【正文】 蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 19 儲，數(shù)據(jù)線跟地址線分離開來。通過 /mnt/etc/。在就是從 Flash 直接讀取，并創(chuàng)建 YAFFS 等文件系統(tǒng)。此命令的作用是清除一些以前留下的文件，例如以前編譯生成的目標(biāo)文件等。只有對內(nèi)核進行補丁，才可以將其用在其它特定體系結(jié)構(gòu)的處理器平臺上，構(gòu)成新的支持嵌入式設(shè)備的內(nèi)核。如果 Linux 內(nèi)核是存放在 Flash 中，并且可直接在上面運行，這里的 Flash 指Nor Flash，那么就可以直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核中去執(zhí)行。但是為了能夠達到啟動 Linux 內(nèi)核的目的，要求所有的 Bootloader 都必須具備以下功能： (1) 初始化系統(tǒng) RAM，因為 Linux 內(nèi)核一般都會在系統(tǒng)的 RAM 中運行， 所以在調(diào)用 Linux 內(nèi)核之前 BootLoader 必須初始化和設(shè)置 RAM，為系統(tǒng)調(diào)用 Linux 內(nèi)核做好準(zhǔn)備。在一般的嵌入試系統(tǒng)中，整個操作系統(tǒng)的加載和起動任務(wù)是全部由 BootLoader 來完成，由此可見 BootLoader 在嵌入式系統(tǒng)的重要性。 Linux 操作系統(tǒng)的內(nèi)核高效而且穩(wěn)定，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器領(lǐng)域。邏輯文件系統(tǒng)是指 Linux 可以支持的文件系統(tǒng)，比如 EXT2， EXT3， FAT 等等。并不能獨立分析 Linux 內(nèi)核在操作系統(tǒng)中的位置，必須將內(nèi)核放大到整個系統(tǒng)中去看與分析，如圖 為 Linux 內(nèi)核在操作系統(tǒng)中位置。因此，嵌入式操做系統(tǒng)的要求實時性較之于普通計算機的操做系統(tǒng)的作用更為突出和重要。 (1) 遠(yuǎn)程智能家居控制系統(tǒng)開 發(fā)平臺的搭建，系統(tǒng)軟硬件平臺的建立。 Linux 操作系統(tǒng)可以在多種硬件平臺上運行，因為它是一個可以跨平臺的操作系統(tǒng)，可以再各種平臺上實現(xiàn)，移植起來非常方便。一個 IRDA 紅外線數(shù)據(jù)通訊口，一個 SD 卡接口。 (5)家用電器等的開關(guān)量的控制：系統(tǒng)接收用戶指令經(jīng)處理器處理后以控制家用電器等開關(guān)量設(shè)備的狀態(tài)。嵌入式 視頻 web 服務(wù)器是基于嵌入式的微處理器技術(shù)，系統(tǒng)使用嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。文中對智能家居控制平臺的搭建，嵌入式控制器及其外圍電路以及 GPRS 模塊做了詳細(xì)介紹。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。但是隨著基于 PC 機的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，在實際應(yīng)用的過程中，也暴露出了一些系統(tǒng)方面的不足，主要是系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定性等。該智能家居控制系統(tǒng)保留了豐富的功能擴展接口，通過對這些擴展接口的擴展，將來我們還可以實現(xiàn)安家電控制、安防和智能抄表等的實際應(yīng)用。 主控系統(tǒng) （ S3C2410） GPRS 手機 攝像頭 SD 卡 溫度傳感器 紅外傳感器 INTERNET 個人 PC 基于 ARM 遠(yuǎn)程家居智能控制系統(tǒng)設(shè)計 4 此遠(yuǎn)程家居智能控制系統(tǒng)中硬件上選用以 S3C2410A 為核心處理器的 TQ2410 開發(fā)板。 Linux 從 1991 年問世到現(xiàn)在，己經(jīng)發(fā)展成為一個功能強大、設(shè)幾完善的操作系統(tǒng)， Linux 操作系統(tǒng)已經(jīng)成為Microsoft 公司的 Windows 操作系統(tǒng)的強有力的競爭者。 Linux 有著一套免費的完整開發(fā)和調(diào)試工具，通過 GUN 的 C 編譯器來對源程序進行編譯，程序調(diào)試通過使用 GDB調(diào)試器來進行調(diào)試。通常在具有相當(dāng)豐富的人機接口在通用的計 算機上所運行的一般操作系，因此在上面可以方便的開發(fā)應(yīng)用程序，甚至包括對計算機系統(tǒng)本身與計算機上操作系統(tǒng)的開發(fā)。對網(wǎng)絡(luò)功能的支持。 圖 Linux 內(nèi)核功能結(jié)構(gòu) ② 內(nèi)存管理：可以允許多個進程同時安全地共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。 (3) 選用 Linux 作為嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)的優(yōu)勢。 ⑤ Linux 驅(qū)動豐富支持大量的周邊硬件設(shè)備。對于一般的嵌入式系統(tǒng)，通常把 Flash 等非易失性存儲器映射到這個地址處，而 BootLoader 就位于該存儲器的最前端，所以系統(tǒng)在上電或者復(fù)位后執(zhí)行的第一段程序便是 BootLoader[1]。其中 struct param_struct 是一種比較老的參數(shù)傳遞方式，在 Linux 版本以前的內(nèi)核中使用這種方式較多?！癝UBLEVEL”稱之為次版本號，它不分奇偶，順序遞增，每隔 1~2 個月會發(fā)布一個穩(wěn)定版本。 編譯嵌入式 Linux內(nèi)核 編譯內(nèi)核需要遵守 以下步驟： 基于 ARM 遠(yuǎn)程家居智能控制系統(tǒng)設(shè)計 16 (1) make dep。在一個可應(yīng)用的存儲設(shè)備中可以包含一個或者多個文件系統(tǒng)。因此，一個系統(tǒng)中可以同時存在不同的文件系統(tǒng)。 Flash 存儲器主要分為 NOR Flash 和 NAND Flash 兩種存儲類型。而兩塊 Flash 芯片也可以在。 Flash 存儲器是嵌入式設(shè)備中被廣泛使用的存儲器。若是系統(tǒng)不能從指定的設(shè)備上掛載根文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)會報錯而退出啟動。內(nèi)核編譯完成后，會在內(nèi)核的目錄 arch/arm/boot/下生成 zImage 內(nèi)核的映像文件。 ARM Linux 的移植，建議使用 或 版本。比如 的內(nèi)核就是 內(nèi)核的穩(wěn)定版本。 (4) 設(shè)置 Linux 的啟動參數(shù)， BootLoader 在執(zhí)行的過程中必須初始化和設(shè)置 Linux內(nèi)核的啟動參數(shù)。對于兩塊不同的嵌入式的板來說，即使使用統(tǒng)一種處理器，要想使一塊板上的 Bootloader能夠在另一塊板上運行，一般也都需要修改 Bootloader 的源代碼。 Linux 繼承了 UNIX 操作系統(tǒng)的特點，所以這確保了它所支持的所有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并且可以開發(fā)成為基于嵌入式的 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧利用 Linux 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。 Linux 操作系統(tǒng)，可以支持多種不通的進程值間的通信機制。 (2) Linux 內(nèi)核由 5 個功能相互聯(lián)系的主要的子模塊構(gòu)成，如圖 所示為 Linux 內(nèi)核功能結(jié)構(gòu)： ① 進程調(diào)度：控制著各個進程 對 CPU 的訪問，由進程調(diào)度程序選擇優(yōu)先級高的進程根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的進程調(diào)度算法。典型的嵌入式操作系統(tǒng)有windowsCE， PowerPc、 PalmOS， Vxworks， uClinux 還 有 UC/OSⅡ 等等 [12]。使用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時、隨地蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 方便的訪問系統(tǒng)，查詢家里各種設(shè)備的各種情況，從而達到對家居中各種設(shè)備的預(yù)警、控制、調(diào)節(jié)，達到家居智能化的目的。大多數(shù)的嵌入式操做系統(tǒng)并不是具有嚴(yán)格的實時性特性，有些甚至根本沒有實時性，而基與嵌入式 Linux 內(nèi)核操作系統(tǒng)能夠很好地滿足嵌入式系統(tǒng)的實時性要求，此外還提其他任務(wù)間的調(diào)用接口以及實時任務(wù)。 Linux 是一個相似于 Unix 操作系統(tǒng)。 (5) 系統(tǒng)界面簡潔，友好、美觀，直觀易操作、富于人性化。通過 GPRS 模塊發(fā)射和接收無線信號來為外部網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)接口 ,用來連接家庭內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)和外部 Inter 網(wǎng)絡(luò)，通 過 Inter 網(wǎng)絡(luò)或手機等方式用戶可以方便的來訪問家庭的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)用戶對室內(nèi)各種狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)視和各種家用設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。一種是基于數(shù)字錄像設(shè)備為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，另外一種是基于嵌入式視頻 web 服務(wù)器的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。 學(xué)位論文作者簽名： 簽字 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解 蘭州交通大學(xué) 有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。通過 遠(yuǎn)程家居智能控制系統(tǒng)不僅能實時監(jiān)控和查看用戶房屋內(nèi)各種電器的情況，還能通過 Inter 網(wǎng)絡(luò)或手機根據(jù)需要隨時、隨地控制房屋內(nèi)的各種電器設(shè)備。 隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，前端一體化、視頻十字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化已經(jīng)成為公認(rèn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向 [5]。 蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 圖 遠(yuǎn)程家居智能控制系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)可行性分析 (1) 工作模式：新的智能家居控制系統(tǒng)采用觸發(fā)式的監(jiān)控模式。一個 20 芯Multi－ ICE 標(biāo)準(zhǔn) JTAG 調(diào)試接口，支持 ， 等調(diào)試。嵌 入式 Linux 內(nèi)核再網(wǎng)絡(luò)方面支持也逐漸得到完善，所以基于通信系統(tǒng)的設(shè)備非常適合菜用 Linux操作系統(tǒng)進行開發(fā)。 YAFFS2 文件系統(tǒng)的移植。嵌入式設(shè)備中系統(tǒng)的存儲空間是有限的，同時系統(tǒng)還要求系統(tǒng)的實時性，這就要求程序代碼的質(zhì)量和程序編譯工具的效率要高，盡量的降低程序編譯后二進制代碼的冗余度，從而提高程序執(zhí)行 的執(zhí)行速度。 從圖 中可以很明顯的看出， Linux 操做系統(tǒng)是分為四個層次結(jié)構(gòu)組成，由上到下分別為：用戶的進程、系統(tǒng)調(diào)用的接口、 Linux 的內(nèi)核和系統(tǒng)設(shè)備的硬件。網(wǎng)絡(luò)接口可以分為網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議兩個部分。 ③ 多種體系下都支持 Linux 結(jié)構(gòu)。圖 中最底層的引導(dǎo)、加載程序即可認(rèn)為是系統(tǒng)的 BootLoader。 (2) 初始化串口，串口在 Linux 的啟動過程中有著非常重要的作用，它是 Linux 內(nèi)核和用戶交互的主要方式之一。 不論是 哪種情況，在跳到 Linux 的內(nèi)核執(zhí)行之前 CPU 的寄存器必須滿足以下條件：r0＝ 0， r1＝處理器類型， r2＝標(biāo)記列表在 RAM 中的地址。因此原先在 x86平臺下的內(nèi)核就被稱之為基礎(chǔ)內(nèi)核，即標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核了。 (3) make zImage 生成內(nèi)核的映像。用戶文件可能存放在網(wǎng)絡(luò)、磁盤或著是一些虛擬的文件。系統(tǒng)起動時有 init 解析并執(zhí)行 /etc/inittab， inittab 會去調(diào)用一個系統(tǒng)初始化的程序。因此，必須針對 Flash 的硬件特性選擇，設(shè)計符合應(yīng)用要求的文件系統(tǒng)必須充分考慮系統(tǒng)的需求，硬件設(shè)備等否則用作 Flash 的文件系統(tǒng)會有諸多弊端。 單片容量 小， 一般 132MB 單片容量 大， 8128MB，提高了單元密度 支持 XIP(eXecute In Place，芯片內(nèi)執(zhí)行 )，適用于代碼存儲。 (4) /lib：文件系統(tǒng)上的程序所需要的動態(tài)庫，存放系統(tǒng)最基本的庫文件。在嵌入式設(shè)備中一般從Flash 起動。因此 ，要執(zhí)行 make dep 命令一下在編譯內(nèi)核的時候。并且也很少可以運行在某種嵌入式 Linux系統(tǒng)上。 Linux 內(nèi)核在啟動過程中會根據(jù)設(shè)置的該啟動參數(shù)進行相應(yīng)的初始化工作。 Bootloader 的主要功能 在實際的應(yīng)用中 Bootloader 可以根據(jù)所需功能的不同可以設(shè)計得很復(fù)雜，除了可以完成基本的初始化系統(tǒng)和調(diào)用 Linux 內(nèi)核等基本任務(wù)外，還可以執(zhí)行很多的用戶輸入的命令，例如設(shè)置 Linux 啟動參數(shù)，給 Flash 分區(qū)等。然而在嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中沒有象 BIOS這樣的固件程序，不過也可能有一些生產(chǎn)嵌入式的 CPU 的廠商會在芯片的內(nèi)部嵌入一小段程序，用來引導(dǎo)系 統(tǒng)的啟動。這些新功能包括實時性能的增強、更方便的移植性、對大容量內(nèi)存的支持、支持微控制器和 I/O 系統(tǒng)的改進等。虛擬文件系統(tǒng)可以分為設(shè)備驅(qū)動程序和邏輯文件系統(tǒng)。 (1)嵌入式 Linux 的內(nèi) 核 如果說計算機硬件系統(tǒng)的核心是 CPU 的話，那內(nèi)核則是整個計算機軟件系統(tǒng)的核心。 (2)嵌入式設(shè)備的系統(tǒng)通常采用實時操作系統(tǒng)作為系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，并且可以根據(jù)個人的需求對內(nèi)核進行裁減 [23]。 根據(jù)系統(tǒng)的需求，以及對嵌入式 linux 操作系統(tǒng)的分析，可以發(fā)現(xiàn)采用基于 為內(nèi)核的嵌入式操作系統(tǒng)完全能過滿足系統(tǒng)的需求。 Linux開放源代碼的這一重要特點，使 Linux操作系統(tǒng)的源代碼可以在原有的基礎(chǔ)上進行修改，剪裁，設(shè)計出適合用戶使用的操作系統(tǒng)。有兩個 HOST 接口，其中一個 HOST 與 Device 復(fù)用，通過短路塊進行選擇，系統(tǒng)支持 USB 攝像頭。 (3)遠(yuǎn)程控制：用戶通過發(fā)送手機短信或者通過互聯(lián)網(wǎng)訪問智能家居系統(tǒng)對家中各個設(shè)備進行遠(yuǎn)程控制和查詢。因此，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都是以 IP 的地址來進行標(biāo)識，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的增加意味著 IP 地址的增加。本文提出以三星 S3C2410 嵌入式處理器為核心處理器，搭建了基于嵌入式 LINUX 操作系統(tǒng)的家庭智能管理平臺。隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展、創(chuàng)新，智能化程度的提高，我們無時無刻不在享受科學(xué)技術(shù)給我們的生活帶來的方便。系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)攝像頭收集到的圖片信息通過圖片信息壓縮，通過內(nèi)部總線送到系統(tǒng)內(nèi)置的 Web 服務(wù)器，用戶可以直接通過網(wǎng)絡(luò)用瀏覽器查看 Web 服務(wù)器上存儲的由攝像頭采集的圖像信息。系統(tǒng)通 過系統(tǒng)中的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊將采集到的溫度傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過系統(tǒng)總線傳送給系統(tǒng)處理器，經(jīng)處理器處理后根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)值比較來控制各個設(shè)備。開發(fā)板的外部存儲器，內(nèi)存為 64M， NOR Flash： 2M， NAND Flash： 128M。在當(dāng)前各 種嵌入式操作系統(tǒng)迅速發(fā)展的情況下， Linux 操作系統(tǒng)逐漸形成了可以與 windwosCE 等嵌入式操作系統(tǒng)進行相抗衡競爭的嵌入式操作系統(tǒng)。在程序開發(fā)時應(yīng)用程序可以在普通計算機上交叉編譯，調(diào)試時可通過串口登陸硬件平臺，同時還可以利用 NFS 網(wǎng)絡(luò)文件