【正文】 第一 項可 進行 廠商 / 產(chǎn)品 設置 ， 選擇 第二 項則 進行 內(nèi)核 版本 和函數(shù)庫設置，各選項的 含義以及設 置如表 4. 2 所示。 配置 uClinux 安裝完成后，可以通過 ma ke c onfig ， ma ke xc onfig 來配置 uC li nux，也可以通過 ma ke menuc onfig 來配 置。 隨 著uCl i nux 內(nèi)核版本的升 級，內(nèi)核功 能越來越強大 ，體系結構 也越來越復雜。 uCli nux 系統(tǒng)可以直接運 行，這樣做的最大的優(yōu)勢是節(jié)約 R AM 空間 ，提高運行速 度。設 計中 采用這種方式 [2 3 ]。 使用 s oc ke t 的數(shù)據(jù)流進行通信。 最后， 要保證 開發(fā)板和宿 主機的網(wǎng)絡 連通，即可以 用 pi ng 程序來測試雙方的活躍， 這樣 就可以 同時運行服 務器和客戶端 的程序。 圖 SmartARM 開 發(fā) 板 論文的設計以 Sma rtAR M 進行， 如圖 3 . 2 所示。 Thumb 指令集具有較高的代碼密度，卻仍然保持著 ARM 大多數(shù)性能上 的優(yōu)勢，它是 ARM 的子集。目標機需要安裝 LINUX 系統(tǒng)，為 了在 Windows 下開發(fā)嵌入式操作系 統(tǒng)應用程序 ，可以在 Windows 環(huán)境下 裝上 Cygwin 軟件。 通過更深入的分析， uClinux 比 Linux 有更多的優(yōu)勢， 本次設計采用的是 SmartARM 開發(fā)平臺，主 要的處理器為 ARM7TDMI，所以在應用于嵌入式設 備的時候， 有一些不 合適的因 素 (主要集中在 資源消耗太大以及內(nèi)存管理方面 )，所以最終 選用了 uClinux 作為嵌入式操作系統(tǒng)進行應用程序的 開發(fā)。 因此， 高效 的中斷處理 能力與高速的 輸入輸出能 力是實時系統(tǒng)所必備的基本特 征。操作 系 統(tǒng)的執(zhí)行效 率 可能 直接 影響操作系統(tǒng)的處理能力 ，還有一個重 要的 指標是這 個操作系統(tǒng) 的實時性到底如何。 （ 2）資源 占 用情況 的多少 嵌入式系統(tǒng)的資源是有限的，資源占用是另外一個重要的指標。目前， Inter 上用 應用 最多 相對開放的協(xié) 議就是 TCP/IP協(xié)議， 它 能使不同網(wǎng)絡 設備以及不 同類型的網(wǎng)絡 按照標準協(xié) 議 互相連接，輕松的實現(xiàn)上 層的通信 。 考慮到在 ARM 開發(fā)板上需要運行特定格式的程序文件，所以設計 采用 Linux 下的 gcc 開發(fā)工具 ， 使用 armelftools 交叉編譯工具生成在 ARM 開發(fā)板 上的可以直 接運行的程 序。課 題設計后應 該實現(xiàn)在特定的 ARM7 平臺上運行 嵌入 式 uClinux 操作系統(tǒng)，順利的驅(qū)動網(wǎng)絡設備運行，完成 在 ARM7 開發(fā)板和 PC 機的通信， 方便的 進行 數(shù)據(jù) 收發(fā) 。真不敢相信，離開了網(wǎng)絡，我們的生活會是怎么樣。 這些總線和 協(xié)議 需要自 己定制，硬件設備需要自己設計開發(fā) ，面向的對象 不同， 解決的 設計問題不 同 ，主要面向?qū)I(yè) 設計 開發(fā) ，由于技 術上的門檻，普 通人員很難 理解和使用。由于嵌入式系統(tǒng)低功耗、面向應用等特點，在網(wǎng)絡通訊方面得到了廣泛的應用。這方面的要求使得嵌入式軟件設計者要在圖形界面，多媒體技術 上痛下苦功 。 未來的嵌入式 設備為了適 應網(wǎng)絡發(fā)展 的要求，必然要求 硬件上提供各種網(wǎng)絡通信接口。 （ 1） 嵌入式開發(fā)是一項系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時還需要提供強大的硬件開發(fā)工具和軟件包支持。 （ 2）運 行高 效， 節(jié)約 資源： 嵌入 式系 統(tǒng)要 求運 行速 度快， 具有很高的執(zhí)行效率 。嵌入式產(chǎn)品 是 面向應用的，應用的需求推動了嵌入式技術 的發(fā)展。 隨著網(wǎng)絡通訊技術的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)和生活中廣泛要求嵌入式系統(tǒng)終端能夠完成網(wǎng)絡通訊功能。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學位論文成果是本人在西南科技大學讀書期間在導師指導下取得的，論文成果歸西南科技大學所有，特此聲明。 在此基礎上，編寫應用程序，調(diào)用 系統(tǒng)的 Socket 通信函數(shù)，實現(xiàn)服務器端和客戶端的通信。比如我們使 用的手機產(chǎn) 品，用戶有各種各樣的需求，有的看重的是移動功能，有的看中的是娛樂功能，還有的看中 的是導航功 能。 嵌入系統(tǒng)是一個片上系統(tǒng)，應用空間巨大，在各個方面都可以應用，比如工業(yè)控制領域、消 費電子、移 動通訊 等， 都得到了廣泛 的使用 。這 就要求芯 片設 計廠商在芯 片上集成更多的功能，為了滿 足應用功能 的升級，設計師 們一方面采 用更強大的嵌入式處理器如 32 位、 64 位 RISC 芯片或信號處理器 DSP 增強處理能力，同時增加功能接口，如 USB，擴展總線類型，如 CAN BUS，加強對多媒體 、圖形等 的處理，逐 步實施片 上系統(tǒng) (SOC)的概念。因此，既要軟件人員有豐富的硬件知識，又需要發(fā)展先進嵌入式軟件技術，如 Java、 Web和 WAP 等。 在網(wǎng)絡通訊方面，嵌入式系統(tǒng)的 發(fā)展 增強 了 網(wǎng)絡的智能 化與靈活性，從而實現(xiàn)各種通 信系統(tǒng)之間 的互聯(lián)互通。 西南科技大學 工程 碩士學位論文 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 設專用的介 質(zhì)和電纜。 （ 2） 嵌入式 網(wǎng)絡技術為 工業(yè)控制領 域設備的發(fā)展 提供動力 基于嵌入式系統(tǒng) 的 網(wǎng)絡 技術 ，隨著嵌入式技 術的迅猛發(fā) 展，也 得到 了廣泛的應用。這種網(wǎng)絡的設計和開發(fā)基本都 是基于嵌入 式技術的。嵌入式 設備還 具有 網(wǎng) 絡設備標識，也就是 嵌入 式 設 備 有 自 己 唯一的 IP 地址 ， 只 有 這 樣 ， 才 能 完 成Inter 上網(wǎng)絡設備 之間 的通信。 要 完成通信，就要完成系統(tǒng) 底層硬件的 驅(qū)動等一系 列的工作，首先 啟動宿主 西南科技大學 工程 碩士學位論文 第 8 頁 機和客戶機的操作系統(tǒng) Linux 和 uClinux，然后每個模塊加 載網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序 ，最后通過 TCP/IP 協(xié)議建立雙方的通信鏈路，完成 Socket通信，詳細情況如圖 所示 [8]。 不帶 TCP/IP 協(xié)議族的 uCOSII 操作系統(tǒng)，自己構建 TCP/IP 協(xié)議族，編寫上層 socket 通信 模塊完成程 序的通信。操作系統(tǒng)的穩(wěn)定 性在操作系 統(tǒng)設計之初，就 已經(jīng)由系統(tǒng) 的設計構想和 編碼 質(zhì)量 決 定了 。 uClinux 系統(tǒng) 一般 采用 Romfs 文件系統(tǒng) ，這種文件系統(tǒng) 相對簡單 、占用空間較少 。 uClinux 管理內(nèi)存的方法是 采用 實存儲器管理 ， 通過地址總線 對物理內(nèi)存 進行直接訪 問 ， 程序中訪問 的地址都是實際的物理地址，所有的進程都在一個運行空間中運行 。 目標機 運行 uClinux 系統(tǒng)，并在系統(tǒng)上運行嵌入式應用軟件 。 采用 RISC 架構的 ARM 微處 理器一般具 有如下特點 ： （ 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 式靈活簡單， 執(zhí)行效率高 ； （ 6） 指令長 度固定。 設計采用 SmartARM2200 開 發(fā)板 ， 使用 NXP 公司的 LPC2210 微處 西南科技大學 工程 碩士學位論文 第 14 頁 理器。 TCP 的客戶端可以顯示當前自己的工作狀態(tài)，如連接的建立，啟動的成功和數(shù)據(jù)包通信的個數(shù)等 [2 1 ]。網(wǎng)絡的 Soc ket 數(shù)據(jù)傳輸是一 種特殊的 I /O， Soc ke t 也是一種文件描述符 ， 具有一個 打開文件的函 數(shù)調(diào)用 Soc ke t( )，該函數(shù)返回一 個整型的Soc ke t 描述符，隨后 的連接建立 、數(shù)據(jù) 傳輸?shù)炔僮鞫?是通過該 Soc ke t實現(xiàn)的。 西南科技大學 工程 碩士學位論文 第 19 頁 4 系統(tǒng)詳細設計 . 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 運行嵌入式內(nèi) 核。在目前的嵌入式開發(fā)過程中， RO Mfs 是使用最多的文件系統(tǒng) 。因此需要進行相應的簡化，這就是 uCl i bc 應用程序庫。 uClinux 的安裝 在 nux. 上下載版本為 2 .4 的 uCl i nux 源碼包uCl i nux dis t 20 0 4 04 0 8. ta z，將它復制到系 統(tǒng)的目錄盤下，并進行相應的解壓縮： 輸入 指令，并運行： ta r uClinuxdist 20 0 4 04 0 8. ta z 就會看到，在系統(tǒng)的目錄盤下，會出現(xiàn) uCl i nux 的 源代碼目錄 ，也就是 uCli nux dist 這個 文件夾 。如果是第一次編譯則可省略。 西南科技大學 工程 碩士學位論文 第 23 頁 圖 內(nèi)核 資 源 界 面 配置完畢后選擇 E x i t，然后在提示下是否保存的時候選擇保存， 配置完畢后，選擇 。為了使得 配置 具有更 強的 直觀性， 系 統(tǒng)設計采用了 文本菜單這種配 置方式。同時 ，嵌入式芯片的資源有限，內(nèi)存一般都比較小，裁剪后，內(nèi)核往往會更加簡練，所占用的存貯 空間也會很 小。 西南科技大學 工程 碩士學位論文 第 20 頁 應用程序庫 uCl i nux 運行效率高，是一個 小型化 的嵌入式 L i nux 系統(tǒng)，這就要求相應的應用程序庫具有較高的運行效率。 uCli nux 主要應用于沒有 MMU 單元的 嵌入式芯片， 主要的 目的是 節(jié)約 內(nèi)存和 FL ASH。 如果 liste n( )一直沒有偵聽到連接請求，那么服務器就會在 a cc e pt( )處阻塞，一直到有連接請求到來。 面向連接 的數(shù)據(jù)流通信的 s oc ke t 編程詳細過程如圖 3. 4 所示。 模塊化的設計與分析 開發(fā)板上完成的設計 從項目 的整 體出發(fā) ，開 發(fā)板 上應完 成的 工作 包括 ， 移植 uCl i nux到 Sma rtAR M2 2 00 開發(fā)板，移 植過程中應配 置 uCli nux，其中包含大部分系統(tǒng)配置，如： Nons ta nda rd s e rial port s uppor（非標準串口支持）、 f tp（文件傳輸協(xié)議 ）、 （超文本傳輸協(xié)議）、 tel ne t（遠程登 西南科技大學 工程 碩士學位論文 第 16 頁 陸協(xié)議）、 pi ng （網(wǎng)絡探測回 應工具 ）、 if c onfig （網(wǎng)絡配置模 塊）、 ls（文件目錄顯示模塊）、 mount（設備掛載 模塊）、 cp（文件拷 貝模塊 ），uCl i nux 文件系統(tǒng)的劃 分中還應為 用戶留出可以 讀寫操作的 區(qū)域，幫助用戶輕松的寫入程序和修改程序 ， 最后開發(fā)板 上載入編譯 好的網(wǎng)絡socket 通信程序 [2 0 ]。尋址方式是根據(jù) 指令中給出 的地址碼字段 來實現(xiàn)尋找 真實操作數(shù)地址的方式。目前，采用 ARM 技術知識產(chǎn)權（ IP）核的微處 理器，即人們 通常 所說的 ARM 微處理器，已遍及工業(yè) 控制、消費類 電子產(chǎn)品、通 信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等 各類產(chǎn)品市 場，基于 ARM 技術的微處理 器應用約 西南科技大學 工程 碩士學位論文 第 13 頁 占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75％以上的市場 份額， ARM 技術正在逐步滲入到人們生活的各 個方面。 圖 uClinux 的 交 叉 編 譯 環(huán) 境 目標 機 主要用于運 行操作系統(tǒng) 和系統(tǒng)應用 軟件，而操作 系統(tǒng)的內(nèi)核編譯、應用程序的 開發(fā)和調(diào)試 則需要通過 宿主 PC 機來完成。在 ARM7TDMI 嵌入式處理器 沒有 MMU 模塊 。通常的 Linux 系統(tǒng)，都需要 占用 上百兆 的空間 。 （ 3） 應用 軟 件資源 嵌入式操作系統(tǒng) 在 應用過程中 需要 多方 軟 件支持 ， 包括 協(xié)議棧、設備驅(qū)動以及一些應用程序 ，在 設計過程中，可 以方便的應 用 這些軟件， 或者 只需要很少 的改動就可 以適用于新 的平臺。 （ 2）方案 2 包含操作系統(tǒng) ，其中又分 為帶 TCP/IP 協(xié)議族的操作系統(tǒng)和不帶TCP/IP 協(xié)議族的操作系 統(tǒng) [11]。 宿主機和開發(fā) 板 通過 Switch 交換機進行網(wǎng)絡通信，宿主機一方 作為服務器 端， 開發(fā) 板 作為客戶端 ，系統(tǒng)的 原理如下圖 所示。