【正文】 容量不夠大，這種方式對系統(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)?系統(tǒng)只直接 從嵌入式開發(fā)板上啟動的 ，系統(tǒng)直接 解壓縮內(nèi)核 文件，運(yùn)行 內(nèi)核。在 RO Mfs中， 文件數(shù)據(jù) 是按 照順尋存放 的。 . 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 比 較 單 一 。 為了適應(yīng)這 個(gè)芯片的特 性，登陸 phili ps 官方網(wǎng)站 ， 并且查找和 下載以下這 個(gè)文件： uClinuxdis t 20 0 4 04 0 8 1 pc c hy c mj. pa tc h 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 uClinux dist2 0 04 0 40 8 1 pc chy c mj . pa tc h 執(zhí)行完成后，在編譯 uC li nux 內(nèi)核是，選擇 系統(tǒng)的內(nèi)核 配置的時(shí)候，可以找到 L PC 2 20 0 的選項(xiàng)。 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 E nte r 執(zhí)行命令。 表 uClinux 中各個(gè)選項(xiàng)的描述 選項(xiàng) 描述 設(shè)置 Vendor/Produc t 廠商 /產(chǎn)品選擇 PHILIS/L PC 22 0 0 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 。 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。由于存儲 空間的限制 ， 為了提 高運(yùn)行性能 ，必須根據(jù) 需要對內(nèi)核進(jìn)行精簡，定制 一 個(gè)符合嵌入 式系統(tǒng)的操 作平臺。因此， 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，選 用 RO Mfs 根文件系統(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 降低，對于 運(yùn)行速度要 求不高的開發(fā)，可以采取這種 方式。 應(yīng)該首先 在 服務(wù)器端使用 s oc ke t()函數(shù) 建立 一 個(gè)通 信的 端 點(diǎn)， 然后 使用 bi nd( )函數(shù) 綁定 這個(gè) 端點(diǎn) 的地址，最后 服務(wù) 器端使用 lis te n()偵聽連接 請求，當(dāng) 遠(yuǎn)程的客戶 機(jī)使用connec t()連接 lis te n()正在監(jiān) 聽的端 口時(shí) ，使用 a cce pt()處理 它。 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 T CP 通信 模塊 。 所以對 開發(fā)板上要做的操作是接上 J TAG ,串口，網(wǎng)絡(luò) 線，并且 BOOT SET 設(shè)置為 outsi de,設(shè)置 B a nk0 為 FL ASH， Ba nk1 設(shè)置為 R AM，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，并啟動開發(fā)板上的 uC li nux 操作系統(tǒng)，如圖 3 . 3 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 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。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。 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、網(wǎng) 絡(luò)通訊配置正常。 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 uClinux 上 程序的開發(fā) 配置特定的 PC 機(jī)環(huán) 境。 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。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 。通常所說的 資源主 要是 嵌入式 芯片的 內(nèi)存和 Flash。 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]。 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)對開發(fā) 板和 系統(tǒng)操作，其次 用戶可以采用 串口的方式 對開發(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 對開發(fā)板進(jìn)行操作 。 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)議對于計(jì)算機(jī)的存儲器，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]。 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)。 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。我們使用的移動設(shè)備，基本上都是基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的。手寫文字 輸入、語 音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件 以 及彩色圖 形、圖像都會 使使用者獲 得自由的感 受。傳統(tǒng) 的單 片機(jī)對于網(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、 CAN、 Bluetooth 或 IrDA 通信接口中的一種或者幾種，同時(shí)也需要 提供相應(yīng)的 通信組網(wǎng)協(xié)議 軟件和物理 層驅(qū)動軟件。 目前很多廠商 已 經(jīng)充分考 慮到這一點(diǎn)，在主推系統(tǒng)的 同時(shí)，將開發(fā)環(huán)境也作為重點(diǎn)推廣。 基于 ARM7TDMI 的嵌入式芯片 ，在 指令設(shè) 計(jì) 上使用是精簡指令集，執(zhí)行效率高 ； 使用三 級流水技術(shù) ，大大增強(qiáng) 了嵌入式產(chǎn)品的性能 [1]。 嵌入式 系統(tǒng) 的 基本 技術(shù) 仍 然是 計(jì)算機(jī) 技術(shù) ， 包 含 軟件 、硬件 、操作系統(tǒng)等。論文就是 以 ARM7 TDMI為嵌入 式 開發(fā) 平臺，開發(fā) 具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的嵌入式終端 。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定 處理。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā) 表或撰寫的成果作品。與我一同工作的同志對本研究所做的任 何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。裁剪和定制系統(tǒng)后， 構(gòu)建 相關(guān)的 文件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)主要有 以下 幾個(gè)特點(diǎn) ： （ 1）以 需求 為目 標(biāo)： 嵌入式 產(chǎn)品 沒有 統(tǒng)一 的要 求， 在開發(fā) 過程中，它主要是解 決用戶的需 求問題的 。只有做到這一點(diǎn)，嵌入式產(chǎn)品才會有更 大的 應(yīng)用空間和應(yīng) 用市場。 （ 2） 網(wǎng)絡(luò)化、信 息化的要求隨 著因特網(wǎng)技 術(shù)的成熟、帶 寬的提高日益提高，使得以 往單一功能 的設(shè)備如電話 、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu) 更加復(fù)雜。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 3 頁 未來的嵌入式 產(chǎn)品是軟硬 件緊密結(jié)合 的設(shè)備，為了減低 功耗和成本，需要設(shè)計(jì)者盡量 精簡系統(tǒng)內(nèi) 核，只保留和系 統(tǒng)功能緊密 相關(guān)的軟硬件，利用最低的資 源實(shí)現(xiàn)最適 當(dāng)?shù)墓δ?，這就 要求設(shè)計(jì)者 選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。對 嵌入式芯片的運(yùn)行速度要求 越來越快，存 貯器也越來 越大，這大大推 進(jìn)了嵌入式技術(shù)的發(fā)展 ， 嵌入式 系統(tǒng)在一定 的程度上推進(jìn) 了現(xiàn)代生活 的提高和改善。嵌入式系統(tǒng)與通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合可以極大地增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的 智 能化與靈活 性，拓展通信 功能，從而實(shí)現(xiàn) 各種通信系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通 [4]。移動 辦公設(shè)備很方 便的將我們 連接在一起，無論何時(shí)何地， 增強(qiáng)了我們的相互溝通 。我們可 以把家庭的所 有設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，組成一個(gè)家庭智能中心，可以很方便的通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。 系統(tǒng)的需求分析 系統(tǒng)的功能需求 嵌入式系統(tǒng)設(shè)備能快速的接入 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資 源的共享 和 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 的通 信， 首 先應(yīng) 該保 證嵌 入 式設(shè) 備 具有 完 整 的網(wǎng) 絡(luò)協(xié) 議體 系結(jié)構(gòu)， 滿足 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的 技術(shù) 規(guī)范， 能夠 正確控制嵌 入式平臺上 的網(wǎng)絡(luò)芯片， 可以完整的 接收 和 發(fā)送數(shù) 據(jù)。 圖 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 環(huán) 境 關(guān) 系 圖 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是 完成 宿主機(jī) 和開發(fā)板的 網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn) 。 帶 TCP/IP 協(xié)議族的 Linux 或者 uClinux 操作系統(tǒng)，不需要自己構(gòu)建 TCP/IP 協(xié) 議族 可以 直 接調(diào) 用 底層 的函 數(shù) ，驅(qū) 動上 層 模塊 完成socket 通信 [12]。 （ 4）操作系 統(tǒng) 性能 操作 系統(tǒng) 的 可靠 性通 常 無法 在用 戶 程序 或者 函 數(shù)庫 層次 得 到增強(qiáng)。 嵌 入式 Linux 也要 占用 1M 空間，運(yùn)行時(shí)更 需要超過 4M 的內(nèi)存 空間 ，因此 對于存貯空間 不足的嵌入 式系統(tǒng)，資源的要求沒有辦法 滿足。而 uClinux 是專門針對沒有 MMU 的處理器而設(shè)計(jì)的 。 雙方之間通過串口進(jìn)行通訊。 ARM 公司是專門從事基于 RISC 技術(shù)芯片設(shè)計(jì) 開發(fā)的公司 ，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身 不直接從事 芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn) 讓設(shè)計(jì)許可 由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM 公司購買其設(shè)計(jì)的 ARM 微處理器核，根據(jù)各自 不同的應(yīng)用 領(lǐng)域，加入適當(dāng) 的外圍電路，從而形成自己的 ARM 微處理 器芯片進(jìn)入 市 場。 ARM 處理器具 有 9 種基本 尋址方式 ： （ 1） 寄存器 尋址； （ 2） 立即尋 址； （ 3） 寄存器 移位尋址； （ 4） 寄存器 間接尋址； （ 5） 基址尋 址； （ 6） 多寄存 器尋址； （ 7） 堆棧尋 址； （ 8） 塊拷貝 尋址； （ 9） 相對尋 址。 PC 機(jī)上完成的程序開發(fā) 首先 PC 機(jī)上要安裝 完整 的 Li nux 操作系統(tǒng)，然 后配置好 交 叉編譯環(huán)境后，接下來就 是是對程序 的初步設(shè)計(jì)，程 序一共分為 兩個(gè)大的部分： （ 1） TCP 的客戶端 程序設(shè)計(jì) TCP 的客戶端可以 輕松的訪問 服務(wù)器端，向 它發(fā)送連接 請求，并且客戶端也可以接收到來自服務(wù)器端發(fā)送回來的數(shù)據(jù)。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 17 頁 圖 程序設(shè)計(jì)詳細(xì) 圖解 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 18 頁 Soc ke t 接口是 T C P/I P 網(wǎng)絡(luò)的 API， Soc ke t 接口定義函數(shù) 和例程 。 對于客戶機(jī)任務(wù)來說，它也需要先用 s oc ke t()建立一個(gè)通信端 口，但是它不必用 bi nd()把他的本地地址 綁定到這個(gè) 端口上，而 是直接使用 c onnec t( )向指定的服 務(wù)器發(fā)送 連接請求 ，如果請 求被接受 ，就可以進(jìn)行通信了。根據(jù)使用場合 的不同 ，根文件系統(tǒng)也有多種選擇。 gli bc 是 g nu 發(fā)布的 l i bc庫， 主要是基于 C 語言的，這個(gè)庫較大而且 比較全面，不適應(yīng) uC li nux。 由于 uCl i nux 的內(nèi)核采取了模 塊化的設(shè)計(jì)方 式，設(shè)計(jì)時(shí) 可以根據(jù)自己的需要，在 內(nèi)核編譯的 過程中，靈活選擇所需 要的模塊 ，節(jié)約資源，減少代碼量 ，提高內(nèi) 核的運(yùn)行速 度和效率 ， 這也是嵌入 式系統(tǒng)的一個(gè)明顯的優(yōu)勢。 配置 uClinux 和文 件系統(tǒng)具體的 操作方法如 下 [2 4 ]： （ 1）通過已經(jīng)建立的 終端或者控 制臺， 找到 uC li nux 源代碼所在的目錄，系統(tǒng)為： //us r/src/uCli nux dis t ， 執(zhí)行命令： c d /usr/src/uCli nux dis t （ 2） 如 果不 是進(jìn) 行第 一次 編譯， 需要 先清 除以 前編 譯產(chǎn)生 的輔助文件和目標(biāo)文件，以保證編譯的正確性