成几个独立的非内核模块，而在内核中只保留少量最基本的功能，使内核变得简洁可靠。微内核实现的基础的操作系统理论层面的逻辑功能划分。几大功能模块在理论上是相互独立的，形成比较明显的界限，其优点如下：·充分的模块化设计，可独立更换任一模块而不会影响其他模块，从而方便第三方开发、设计模块。·未被使用的模块功能不必运行，因而能大幅度减少系统的内存需求。·具有很高的可移植性，理论上讲只需要单独对各微内核部分进行移植修改即可。由于微内核的体积通常很小，而且互不影响，因此工作量很小。微内核的明显缺点是系统运行效率低，因为各个模块与微内核之间是通过通信机制进行交互的[4]。Linux内核主要由5个子系统组成：进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口和进程间通信。进程调度控制进程对CPU的访问，采用适当的调度策略使各进程能够合理的使用CPU。内存管理（MM）允许多个进程安全的共享主内存区域。Linux的内存管理支持虚拟内存，即在计算机中运行的程序，其代码、数据和堆栈的总量可以超过实际内存的大小，操作系统只是把当前使用的程序块保留在内存中，其余的程序块则保留在磁盘中。必要时，操作系统负责在磁盘和内存之间交换程序块。虚拟文件系统（VirtualFileSystem，VFS）隐藏了各种硬件的具体细节，为所有的设备提供统一的接口，从而提供并支持与其他操作系统兼容的多种文件系统格式。网络接口（NET）提供了对各种网络标准的存取和各种网咯硬件的支持。课程设计说明书第3页进程间通信（IPC）支持进程间各种通信机制。4arm体系介绍ARM7是冯诺依曼结构ARM9、ARM11是哈佛结构，所以性能要高一点。ARM9和ARM11大多带内存管理器，跑操作系统好一点，ARM7适合裸奔。不跑操作系统，价格低一点的：ARM7、cortex-M3等等。性价比高，可跑也可不跑操作系统的：ARM9、cortex-Rx等等。性能高的，通常要跑操作系统的：ARM10、ARM11、Cortex-A8等等。成熟的：ARM7\ARM9\ARM11。发展趋势：Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M。其实弄ARM大多还是在嵌入式领域，不过现在很多上网本也开始ARM了，估计与intel竞争的时候快来了.每个ARM处理器都有一个特定的指令集架构?而一个特定的指令集架构又可以由多