【正文】 )處阻塞，一直到有連接請(qǐng)求到來。由于嵌入式開發(fā)板的資源有限，存貯器的容量不夠大，這種方式對(duì)系統(tǒng)的存貯器要求較高，但是能夠帶來更高的運(yùn)行速度，因?yàn)橄到y(tǒng)只直接從嵌入式開發(fā)板上啟動(dòng)的，系統(tǒng)直接 解壓縮內(nèi)核文件，運(yùn)行內(nèi)核。 u C li nu x 主要應(yīng)用于沒有 MMU 單元的嵌入式芯片， 主要的目的是 節(jié)約內(nèi)存和 FL A SH。在 R OMfs中， 文件數(shù)據(jù) 是按照順尋存放的。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 20 頁 應(yīng)用程序庫 uC li nu x 運(yùn)行效率高，是一個(gè) 小型化 的嵌入式 Li n ux 系統(tǒng)，這就要求相應(yīng)的應(yīng)用程序庫具有較高的運(yùn)行效率。 . 內(nèi)核編譯 嵌 入 式 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 非 常 專 業(yè) 化 ， 功 能 模 塊 相 對(duì) 比 較 單 一 。同時(shí) ，嵌入式芯片的資源有限，內(nèi)存一般都比較小，裁剪后，內(nèi)核往往會(huì)更加簡(jiǎn)練，所占用的存貯空間也會(huì)很小。 為了適應(yīng)這個(gè)芯片的特性，登陸 ph il ip s 官方網(wǎng)站 ，并且查找和下載以下這個(gè)文件： uClinuxdi st2020 04081p cchy t ch 下載后，復(fù)制到系統(tǒng)的目錄下，輸入以下指令，并執(zhí)行： 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 21 頁 cat uClinuxdi st20200 4081p cchyc t ch 執(zhí)行完成后，在編譯 u C l in ux 內(nèi)核是，選擇系統(tǒng)的內(nèi)核配置的時(shí)候，可以找到 LPC 2200 的選項(xiàng)。為了使得 配置 具有更強(qiáng)的 直觀性， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了 文本菜單這種配置方式。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 22 頁 圖 配置內(nèi)核界面 界面中有 提示使用 “↑”“↓” 選擇配 置模塊 ，使用空 格鍵選擇或者取消，使用“→”“←”，選擇命令，最后使用回車鍵 En ter 執(zhí)行命令。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 23 頁 圖 內(nèi)核資源界面 配置完畢后選擇 Ex i t，然后在提示下是否保存的時(shí)候選擇保存， 配置完畢后，選擇 Ex it，在對(duì)話提示選擇保存。 Ima ges內(nèi)核文件主要存放那個(gè)內(nèi)核目錄。 u C l in u x 系統(tǒng)的文件系統(tǒng)，在組織上按照樹狀結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行組織，也就是 頂部 是根目錄， 從根向下 進(jìn) 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 24 頁 行 分支 ，通常把文件系統(tǒng)的最頂端成為根目錄。 內(nèi)核 在 連接 的 時(shí) 候 ， 只 需 要 連 接 到ROMFS 文件系統(tǒng)， 后 面用 模塊 裝載工具 把其它相 關(guān)的 模塊和文件系統(tǒng) 裝載進(jìn)來，而不是所有的文件和模塊全部掛接 。 從 后面的 第 16 字節(jié)開始 ，顯示的是 文件名和 相關(guān) 其數(shù)據(jù) [26 ]。 ROMFS 文件系統(tǒng) 的構(gòu)成，它的 文件系統(tǒng)頭 由 16 字節(jié) 組成 ，文件系統(tǒng)名由 4 字節(jié) 組成， 文件系統(tǒng)的大 由 4 字節(jié) 組成，其次還有 4 字節(jié)的校驗(yàn)和 4 字節(jié)的卷標(biāo)名 。 u Cl in ux 根目錄下可以見到以下結(jié)構(gòu)： /bin /home /etc /mnt /lost+fo un d /tmp /dev /sbin /var /boot /root /lib /proc /usr 設(shè)計(jì)中選擇的 ROMFS 文件系統(tǒng) ， 主要是考慮到系統(tǒng)的存貯結(jié)構(gòu)。 構(gòu)建文件系統(tǒng) 構(gòu)建 文件系統(tǒng) 就是 在物理設(shè)備上 構(gòu)建 文件組織和目錄， 便于系統(tǒng)進(jìn)行文 件的 組織和 管理 ，它是 u C l in u x 系統(tǒng) 處理 數(shù)據(jù) 的基 礎(chǔ) 條件 。執(zhí)行結(jié)束后，會(huì)得到我們需要的兩個(gè)目錄： ROMfs 文件 和 i ma ges 內(nèi)核文件。 表 uClinux 中各個(gè)選項(xiàng)的描述 選項(xiàng) 描述 設(shè)置 Vendor/Prod u ct 廠商 /產(chǎn)品選擇 PHILIS/LPC 2 200 Kemel 選擇 版本 Linux Libc 選擇 函數(shù)庫 uClibc Default all Settings 默認(rèn)設(shè)置 恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置時(shí)選擇 Updata Default 默認(rèn)廠商配置 根據(jù)需要選擇 在設(shè)計(jì)的時(shí)候，根據(jù)系統(tǒng)需求，以及所選用的芯片廠商等信息，進(jìn)行系統(tǒng)的配 置，主要是根據(jù)以上信息描述，進(jìn)行設(shè)置。如果是第一次編譯則可省略。 各命令使用范圍不一樣，但效果是相同的，各命令說明如表 所示。 uClinux 的安裝 在 n ux .o rg 上下載版本為 2. 4 的 u C li nu x 源碼包uC li nu xdi ，將它復(fù)制到系統(tǒng)的目錄盤下，并進(jìn)行相應(yīng)的解壓縮： 輸入 指令，并運(yùn)行： t a r uClinuxd ist200 a 就會(huì)看到，在系統(tǒng)的目錄盤下，會(huì)出現(xiàn) u C li nu x 的 源代碼目錄 ，也就是 u C li nu xdi st 這個(gè)文件夾 。由于存儲(chǔ)空間的限制， 為了提高運(yùn)行性能，必須根據(jù)需要對(duì)內(nèi)核進(jìn)行精簡(jiǎn)，定制 一個(gè)符合嵌入式系統(tǒng)的操作平臺(tái)。因此需要進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化，這就是 u C l ib c 應(yīng)用程序庫。因此，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，選用 ROMfs 根文件系統(tǒng)。在目前的嵌入式開發(fā)過程中， ROMfs 是使用最多的文件系統(tǒng) 。 （ 2）通過地址印象的方式：由于嵌入式系統(tǒng)的存貯器有限，為了節(jié)約資源，在嵌入式存貯器上建立地址印象，內(nèi)核在執(zhí)行的時(shí)候，首先運(yùn)行到建立印象的地址，然 后通過跳轉(zhuǎn)指令，直接運(yùn)行存儲(chǔ)在嵌入式開發(fā)板外圍的存貯器上，這樣可以節(jié)約芯片上的資源，但是帶來的問題是，由于跳轉(zhuǎn)，運(yùn)行的速度會(huì)降低，對(duì)于運(yùn)行速度要求不高的開發(fā)，可以采取這種方式。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 19 頁 4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) . uClinux 的移植 uClinux 嵌入式系 統(tǒng)的下載 嵌入式系統(tǒng) 交叉編譯完成后，需要將編譯好 的嵌入式內(nèi)核下載到嵌入式開發(fā)板上， 然后嵌入式開發(fā)板才可以運(yùn)行嵌入式內(nèi)核。 應(yīng)該首先在 服務(wù)器端使用 so c ket ()函數(shù) 建 立一 個(gè)通 信的 端點(diǎn) ， 然 后使 用 b i n d ()函數(shù) 綁定 這 個(gè)端 點(diǎn) 的地址，最后 服務(wù)器端使用 l i st en ()偵聽連接請(qǐng)求，當(dāng)遠(yuǎn)程的客戶機(jī)使用con n ect ()連接 l i st en () 正在監(jiān)聽的端口時(shí)，使用 a ccep t ()處理它。網(wǎng)絡(luò)的 So cket 數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的 I/O， So cket 也是一種文件描述符 ， 具有一個(gè) 打開文件的函數(shù)調(diào)用 So cket () ，該函數(shù)返回一個(gè)整型的So cket 描述符，隨后的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^該 So c ket實(shí)現(xiàn)的。 設(shè)計(jì)基本流程 設(shè)計(jì)主要 的目的是 要設(shè)計(jì) 出面向 連接的 TC P 通信模塊 。 TC P 的客戶端可以顯示當(dāng)前自己的工作狀態(tài)，如連接的建立，啟動(dòng)的成功和數(shù)據(jù)包通信的個(gè)數(shù)等 [ 21 ]。 所以對(duì)開發(fā)板上要做的操作是接上 JTA G ,串口，網(wǎng)絡(luò)線，并且 BOOTSET 設(shè)置為 o u tsid e,設(shè)置 Ba n k0 為 FL A SH， Ba n k1 設(shè)置為 RA M，接通應(yīng)用的模塊的跳線，然后把已經(jīng)編譯成功的系統(tǒng)內(nèi)核文件系統(tǒng)燒入到開發(fā)板上 ，成功建立開發(fā)環(huán)境后，并啟動(dòng)開發(fā)板上的 u C l in ux 操作系統(tǒng)，如圖 所示 ： 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 15 頁 圖 開發(fā)板上成功 啟動(dòng) uClinux 建立程序運(yùn)行 調(diào)試交 叉編譯 環(huán)境 由于 uClinux 及它的相關(guān)開發(fā)工具集大多都是來自自由軟件組織的開放源代碼， 這些軟件都是共享在網(wǎng)絡(luò)上的，因此，在建立 開發(fā)環(huán)境的時(shí)候， 直接找到相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行下載， 接下來就可以建立交叉開發(fā)環(huán)境。 設(shè)計(jì)采用 SmartARM2200 開發(fā)板 ， 使用 NXP 公司的 LPC2210 微處 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 14 頁 理器。所有的 ARM置零都是可以條件執(zhí)行的，而 Thumb 置零僅有一條指令具備條件執(zhí)行的功能。 采用 RISC 架構(gòu)的 ARM 微處理器一般具有如下特點(diǎn)： （ 1） 體積小、低功耗、低成本、高性能 ； （ 2） 支持 Thumb（ 16 位） /ARM（ 32 位）雙指令集，能很好的兼容 8 位 /16 位器件 ； （ 3） 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快 ； （ 4） 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成 ； （ 5） 尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高 ； （ 6） 指令長(zhǎng)度固定。 建立 PC 上的開發(fā)環(huán)境應(yīng)在宿主機(jī)上安裝標(biāo)準(zhǔn) Linux 操作系統(tǒng)，推薦使用 RedHat Linux，一定要確保計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通訊配置正常。 目標(biāo)機(jī)運(yùn)行 uClinux 系統(tǒng)，并在系統(tǒng)上運(yùn)行嵌入式應(yīng)用軟件 。 概要設(shè)計(jì) 開發(fā)環(huán)境 課題 最終選擇帶 TCP/IP 協(xié)議族的 uClinux 操作系統(tǒng)來完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，所以要針對(duì) uClinux 上程序的開發(fā)配置特定的 PC 機(jī)環(huán)境。 uClinux 管理內(nèi)存的方法是 采用實(shí)存儲(chǔ)器管理 ， 通過地址總線對(duì)物理內(nèi)存進(jìn)行直接訪問 ， 程序中訪問的地址都是實(shí)際的物理地址，所有的進(jìn)程都在一個(gè)運(yùn)行空間中運(yùn)行 。 Linux 和 uClinux 本身并不支持實(shí)時(shí)性應(yīng)用， 但是設(shè)計(jì)時(shí)候， 對(duì)ucLinux 可以進(jìn)行 實(shí)時(shí)性的修改 ， 提供基于內(nèi)核空間和用戶空間的硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)的系統(tǒng)調(diào)用。 uClinux系統(tǒng) 一般 采用 Romfs 文件系統(tǒng) ，這種文件系統(tǒng) 相對(duì)簡(jiǎn)單、占用空間較少 。操作系統(tǒng) 選擇不正確 ， 有可能 導(dǎo)致系統(tǒng)根本無法運(yùn)行 。操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性在操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，就已經(jīng)由系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想和編 碼質(zhì) 量決 定了 。通常所說的 資源主要是 嵌入式芯片的 內(nèi)存和 Flash。 不帶 TCP/IP 協(xié)議族的 uCOSII 操作系統(tǒng)，自己構(gòu)建 TCP/IP 協(xié)議族，編寫上層 socket 通信模塊完成程序的通信。 在此 基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì) 上層通信 模塊，通過調(diào)用 socket 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)各種功能， 包括 數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，數(shù)據(jù)的校驗(yàn)等等 [10]。 要完成通信，就要完成系統(tǒng)底層硬件的驅(qū)動(dòng)等一系列的工作，首先啟動(dòng)宿主 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 8 頁 機(jī)和客戶機(jī)的操作系統(tǒng) Linux 和 uClinux，然后每個(gè)模塊加載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，最后通過 TCP/IP 協(xié)議建立雙方的通信鏈路，完成 Socket通信，詳細(xì)情況如圖 所示 [8]。 由于嵌入式開發(fā)要結(jié)合軟件和硬件的詳細(xì)情況來操作，所 以系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)該具有以下的幾種操作接口，第一用戶可以通過以 RJ45 的以太網(wǎng)對(duì)開發(fā) 板和系統(tǒng)操作，其次用戶可以采用串口的方式對(duì)開發(fā)板的功能和運(yùn)行效果進(jìn)行操作，最后操作人員還可以通過開發(fā)板特有的JTAG 對(duì)開發(fā)板進(jìn)行操作。嵌入式設(shè)備還 具有 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)識(shí)，也就是 嵌入 式 設(shè) 備 有 自 己 唯 一 的 IP 地址 ， 只 有 這 樣 ， 才能完成Inter 上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 之間 的通信。 將嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來 ， 主要的困難在于網(wǎng)絡(luò)上的各種通訊協(xié)議對(duì)于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度等的要求比較高，而嵌入式系統(tǒng)中除部分 32 位微處理器外，大量存在的是 8 位和 16位的微處理器，如果要支持 TCP/IP 等 Inter 協(xié)議將占用大量系統(tǒng)資源，或根本不可能實(shí)現(xiàn) [6]。這種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和開發(fā)基本都是基于嵌入式技術(shù)的。 在工業(yè)控制方面，嵌入式網(wǎng)絡(luò)可以有效可靠地進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和操作，通過網(wǎng)絡(luò)通訊模塊 進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換，各個(gè)控制對(duì)象可以獨(dú)立為嵌入式網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)終端， 這種控制可以做到有效、可靠和實(shí)時(shí)。 （ 2） 嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為工業(yè)控制領(lǐng)域設(shè)備的發(fā)展提供動(dòng)力 基于嵌入式系統(tǒng) 的網(wǎng)絡(luò) 技術(shù) ，隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，也 得到 了廣泛的應(yīng)用。 以太網(wǎng)是使用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)，由于標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，硬件的支持和配套，普通人員也可以使用， 是信息 交流和 流通的重要渠道。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 4 頁 選題的目的和意義 傳統(tǒng)的 數(shù)據(jù)傳輸和通訊，需要鋪設(shè)專用的介質(zhì)和電纜。我們使用的移動(dòng)設(shè)備，基本上都是基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的。 在網(wǎng)絡(luò)通訊方面，嵌入式系統(tǒng)的 發(fā)展 增強(qiáng) 了 網(wǎng)絡(luò)的智能化與靈活性，從而實(shí)現(xiàn)各種通信系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。手寫文字輸入、語音撥號(hào)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以 及彩色圖形、圖像都會(huì)使使用者獲得自由的感受。因此，既要軟件人員有豐富的硬件知識(shí)，又需要發(fā)展先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)，如 Java、 Web和 WAP 等。傳統(tǒng) 的單片機(jī)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經(jīng)開始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持 TCP/IP 協(xié)議，還有的支持 IEEE139 USB、