【正文】 次設(shè)計(jì)為我繼續(xù)學(xué)習(xí) ARM 的開端。我 們每一個(gè)人都永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成績(jī)。 在此 ,我 要感謝我的指導(dǎo)老師 黃智偉教授 ，因?yàn)槭?黃教授 讓我 把暑假學(xué)的ARM7TDMI 知識(shí)重拾了不少，并 接 觸到 了 Linux 操作系統(tǒng) 。 266MHz 32Bit RISC Microprocessor USER39。 是啊， 挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有 。南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 30 頁 學(xué)習(xí)也是如此，它是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，無論是在剩下的大學(xué)生活中，還是畢業(yè)參加工作以后我都應(yīng)該不斷地努力學(xué)習(xí)，來拓寬自己的知識(shí)面，提升自己的綜合素質(zhì)。以前總是覺得自己的成績(jī)好，什么都懂，什么都會(huì)，有點(diǎn)眼高手低。但 開學(xué)后，自己慢慢放松了對(duì) ARM 的學(xué)習(xí)，所以沒過多久感覺知識(shí)都忘得差不多了。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。 再次 ，構(gòu)建了嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，完成了 BootLoader、內(nèi)核、文件系統(tǒng)的搭建。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 30 頁 6 總結(jié)與體會(huì) 總結(jié) Linux 的通用性是毋庸置疑的，遵循 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)核經(jīng)過適當(dāng)?shù)牟眉?、移植，即可用于如工業(yè)監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備和 PDA 等嵌入式系統(tǒng)中。sem2)。sem1)。sem1,0,1)。 主應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 開發(fā)板上的應(yīng)用程序 Main 函數(shù)注冊(cè)兩個(gè)線程 p1 和 p2，兩個(gè)全局?jǐn)?shù)組 c1 和c2。 客戶端和服務(wù)器的 socket 編寫 嵌入式打印終端采用 C/S 的模式，把 PC 機(jī)作為服務(wù)器，開發(fā)板作為客戶端，通過以太網(wǎng)連接。 設(shè)置串口參數(shù)： set_parity(int fd,int databits,int stopbits,int parity)， databits 為有多少個(gè)數(shù)據(jù)位， stopbit 為設(shè)置多少個(gè)停止位， parity 為奇偶校驗(yàn)位設(shè)置。串行通信是指利用一條傳輸線將數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送。 Open/close 函數(shù)打開 /關(guān)閉文件，因?yàn)樵?LINUX 下設(shè)備都是當(dāng)文件來操作的，所以需要 open 和 close 這兩個(gè)接口函數(shù)。 ． 接口函數(shù)設(shè)計(jì) Ioctl()函數(shù)主要完成打印機(jī)字體、行距等參數(shù)的設(shè)置，在設(shè)計(jì)過程中必須解決用戶數(shù)據(jù)和內(nèi)核數(shù)據(jù)之間如何傳遞。 weida_printer_io_port_init()。weida_printer_fops,NULL）； 其中， DEVICE_NAME 為主設(shè)備名， weida_printer_fops 為定義的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來實(shí)現(xiàn)的文件操作，包括 open、 close、 write 等。 ． 定義設(shè)備名 define DEVICE_NAME weida_printer ． 模塊函數(shù)設(shè)計(jì) 在該系統(tǒng)中，采用模塊化加載驅(qū)動(dòng)程序的方法，因此必須實(shí)現(xiàn)模塊的初始化函數(shù)和卸載函數(shù)。 Linux 內(nèi)核支持好幾種模塊類型 (或者類 )，包括但不限于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 。 微型 打印機(jī)驅(qū)動(dòng)的 設(shè)計(jì) Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核與硬件設(shè)備之間的接口。在 Busybox Settings?Build Options 選項(xiàng)中，如圖 12 所示： 圖 12 Build Options 接著執(zhí)行 make 命令編譯 BusyBox 二進(jìn)制文件， make install 安裝至根文件系統(tǒng)的目錄中，并將標(biāo)準(zhǔn)的 Linux 命令重定向到 BusyBox 二進(jìn)制文件的符號(hào)鏈接。我們的根文件系統(tǒng)路徑為 (/armsys2410)。 BusyBox 與 Linux 內(nèi)核的配置和編譯過程相類似。 構(gòu)建 BusyBox BusyBox最初是由 Bruce Perens 在 1996年為 Debian GNU/Linux安裝盤寫的。 /proc 操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)程 (正在運(yùn)行中的程序 )信息及內(nèi)核信息 (比如 cpu、硬盤分區(qū)、內(nèi)存信息等 )存放在這里。 /root Linux 超級(jí)權(quán)限用戶 root 的目錄。這個(gè)目錄下有很多的文件和目錄。 mkdir bin sbin usr lib dev mnt root etc home proc tmP /bin 基礎(chǔ)系統(tǒng)所需要的那些命令位于此目錄，也是最小系統(tǒng)所需要的命令 ；比如 ls、 cp、 mkdir 等命令 ； 這個(gè)目錄中的文件都是可執(zhí)行的 ， 普通用戶都可以使用的命令。完整的 Linux 內(nèi)核主要由五個(gè)部分組成：進(jìn)程管理模塊，進(jìn)程間通信模塊，內(nèi)存管理模塊，虛擬文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信模塊。能支持大多數(shù)的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)，其中對(duì) ARM 和Linux 的支持最為完善，而且文檔資料相當(dāng)豐富。大多數(shù) BootLoader 都分為量部分： stage1 和 stage2。使用 ARM Linux 提供的交應(yīng)用程序 (application) 文件系統(tǒng) (file system) 操作系統(tǒng)內(nèi)核 (kernel) 引導(dǎo)加載程序 (bootloader) 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 30 頁 叉工具鏈，加入環(huán)境變量如圖 8 所示： 圖 8 交叉編譯工具 配置 BootLoader BootLoader 概述 BootLoader 是系統(tǒng)啟動(dòng)后，在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行前運(yùn)行的以小段程序，嚴(yán)重依懶于硬件而實(shí)現(xiàn)。然而，嵌入式開發(fā)者的工具有所不同，因?yàn)樗鼈冇脕韴?zhí)行應(yīng)用的平臺(tái)與用來建立應(yīng)用程序的平臺(tái)并不相同。 ． 嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核：特定于嵌入式目標(biāo)板定制的內(nèi)核以及內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)。嵌入式軟件是分層的，在硬件板卡完成之后，首先的工作就是把引導(dǎo)裝載器（ bootloader）、 Linux 內(nèi)核、 文件系統(tǒng)移植到板卡上。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 30 頁 ACK BUSY STB DATA0 ︱ DATA7 打印機(jī) GPIO_D1 GPIO_D2 GPIO_D0 GPIO_C8 ︱ GPIO_C15 開發(fā)板 圖 5 核心 core 的 LCD 引腳和板上 LCD 引腳原理圖 同時(shí)查看打印機(jī)的電路手冊(cè)和管 腳 定義，選用其 STB 選通線、 ACK 回答脈沖線、 BUSY 線、 DATA0DATA7 數(shù)據(jù)線來與開發(fā)板的 GPIO 口相連，并初始化高低電平值。 Port A(GPA)： 23output port Port B(GPB)： 11input/output port Port C(GPC)： 16input/output port Port D(GPD)： 16input/output port Port E(GPE)： 16input/output port Port F(GPF)： 8input/output port Port G(GPG)： 16input/output port Port H(GPH)： 11input/output port 我們使用的微型打印機(jī)使用的是并行接口。被接收的數(shù)據(jù)也同樣從數(shù)據(jù)接收端口（ RxD）移位輸入到移位寄存器，然后拷貝到 FIFO中。 UART 控制器可以進(jìn)行以下參數(shù)的設(shè)置：可編程的波特率，紅外收 /發(fā)模式，1 或 2 個(gè)停止位， 5 位， 6 位， 7 位或 8 位數(shù)據(jù)寬度和奇偶校驗(yàn)位。 S3C2410 的 UART 單元提供 3 個(gè)獨(dú)立的異步串行 I/O 端 口，每個(gè)端口均可在中斷模式或 DMA 模式下工作。 S3C2410的存儲(chǔ)器控制器共支持 8個(gè)存儲(chǔ)器 bank，其中 6個(gè) bank可用作 ROM和 SRAM，剩余 2 個(gè) bank 可用作 ROM、 SRAM 和 SDRAM。 存儲(chǔ)器 SDRAM 是嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存，具備單位空間存儲(chǔ)容量大和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在各種嵌入式系統(tǒng)中。 （ 5） UART S3C2410 提供 3 個(gè)獨(dú)立的異步串行 I/O 口，每一個(gè)端口都能在中斷模式或者DMA 模式下運(yùn)行。 （ 3）中斷控制器 有 55 個(gè)中斷源（ 1 個(gè)看門狗定時(shí)器、 5 個(gè)定時(shí)器、 9 個(gè)通用異步串行口、 24個(gè)外部中斷、 4 個(gè) DMA、 2 個(gè) RTC、 2 個(gè) USB、 1 個(gè) LCD 和 1 個(gè)電池故障）。 （ 1）存儲(chǔ)器管理 支持 ARM 和 Thumb 兩種工作狀態(tài)，支持小 /大端模式，共有 8 個(gè) BANK，可以尋址 1G 空間， BANK0 到 BANK6 具有固定的 BANK 起始地址， BANK7具有可編程的起始地址和大小，支持多種類型 ROM(NOR/NAND Flash， EEPROM等 )。它的低功耗、精簡(jiǎn)而出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)成本和功耗敏感的領(lǐng)域。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖如圖 3 所示。在完成操作系統(tǒng)的剪裁和應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)后，通常還需要將它們移植 到同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的硬件平臺(tái)上進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試、功能模擬、明確系統(tǒng)調(diào)試無誤后，才將操作系統(tǒng)及相關(guān)軟件移植到自己的專用硬件平臺(tái)上，再進(jìn)行系統(tǒng)整體功能測(cè)試。經(jīng)綜合考慮，本系統(tǒng)采用 Linux 操作系統(tǒng)來進(jìn)行開發(fā)。 Linux 是源代碼開放軟件，任何人都可以修改它，或者用它開發(fā)自己的產(chǎn)品。另外，它特有的與 Windows 類似的用戶界面使最終用戶易于使用。 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇 嵌入式操作系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)密不可分，是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)十分重要的組成部分。 ARM 公司是全球領(lǐng)先的 16/32 位 RISC 微處理器產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供應(yīng)商，基本上已經(jīng)成為移動(dòng)通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù)字消費(fèi)嵌入式解決方案的 RISC 標(biāo)準(zhǔn)； MIPS 技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次的嵌入式 32/64位處理器廠商。 嵌入式打印終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩大部分，硬件部分主要是處理器平臺(tái)的選擇；軟件部分包括系統(tǒng)級(jí)軟件（操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)）與用戶級(jí)軟件（應(yīng)用程序）。掃描儀為超市等用的手持掃描儀。 因此本文著重包括以下內(nèi)容： （ 1） 嵌入式打印終端系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)的選擇 （ 2） 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) （ 3） 微型打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) （ 4） 掃描儀串口程序的設(shè)置 （ 5） 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 30 頁 2 嵌入式打印終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念 嵌入式打印終端系統(tǒng)的組成及原理 圖 1 打印終端 系統(tǒng)的 原理 連接 圖 嵌入式打印終端 系統(tǒng)的 原理連接圖如圖 1 所示。 在本次設(shè)計(jì)中，使用了 Samsung 公司的以 ARM9 為核心的 S3C2410 處理器；軟件方面則使用了當(dāng)前非常流行的嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)，因?yàn)榍度胧?Linux 操作系統(tǒng)具有內(nèi)核小、功能強(qiáng)、易裁減以及可移植性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，所以在消費(fèi)電子和工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的使用。在工業(yè)控制中，工程技術(shù)人員為了更加方便地掌握設(shè)備以及環(huán)境等的重要參數(shù)變化情況，比如溫度、濕度等，可以使用嵌入式打印技術(shù)，將這些參數(shù)以圖形的形式直觀地打印出來。這是一個(gè)正在迅速發(fā)展的階段。這一階段嵌入式系統(tǒng)存在的不足是 CPU 通用性比較強(qiáng)，程序用戶界面不夠友好。這種沒用操作系統(tǒng)支持，只是通過匯編語言編程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制的系統(tǒng)被應(yīng)用于專業(yè)性強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中。 （ 4） 嵌入式系統(tǒng)需要更加嚴(yán)格的測(cè)試、驗(yàn)收過程。嵌入式系統(tǒng)的軟硬件都必須進(jìn)行高效的裁減，去除冗余?！皩Ｓ眯浴北硎鞠到y(tǒng)的軟硬件要有可裁剪性以滿足對(duì)象要求的最小軟、硬件配置等。 多數(shù)書籍資料中的關(guān)于嵌入式系統(tǒng)是這樣的定義：嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可剪 裁， 適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的裝用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。打印機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的結(jié)合，能夠 為人類的生活帶來更多的便捷。目前所研究的嵌入式操作系統(tǒng)大部分都是以實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)為主。 20 世紀(jì) 80年代開始出現(xiàn)商業(yè)化的嵌入式“操作系統(tǒng)”，并在上面運(yùn)行一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用軟件，不過這個(gè)時(shí)候的操作系統(tǒng)也還稱不上