【導(dǎo)讀】個(gè)方面，給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了極大的便利。目前嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到了。嵌入式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由溫度監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)和溫度監(jiān)測(cè)軟件兩部分組成。塊對(duì)各部分硬件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)測(cè)的功能。

　　

【正文】 入式 Linux 系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃?4 個(gè)層次： （ 1）引導(dǎo)加載程序。包括固化在固件中的啟動(dòng)代碼（可選）和 Bootloader 兩大部分。 （ 2）內(nèi)核。特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及控制內(nèi)核引導(dǎo)系統(tǒng)的參數(shù)。 （ 3）文件系統(tǒng)。包括根文件系統(tǒng)和建立于 Flash 內(nèi)存設(shè)備之上的文件系統(tǒng)。 通常用 Ramdisk 作為根文件系統(tǒng)。它是提供管理系統(tǒng)的各種配置文件以及系統(tǒng)執(zhí)行用戶應(yīng)用程序的良 好的運(yùn)行環(huán)境的載體。 （ 4）用戶應(yīng)用程序。特定于用戶的應(yīng)用程序。有時(shí)在用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能還會(huì)包括一個(gè)嵌入式圖形用戶界面。 引導(dǎo)加載程序 嵌入式系統(tǒng)的引導(dǎo)代碼是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)之一，同時(shí)是系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)基本前提條件。嵌入式系統(tǒng)的啟動(dòng)代碼是和處理器體系結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的，而且通常是 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言聯(lián)合使用。沒(méi)有這段代碼，多么精悍的內(nèi)核也不能發(fā)揮作用。 Bootloader 是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼。一般它只是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行非常短的時(shí)間，但對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常重要的系統(tǒng)組成部分。當(dāng)我們 使用單片機(jī)或者像 UCOS 這樣的操作系統(tǒng)時(shí)，一般只需要在初始化 CPU 和其它硬件設(shè)備后，直接加載程序即可，不需要單獨(dú)構(gòu)建一個(gè)引導(dǎo)加載程序。但是構(gòu)建或移植一個(gè) Bootloader，從某種意義上來(lái)說(shuō)，對(duì)所有的 Linux 系統(tǒng)都是一個(gè)最普通的任務(wù)。在 PC 中，引導(dǎo)加載程序由 BIOS 和位于硬盤(pán) MBR 中的操作系統(tǒng)引導(dǎo)加載程序（如 LILO）一起組成。 BIOS在完成硬件檢測(cè)和資源分配后，將硬盤(pán) MBR 中的 Bootloader 讀到系統(tǒng)的 RAM 中，然后將控制權(quán)交給操作系統(tǒng)引導(dǎo)程序。引導(dǎo)加載程序的主要運(yùn)行任務(wù)就是將內(nèi)核映像從硬盤(pán)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 讀到 RAM 中，然后跳到內(nèi)核的入口點(diǎn)去運(yùn)行，即開(kāi)始啟動(dòng)操作系統(tǒng)。 在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒(méi)有像 BIOS 那樣的固件程序（有的嵌入式 CPU 會(huì) 34 在芯片內(nèi)部嵌入一段短小的程序，一般用來(lái)將 Bootloader 裝載進(jìn) RAM中，它有點(diǎn)類似 BIOS的功能，但功能遠(yuǎn)比 BIOS 弱），因此在一般典型的系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)的加載啟動(dòng)任務(wù)就完全由 Bootloader 來(lái)完成。在一個(gè)基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)在上電或復(fù)位時(shí)通常都從地址 0x00000000 處開(kāi)始執(zhí)行，而在這個(gè)地址處安排的通常就是系統(tǒng)的 Bootloader。通過(guò)這段小程序可以初始化 硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。 Bootloader 是嚴(yán)重地依賴于硬件而實(shí)現(xiàn)的。每種不同體系結(jié)構(gòu)的處理器都有不同的Bootloader。不過(guò) Bootloader 的發(fā)展也趨于支持多種體系結(jié)構(gòu)，比如 UBoot 目前同時(shí)支持 PowerPC， ARM， X86 等多種體系結(jié)構(gòu)。除了依賴于處理器的體系結(jié)構(gòu)外， Bootloader實(shí)際上也依賴于具體的嵌入式板級(jí)設(shè)備的配置，也就是說(shuō)，對(duì)于兩塊不同的嵌入式板而言，即使它們是基于同一種處理器而構(gòu) 建的，要想讓運(yùn)行在一塊板子上的 Bootloader 程序也能運(yùn)行在另外一塊板子上，通常也需要對(duì) Bootloader 進(jìn)行一直工作 [25]。所以需要針對(duì)自己的嵌入式硬件系統(tǒng)，移植自己的 Bootloader 程序。 UBoot 是一個(gè)開(kāi)放源代碼的嵌入式 Bootloader 程序，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自己系統(tǒng)的移植工作 [16]。 內(nèi)核 通常操作系統(tǒng)由內(nèi)核和一些系統(tǒng)服務(wù)程序（命令解釋、庫(kù)文件、鏈接和編譯程序等）組成。內(nèi)核是操作系統(tǒng)的靈魂，它為用戶進(jìn)程提供一個(gè)虛擬接口。用戶進(jìn)程可以并行運(yùn)行、公平地占用系統(tǒng)資源而互不干擾。 Li nux 操作系統(tǒng)一般由內(nèi)核、 shell、文件結(jié)構(gòu)和實(shí)用工具 4 個(gè)主要部分組成。 Linux系統(tǒng)的內(nèi)核采用單塊結(jié)構(gòu)，可以動(dòng)態(tài)地加載和卸載模塊。系統(tǒng)利用內(nèi)核模塊的可動(dòng)態(tài)裝載和卸載功能，可以方便地在內(nèi)核中添加新的組件或卸載不再需要的內(nèi)核組件：內(nèi)核模內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 塊的動(dòng)態(tài)裝載性使得內(nèi)核映像的尺寸保持在最小，并且具有最大的靈活性、同時(shí)便于檢驗(yàn)新的內(nèi)核代碼，而不需重新編譯內(nèi)核且重新引導(dǎo)，從而用戶可以根據(jù)自己系統(tǒng)的需要構(gòu)筑自己的私有內(nèi)核，其源碼的公開(kāi)更為改造其內(nèi)核提供了可能，尤其為重建有特殊要求的操作系統(tǒng)提供了可能。 Linux 是一個(gè)移植性 非常好的操作系統(tǒng)，它廣泛支持許多不同體系結(jié)構(gòu)的 CPU。嵌入式系統(tǒng)是“硬件可裁剪”的，因此工程師們?cè)O(shè)必須結(jié)合自己的硬件電路，對(duì)已有的內(nèi)核代碼進(jìn)行修改移植。移植好操作系統(tǒng)后，應(yīng)用程序的編寫(xiě)就十分方便了。 配置和編譯內(nèi)核的過(guò)程如下： （ 1） 進(jìn)入內(nèi)核目錄： cd /opt/FriendlyARM/SBC2410/kernel （ 2） 配置內(nèi)核： make menuconfig 輸入該命令后，可以瀏覽 kernel 的默認(rèn)設(shè)置，保存后退出；也可以根據(jù)具體的開(kāi)發(fā)要求改變 kernel 的設(shè)置。在這里，點(diǎn)擊 load an alternate configuration file ，輸入config_ac2410_tp_nec35,保存后退出。除此，還可以配置其他項(xiàng)。 （ 3） 編譯內(nèi)核，需要執(zhí)行以下命令： make clean 該命令用于清除以前構(gòu)造的內(nèi)核的所有目標(biāo)文件、模塊文件和臨時(shí)文件。執(zhí)行時(shí)間大約2s。 make dep 該命令用于尋找各文件的依存關(guān)系。執(zhí)行此命令約需 1 minute，執(zhí)行 完 ，若顯示有錯(cuò)誤，說(shuō)明上一步 kernel configuration 有問(wèn)題，需要 make menuconfig 重新配置。 make zImage 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 編譯內(nèi)核中的文 件，生成內(nèi)核，執(zhí)行時(shí)間約為 3 min。 若編譯結(jié)束后提示有錯(cuò)誤，則無(wú)法生成內(nèi)核文件 zImage ，應(yīng)重新輸入命令 make menuconfig 檢查內(nèi)核配置，再執(zhí)行步驟（ 3）；若編譯通過(guò)則在 /arch/arm/boot/目錄下生成二進(jìn)制內(nèi)核映像文件 zImage,大小為 ，此大小與內(nèi)核配置有關(guān)，大小不固定。 文件系統(tǒng) 在系統(tǒng)啟動(dòng)后，操作系統(tǒng)要完成的最后一步操作是掛載根文件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)也可以使用硬盤(pán)和光盤(pán)，但是這與嵌入式系統(tǒng)的便攜特性相違背，所以一般用 Flash 作為存儲(chǔ)介質(zhì)。和硬盤(pán)相比， Flash 有自己獨(dú)特的物理特性，所以必須使用專門(mén)的文件系統(tǒng)。 Ramdisk 用內(nèi)存空間來(lái)模擬出硬盤(pán)分區(qū)。 Ramdisk 通常使用磁盤(pán)文件系統(tǒng)的壓縮鏡像存放在 Flash 中，在系統(tǒng)初始化時(shí)，解壓到 SDRAM 并掛載為根文件系統(tǒng)。因此如何制作 Ramdisk 鏡像也是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。 FTP 的全稱是 FileTrnasefrPortocol(文件傳輸協(xié)議 )，是專門(mén)用來(lái)傳輸文件的協(xié)議。它支持的 FTP 功能是網(wǎng)絡(luò)中最重要、用途最廣泛的服務(wù)之一，它實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器和客戶端之間的文件傳輸和資源的再分配，是普遍采用的資源共享方式之一。用戶可用連接到 FTP服務(wù)器上下載文件，也可以將自己的文件上傳到 FTP 服務(wù)器中。 FTP 是 TCP/IP 的一種具體應(yīng)用，它工作在 OSI 模型的第七層， TCP 模型的第四層，即應(yīng)用層，它使用 TCP 傳輸而不是 UDP，這樣 FTP 客戶在和服務(wù)器建立連接前要經(jīng)過(guò)“ 三次握手 ” 的過(guò)程，是一種面向連接，可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。另外， FTP 服務(wù)的實(shí)現(xiàn)可獨(dú)立于平臺(tái)，即可以在不同的操作系統(tǒng)中都可以實(shí)現(xiàn) FTP 的客戶端和服務(wù)器，相互之間跨平臺(tái)進(jìn)行文件傳送。 Linux下實(shí)現(xiàn) FTP 的服務(wù)的軟件很多，最常見(jiàn)的有 vsPtfd， PprPtf等。 在該系統(tǒng)中我們采用常 見(jiàn)的 vsPtfd 軟件。 vsPtfd 提供三種 FTP 登錄形式 ： (1) 匿名賬號(hào)登錄 ： 如果用戶在 FTP 服務(wù)器上沒(méi)有賬號(hào)， 那么用戶只有以 noanymuos內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 為用戶名，以電子郵件地址為密碼進(jìn)行登錄。 其登錄目錄為匿名 FTP 服務(wù)器的根目錄v//ar 助。一般關(guān)閉匿名賬號(hào)的上傳功能。 (2) 真實(shí)帳號(hào)登錄 ： 就是以本地的真實(shí)用戶名和密碼進(jìn)行登錄，前提條件就是在 FTP服務(wù)器上擁有該賬號(hào)。當(dāng)用真實(shí)賬號(hào)登錄以后，其登錄的目錄為用戶自己的目錄，該目錄在系統(tǒng)建立帳號(hào)時(shí)系統(tǒng)就自動(dòng)建立，它可以訪問(wèn)整個(gè)目錄結(jié)構(gòu)。 (3) 虛擬帳號(hào)登錄 ： 如果用 戶在 FTP 服務(wù)器上擁有帳號(hào)，但此帳號(hào)只能用于文件傳輸服務(wù)，那么該帳號(hào)就是虛擬帳號(hào)，它也是真實(shí)賬號(hào)的一種形式，不同的是其登錄服務(wù)器后，就不能訪問(wèn)除宿主目錄以外的內(nèi)容 [21]。 燒寫(xiě) Windows 下燒寫(xiě) vivi 燒寫(xiě) vivi 有兩種途徑： linux 下燒寫(xiě)和 windows 下燒寫(xiě)。本設(shè)計(jì) 用的是 windows 下的燒寫(xiě)。下面是 windows 燒寫(xiě)的全過(guò)程。 Windows 下燒寫(xiě) vivi 到 NAND Flash 中，需要安裝主機(jī)并口和 Jflash 開(kāi)發(fā)軟件等，虛擬機(jī)和主機(jī)均安裝物理并口，但是為虛擬機(jī)安裝的是打印機(jī)端口 LPT1,為主機(jī)安裝的是并口 giveio（ COM3） ,故兩個(gè)并口使用時(shí)不會(huì)發(fā)上沖突。 (1) 為主機(jī)安裝并口 [1] 將光盤(pán)中 Windows 平臺(tái)工具 /sjf2410/ 復(fù)制到 C：\WINDOWS\system32\drivers. [2]點(diǎn)擊開(kāi)始 → 設(shè)置 → 控制面版 → 填加硬件，在填加硬件向?qū)е悬c(diǎn) 擊下一步 → 是 ，就已經(jīng)安裝了次硬件，下一步 → 添加新的硬件設(shè)備，下一步 → 安裝手動(dòng)從列表中選擇的硬件，下一步 → 雙擊“顯示所有硬件設(shè)備”，單擊“選擇從磁盤(pán)安裝”下一步，點(diǎn)擊瀏覽，找到 Windows 平臺(tái)工具 /sjc2410/ 文件，打開(kāi)，確定，在界面里，可看到 giveio，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 點(diǎn)擊下一步 → 下一步 → 完成。 [3] 查看并 口驅(qū)動(dòng)是否成功安裝 右鍵點(diǎn)擊“我的電腦”，屬性 → 硬件 → 設(shè)備管理器 → 端口，看到 giveio（ COM3）。若要卸載并口，可右鍵點(diǎn)擊 giveio（ COM3）卸載。 (2) 用 JTAG 電纜連接 ARM 板的 JTAG 接口，此時(shí)板上的電源指示燈已亮。接通電源后，打開(kāi) ARM 板電源開(kāi)關(guān)。 (3) 燒寫(xiě) vivi 按照以下步驟進(jìn)行： [1]打開(kāi)主機(jī)開(kāi)始 → 運(yùn)行 → cmd， [2]進(jìn)入 sjc2410 目錄，輸入燒寫(xiě)命令開(kāi)始燒寫(xiě)。 燒寫(xiě)過(guò)程大約需要 5 分鐘時(shí)間，燒寫(xiě)成功后，輸入 2 退出，最后關(guān)閉 cmd 模式。 [3]BIOS 燒寫(xiě)完畢，拔下 JTAG 電纜。 分區(qū)格式化 Flash 及重新下載 vivi （ 1） 為主機(jī)安裝 Slave B 型的 USB 驅(qū)動(dòng) 軟件下設(shè)置串口 由于主機(jī)和虛擬機(jī)使用的是同一個(gè)物理串口 COM1， 所以在 Windows 下使用串口之前，應(yīng)先查看虛擬機(jī)下是否安裝串口。查看并卸載虛擬機(jī)的串口方法如下：打開(kāi)虛擬機(jī)的主界面，先不進(jìn)入 linux，點(diǎn)擊 VM→ Setting， 在 hardware 窗口下，查看是否有 Serial Using port COM1,若有則選中該項(xiàng)后，點(diǎn)擊 Remove， OK 即可完成虛擬機(jī)串口的卸載。 用串口電纜線連接主機(jī)和 ARM 板的串口，從 Nand Flash 啟動(dòng)系統(tǒng)，打開(kāi) 軟件，點(diǎn)菜單 Configuration，設(shè)置串口。 安裝 USB 驅(qū)動(dòng) 使用 ARM 板上的 USB Slave B 接口，通過(guò) USB 電纜下載驅(qū)動(dòng)程序，所以需要為主機(jī)安裝 Slave B 型驅(qū)動(dòng)。使用 USB 電纜連接主機(jī)的 USB 接口和 ARM 板的 USB Slave B內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 接口，打開(kāi) ARM 板電源，主機(jī)會(huì)彈出發(fā)現(xiàn)新硬件的指示，按照提示安裝 USB 驅(qū)動(dòng)即可，安裝時(shí) 使用的 USB 驅(qū)動(dòng)程序是光盤(pán)中的 Windows 平臺(tái)工具 /USB 驅(qū)動(dòng) /。 （ 2）分區(qū)格式化 Flash dnw 下進(jìn)入 vivi 連上串口線后，在 界面下，點(diǎn)擊首行條 Serial Port→ Connect，打開(kāi) ARM板電源或者按一下板上的復(fù)位鍵，如果 vivi 燒寫(xiě)成功，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)界面，如果不是這個(gè)界面，說(shuō)明燒寫(xiě)是失敗的，需要使用 jflash2410 燒寫(xiě)軟件和 JTAG 電纜重新燒寫(xiě)。 進(jìn)入 vivi 模式的操作方法：先一直按住鍵盤(pán)上的空格鍵，再按住板子上的復(fù)位鍵一會(huì)，先松開(kāi)復(fù)位鍵，再松開(kāi)空格 鍵，可進(jìn)入 vivi 模式， vivi 模式的命令提示符為：FriendlyARM。 在 vivi 模式下分區(qū)格式化 Flash： 在 vivi 模式下輸入命令： bon part 0 192K 1216K 對(duì)板子進(jìn)行分區(qū)。 說(shuō)明： bon 是分區(qū)命令，以上命令的意思是把 Nand Flash 從 0 開(kāi)始分為三個(gè)區(qū)： 0~192K：大小為 192K 192K~1216K：大小為 1M 1216K~64M： 大小為 分區(qū)后需要用 ARM 板連接 USB 電纜，但是只能選擇帶電連接，千萬(wàn)不要關(guān)電或者掉電，因?yàn)榇藭r(shí) Nand Flash 中已經(jīng)被清空，需要再重新下載一次 BIOS，如果關(guān)電或掉電，將需要使用 重新燒寫(xiě) ivi，并重新分區(qū)格式化 Flash，此過(guò)程又需要花費(fèi)幾分鐘時(shí)間