嵌入式畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告8頁

1、嵌入式系統(tǒng)畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告學(xué) 院： 電子與電氣工程學(xué)院專 業(yè)： 電子信息工程班 級(jí)： 電子11201學(xué) 號(hào)： 1203251024姓 名： 徐賢暢嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用概述在今日，嵌入式ARM 技術(shù)已經(jīng)成為了一門比較熱門的學(xué)科，無論是在電子類的什么領(lǐng)域，你都可以看到嵌入式ARM 的影子。如果你還停留在單片機(jī)級(jí)別的學(xué)習(xí)，那么實(shí)際上你已經(jīng)落下時(shí)代腳步了，ARM 嵌入式技術(shù)正以幾何的倍數(shù)高速發(fā)展，它幾乎滲透到了幾乎你所想到的領(lǐng)域。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性能強(qiáng)、功耗低、可靠性高以及面向行業(yè)具體應(yīng)用等突出特征， 目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍事國防、消費(fèi)電子、信息家電、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域。嵌入式的廣泛應(yīng)

2、用可以說是無所不在。linux系統(tǒng)linux系統(tǒng)主要是由用戶空間和內(nèi)核空間再加上外部的硬件平臺(tái)構(gòu)成，用戶空間就是用戶應(yīng)用程序的運(yùn)行空間，主要包括兩方面的內(nèi)容：用戶應(yīng)用程序和GNU C Library(glibc)。而內(nèi)核空間有三方面的內(nèi)容，一是系統(tǒng)調(diào)用接口，它作為用戶空間和內(nèi)核空間相互轉(zhuǎn)移的一種方式，二是內(nèi)核空間，三是體系相關(guān)內(nèi)核代碼，在linux內(nèi)核代碼中，可以看到arch目錄下有許多子目錄，其中每一個(gè)子目錄代表一種硬件平臺(tái)。     而為什么要把linux系統(tǒng)劃分為用戶空間和內(nèi)核空間呢？主要是一旦用戶空間和內(nèi)核空間沒有分

3、開，那用戶將擁有很大的權(quán)限去操控內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序的崩潰將會(huì)造成系統(tǒng)的崩潰，而linux系統(tǒng)是利用cpu的模式分級(jí)來分別運(yùn)行用戶空間和內(nèi)核空間，這樣就可以使操作系統(tǒng)得到充分的保護(hù)。而現(xiàn)代的cpu通常實(shí)現(xiàn)了不同的工作模式，以ARM處理器為例實(shí)現(xiàn)了7種運(yùn)行模式，分別為：1）用戶模式(usr)：ARM微處理器正常程序執(zhí)行模式2）系統(tǒng)模式(sys)：運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)3）中斷模式(irq)：用于通用的中斷處理4）外部中斷模式(fiq)：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理5）數(shù)據(jù)訪問終止模式(abt)：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)6）管理模式(svc)：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模

4、式7）未定義指令中止模式(und)：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真ARM微處理器的運(yùn)行模式可以通過軟件改變，也可以通過外部中斷或異常處理改變，除用戶模式外，其他模式都是非用戶模式或特權(quán)模式，除用戶模式和系統(tǒng)模式外，其他模式都是異常模式，常用于處理異常或中斷，以及需要訪問受保護(hù)的系統(tǒng)資源等情況。    同時(shí)用戶空間和內(nèi)核空間是程序執(zhí)行的兩種不同狀態(tài)，通過系統(tǒng)調(diào)用和硬件中斷去實(shí)現(xiàn)用戶空間到內(nèi)核空間的轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)調(diào)用是主動(dòng)的，硬件中斷是被動(dòng)的，比如鍵盤按下或者串口中斷。接下來說說linux的內(nèi)核架構(gòu)，它主要是包含7大組成部分1.

5、內(nèi)存管理 內(nèi)存管理的主要作用是使多個(gè)進(jìn)程能安全高效的共享內(nèi)存區(qū)域，通常使用以下兩個(gè)手段：內(nèi)存映射：將物理內(nèi)存映射到虛擬內(nèi)存中，變有限為無限有效管理：使用各種內(nèi)存管理算法（如伙伴算法），減少內(nèi)存浪費(fèi)2.虛擬文件系統(tǒng) vfs隱藏了各種文件系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)，為文件操作提供統(tǒng)一的接口3.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 它為linux提供了完善豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)4.進(jìn)程管理 進(jìn)程管理的重點(diǎn)是創(chuàng)建進(jìn)程、停止進(jìn)程，并控制它們之間的通信。進(jìn)程管理還包括控制活動(dòng)進(jìn)程如何共享cpu，即進(jìn)程調(diào)度。5.設(shè)備驅(qū)動(dòng) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)也是內(nèi)核的一部分，它不同于內(nèi)核的其他部件，并且獨(dú)立于內(nèi)核的其他部件，同

6、時(shí)它是與設(shè)備交互的唯一模塊，通常由第三方廠商開發(fā)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序不與其他驅(qū)動(dòng)程序交互；內(nèi)核與驅(qū)動(dòng)程序之間也僅通過一個(gè)嚴(yán)格定義的接口交互。6.系統(tǒng)調(diào)用接口 SCI層為用戶空間提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)來訪問Linux內(nèi)核，搭起了用戶空間到內(nèi)核空間的橋梁。7.體系相關(guān)部分 Linux內(nèi)核源代碼采用樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，非常合理地把功能相關(guān)的文件都放在同一個(gè)子目錄下，使得程序更具可讀性。下面介紹下這些目錄的組成arch目錄arch是architecture的縮寫。內(nèi)核所支持的每種CPU體系，在該目錄下都有對(duì)應(yīng)的子目錄。每個(gè)CPU的子目錄，又進(jìn)一步分解為boot,mm,kernel等子

7、目錄，分別包含控制系統(tǒng)引導(dǎo)，內(nèi)存管理，系統(tǒng)調(diào)用等。其下子目錄有| -x86  /*英特爾cpu及與之相兼容體系結(jié)構(gòu)的子目錄*/| |-boot  /*引導(dǎo)程序*/| | |-compressed  /*內(nèi)核解壓縮*/| |-tools  /*生成壓縮內(nèi)核映像的程序*/| |-kernel  /*相關(guān)內(nèi)核特性實(shí)現(xiàn)方式，如信號(hào)處理、時(shí)鐘處理*/| |-lib  /*硬件相關(guān)工具函數(shù)*/block目錄 

8、    部分塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序crypto目錄加密、壓縮、CRC校驗(yàn)算法documentation內(nèi)核的文檔drivers目錄（重點(diǎn)）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序fs目錄存放各種文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)代碼。每個(gè)子目錄對(duì)應(yīng)一種文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，公用的源程序用于實(shí)現(xiàn)虛擬文件系統(tǒng)vfs。| |-devpts /* /dev/pts虛擬文件系統(tǒng)*/| |-ext2 /*第二擴(kuò)展文件系統(tǒng)*/| |-fat /*MS的fat32文件系統(tǒng)*/| |-isofs /*ISO9660光盤cd-rom上的文件系統(tǒng)*

9、/include目錄      內(nèi)核所需要的頭文件。與平臺(tái)無關(guān)的頭文件在include/linux   子目錄下，與平臺(tái)相關(guān)的頭文件則放在相應(yīng)的子目錄中。 init目錄內(nèi)核初始化代碼ipc目錄進(jìn)程間通信的實(shí)現(xiàn)代碼kernel目錄Linux大多數(shù)關(guān)鍵的核心功能都是在這個(gè)目錄實(shí)現(xiàn)。（調(diào)度程序，進(jìn)程控制，模塊化）lib目錄庫文件代碼mm目錄mm目錄中的文件用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理中與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的部分（與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的部分在哪里實(shí)現(xiàn)？arch）net目錄網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)代碼| |-802 /

10、*802無線通訊協(xié)議核心支持代碼*/| |-appletalk /*與蘋果系統(tǒng)連網(wǎng)的協(xié)議*/| |-ax25 /*AX25無線INTERNET協(xié)議*/| |-bridge /*橋接設(shè)備*/| |-ipv4 /*IP協(xié)議族V4版32位尋址模式*/| |-ipv6  /*IP協(xié)議族V6版*/samples一些內(nèi)核編程的范例scripts配置內(nèi)核的腳本securitySElinux的模塊sound音頻設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序usrcpio命令實(shí)現(xiàn)virt內(nèi)核虛擬機(jī)Linux內(nèi)核的配置與編譯Linux內(nèi)

11、核具有可定制的優(yōu)點(diǎn)，配置內(nèi)核的目的是裁剪掉不必要的文件和目錄，獲得一個(gè)最簡(jiǎn)單的又能滿足用戶開發(fā)的操作系統(tǒng)，以解除嵌入式開發(fā)過程中所遇到的存儲(chǔ)空間有限的困擾。內(nèi)核配置與編譯的具體步驟如下：1.清除臨時(shí)文件、中間文件和配置文件1）make clean  Remove most generated files but keep the config即清除大部分生成的文件但保留配置文件2）make mrproper     Remove

12、0;all generated files + config files即清除所有生成的文件還有配置文件3）make distclean      Mrproper + remove editor backup and patch files即實(shí)現(xiàn)make mrproper命令的同時(shí)刪除編輯器備份文件和補(bǔ)丁文件2.確定目標(biāo)系統(tǒng)的軟硬件配置情況，比如cpu類型，網(wǎng)卡型號(hào)，所需支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。3.使

13、用如下命令之一配置內(nèi)核：  1） make config:基于文本模式的交互式配置  2）make menuconfig:基于文本模式的菜單型配置  3）make oldconfig:使用已有的配置文件（.config），但是會(huì)詢問新增的配置選項(xiàng)  4）make xconfig:圖形化的配置（需安裝圖形化系統(tǒng)）Make menuconfig是最為常用的內(nèi)核配置方式 如果一個(gè).config文件已經(jīng)存在，它將使用該文件設(shè)置那些默認(rèn)的值4.編譯內(nèi)核&#

14、160;  編譯內(nèi)核通常也需要幾個(gè)步驟，一是清除以前編譯通過的殘留文件；二是編譯內(nèi)核image文件和可加載模塊；三是安裝模塊。下面是編譯內(nèi)核的具體步驟。make dep 命令用在內(nèi)核2.4或之前，用于建立源文件之間的依賴關(guān)系，在執(zhí)行內(nèi)核配置命令之后使用，不過在2.6內(nèi)核中已經(jīng)取消該命令，該功能由內(nèi)核配置命令實(shí)現(xiàn)。make clean 命令用于刪除前面留下來的中間文件，該命令不會(huì)刪除.config等配置文件。這個(gè)步驟是可選的，它的目的是清除原先編譯過而殘留的.com和.o（obj文件）。如果是剛下載的源代碼，那么這一步就可以省略了，但是

15、如果已經(jīng)編譯多次內(nèi)核，這一步是必要的，不然后面可能會(huì)出現(xiàn)很多莫名其妙的小問題。make zImage命令用于編譯生成壓縮形式的內(nèi)核鏡像，當(dāng)編譯成功后，就會(huì)在archarmboot目錄下生成zImage文件，大小一般為幾百KB。對(duì)于嵌入式Linux內(nèi)核而言，直接將生成的zImage下載到嵌入式目標(biāo)板的flash中即可。對(duì)于較大的內(nèi)核，如果用make zImage編譯，系統(tǒng)會(huì)提示使用make bzImage命令來編譯，bzImage是big zImage的縮寫，可用于生成較大的壓縮內(nèi)核，比如桌面Linux系統(tǒng)內(nèi)核。在配置菜單的過程中，有些選項(xiàng)被選擇為模塊的，

16、即選項(xiàng)前為M，并且在回答Enable loadable module support(CONFIG_MODULES)時(shí)選了Yes的，則接下來就還要用命令make modules 來編譯這些可加載模塊，并用make modules_install將make modules生成的模塊文件復(fù)制到相應(yīng)目錄，桌面Linux內(nèi)核一般是在/lib/modules目錄下。制作init ramdiskmkinitrd initrd-$version $version例：mkinitrd initrd-2

17、.6.29 2.6.29$version 可以通過查詢/lib/modules下的目錄得到Ramdisk是將一部分固定大小的內(nèi)存當(dāng)做分區(qū)來使用。它并非一個(gè)實(shí)際的文件系統(tǒng)，二是一種將實(shí)際的文件系統(tǒng)裝入內(nèi)存的機(jī)制，并且可以作為根文件系統(tǒng)。將一些經(jīng)常被訪問而又不會(huì)更改的文件（如只讀的根文件系統(tǒng)）通過ramdisk放在內(nèi)存中，可以明顯的提高系統(tǒng)的性能。在linux的啟動(dòng)階段，initrd提供了一套機(jī)制，可以將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)一起載入內(nèi)存。cp arch/x86/boot/bzImage/boot/vmlinuz-$version$version 為所編譯的內(nèi)

18、核版本號(hào)（拷貝initrd-2.6.29到/boot下，將arch/x86/boot/bzImage更名為vmlinuz-2.6.29移動(dòng)到/boot下）修改/etc/grub.conf 或者/etc/lilo.conf（GNU GRUB（簡(jiǎn)稱 GRUB ）是一個(gè)來自GNU項(xiàng)目的多操作系統(tǒng)啟動(dòng)程序。GRUB是多啟動(dòng)規(guī)范的實(shí)現(xiàn)，它允許用戶可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)同時(shí)擁有多個(gè)操作系統(tǒng)，并在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)選擇希望運(yùn)行的操作系統(tǒng)。GRUB可用于選擇操作系統(tǒng)分區(qū)上的不同內(nèi)核，也可用于向這些內(nèi)核傳遞啟動(dòng)參數(shù)。）這時(shí)重啟Linux操作系統(tǒng)，在進(jìn)入內(nèi)核時(shí)按下回車鍵進(jìn)入內(nèi)核選擇界面，

19、選擇自己編譯的內(nèi)核，即可進(jìn)入自己編譯的內(nèi)核的操作系統(tǒng)，用uname -r 可以查看當(dāng)前內(nèi)核版本。 嵌入式linux文件系統(tǒng)的制作與移植          文件系統(tǒng)包含兩個(gè)層次的含義：1.按照固定格式組織的目錄與文件2.在特定的存儲(chǔ)介質(zhì)上管理這些目錄和文件需要的數(shù)據(jù)當(dāng)我們?cè)趌inux下輸入ls  / 的時(shí)候，見到的目錄結(jié)構(gòu)以及這些目錄下的內(nèi)容都大同小異，這是因?yàn)樗械膌inux發(fā)行版在對(duì)根文件系統(tǒng)的布局上都遵循FHS（Filesystem

20、 Hierarchy Standard）標(biāo)準(zhǔn)的建議規(guī)定。各個(gè)目錄名稱及其存放的內(nèi)容：/bin 必備的用戶命令，例如ls、cp等/sbin 必備的系統(tǒng)管理員命令，例如ifconfig、reboot等/dev 設(shè)備文件，例如mtdblock0、tty1等/etc 系統(tǒng)配置文件，包括啟動(dòng)文件，例如inittab等/lib 必要的鏈接庫，例如C鏈接庫、內(nèi)核模塊/home 普通用戶主目錄/root root用戶主目錄/usr/bin 非必備的用戶程序，例如find、du等/usr/sbin 非必

21、備的管理員程序，例如chroot、inetd等/usr/lib 庫文件/var 守護(hù)程序和工具程序所存放的可變，例如日志文件/proc 用來提供內(nèi)核與進(jìn)程信息的虛擬文件系統(tǒng)，由內(nèi)核自動(dòng)生成目錄下的內(nèi)容/sys 用來提供內(nèi)核與設(shè)備信息的虛擬文件系統(tǒng)，由內(nèi)核自動(dòng)生成目錄下的內(nèi)容/mnt 文件系統(tǒng)掛接點(diǎn)，用于臨時(shí)安裝文件系統(tǒng)     /tmp 臨時(shí)性的文件，重啟后將自動(dòng)清除根文件系統(tǒng)是Linux啟動(dòng)時(shí)使用的第一個(gè)文件系統(tǒng)。沒有根文件系統(tǒng)，Linux將無法正常啟動(dòng)。根文件系統(tǒng)由一系列目錄組成，

22、目錄中包含了應(yīng)用程序、C庫、以及相關(guān)的配置文件。     那如何制作一個(gè)根文件系統(tǒng)呢？主要包括以下步驟：1、創(chuàng)建根文件系統(tǒng)的目錄  如：mkdir bin sbin lib etc dev proc sys usr mnt tmp var2、創(chuàng)建設(shè)備文件cd devmknod -m 666 console c 5 1mknod -m

23、60;666 null c 1 3cd .3、安裝/etctar -xzvf etc.tar.gz  /xxx/rootfs/etc4、配置busybox進(jìn)入busybox目錄執(zhí)行make menuconfig進(jìn)入 Busybox Settingsbuild Options->選中 “Build busybox as a static binary”, 靜態(tài)鏈接Cross Comp

24、iler prefix (arm-linux-)Installation Options->選中 “Dont use /usr”, 選中該項(xiàng)可以避免busybox被安裝到宿主系統(tǒng)的/usr目錄下，破壞宿主系統(tǒng)Busybox Installation Prefix (/nfsroot/rootfs)該選項(xiàng)表明編譯后的busybox的安裝位置7、編譯、安裝busyboxmake ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-  

25、60;  make install前提是系統(tǒng)中安裝好了交叉編譯工具arm-linux-gcc至此一個(gè)粗略的根文件系統(tǒng)制作完成，下面就需要移植到開發(fā)板中。我們知道ARM嵌入式系統(tǒng)的組成為：1）bootloader 引導(dǎo)加載器2）kernel 操作系統(tǒng)內(nèi)核3）rootfs 根文件系統(tǒng) (帶GUI,QTopia)     在系統(tǒng)加載完內(nèi)核后就會(huì)去啟動(dòng)根文件系統(tǒng)，而啟動(dòng)根文件系統(tǒng)這個(gè)過程被bootargs這個(gè)參數(shù)控制，所以我們需要修改這個(gè)參數(shù)以使系統(tǒng)運(yùn)行我們的根文件系統(tǒng)，但這之前我們需要在宿主機(jī)上將根文件系統(tǒng)共享出來。我們先在linux系統(tǒng)中配置好nfs服務(wù)器，并且在設(shè)置配置