【正文】 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。由于存儲空間的限制，為了提高運行性能，必須根據(jù)需要對內(nèi)核進行精簡，定制一個符合嵌入式系統(tǒng)的操作平臺。uClinux 可以通過裁剪，把不需要的功能模塊剪掉，留下應用需要的模塊，減少系統(tǒng)運行的復雜想，讓系統(tǒng)更加健壯和安全。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。由于 uClinux 的內(nèi)核采取了模塊化的設計方式，設計時可以根據(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)核的運行速度和效率，這也是嵌入式系統(tǒng)的一個明顯的優(yōu)勢。 uClinux 的安裝在 上下載版本為 的 uClinux 源碼包 uClinuxdist，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：tar 就會看到，在系統(tǒng)的目錄盤下，會出現(xiàn) uClinux 的源代碼目錄，也就是uClinuxdist 這個文件夾。由于本系統(tǒng)所用 SmartARM2200 開發(fā)板，這個開發(fā)板為 ARM7 的 LPC2200 芯片，是 philips 公司設計制造的。為了適應這個芯片的特性，登陸 philips 官方網(wǎng)站，并且查找和下載以下這個文件：下載后，復制到系統(tǒng)的目錄下，輸入以下指令，并執(zhí)行：cat 執(zhí)行完成后，在編譯 uClinux 內(nèi)核是，選擇系統(tǒng)的內(nèi)核配置的時候，可以找到 LPC2200 的選項。 配置 uClinux安裝完成后，可以通過 make config，make xconfig 來配置 uClinux，也可以通過 make menuconfig 來配置。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。 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 21 頁表 uClinux 的配置方式make config 命令行方式，適用于控制臺和圖形終端make menuconfig 文本菜中方式，適用于控制臺和圖形終端make xconfig X 窗口圖形界面方式，僅適用于圖形終端文本菜單這種配置方式，可以在終端控制臺上來使用，也可以通過圖形終端進行使用。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。配置 uClinux 和文件系統(tǒng)具體的操作方法如下 [24]：（1）通過已經(jīng)建立的終端或者控制臺，找到 uClinux 源代碼所在的目錄，系統(tǒng)為：//usr/src/uClinuxdist ，執(zhí)行命令：cd /usr/src/uClinuxdist（2）如果不是進行第一次編譯，需要先清除以前編譯產(chǎn)生的輔助文件和目標文件，以保證編譯的正確性。如果是第一次編譯則可省略。執(zhí)行命令：make distclean（3）通過文本菜單方式配置 uClinux執(zhí)行命令：make menuconfig執(zhí)行了 make menuconfig 語句后，將會出現(xiàn)如圖 配置內(nèi)核界面。圖 配 置 內(nèi) 核 界 面 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 22 頁界面中有提示使用“↑” “↓”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 Enter 執(zhí)行命令。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 所示。表 uClinux 中 各 個 選 項 的 描 述選項 描述 設置Vendor/Product 廠商/產(chǎn)品選擇 PHILIS/LPC2200Kemel 選擇版本 LinuxLibc 選擇函數(shù)庫 uClibcDefault all Settings 默認設置 恢復默認設置時選擇Updata Default 默認廠商配置 根據(jù)需要選擇在設計的時候，根據(jù)系統(tǒng)需求，以及所選用的芯片廠商等信息，進行系統(tǒng)的配置，主要是根據(jù)以上信息描述，進行設置。進入 Linux 內(nèi)核配內(nèi)核資源的界面，如圖 所示。圖 內(nèi) 核 資 源 界 面配置完畢后選擇 Exit，然后在提示下是否保存的時候選擇保存， 配置完畢后，選擇 Exit，在對話提示選擇保存。 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 23 頁（4）建立源代碼文件依賴關系( 第一次必須執(zhí)行)執(zhí)行命令：make dep（5）編譯內(nèi)核執(zhí)行命令： make第（4）和第（5）進行內(nèi)核的編譯，執(zhí)行的時間會比較長。執(zhí)行結束后，會得到我們需要的兩個目錄：ROMfs 文件和 images 內(nèi)核文件。在 ROMfs 文件中存放嵌入式系統(tǒng)運行所需要的應用程序。Images 內(nèi)核文件主要存放那個內(nèi)核目錄。 經(jīng)過以上程序，uClinux 的內(nèi)核編譯全部完成。 構建文件系統(tǒng)構建文件系統(tǒng)就是在物理設備上構建文件組織和目錄，便于系統(tǒng)進行文件的組織和管理，它是 uClinux 系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的基礎條件。uClinux 系統(tǒng)的所有有效數(shù)據(jù)，包括用程序、庫、系統(tǒng)文件和用戶文件都按照目錄存放在文件系統(tǒng)中。uClinux 系統(tǒng)的文件系統(tǒng)，在組織上按照樹狀結構的方式進行組織，也就是頂部是根目錄，從根向下進行分支，通常把文件系統(tǒng)的最頂端成為根目錄。uClinux 系統(tǒng)通常只有一個文件樹，這個文件樹以樹根“/”作為起點，其它的文件和外部設備按照樹的形式，掛結在這個文件樹上 [25]。uClinux 根目錄下可以見到以下結構：/bin/home/etc/mnt/lost+found/tmp /dev/sbin /var /boot /root/lib /proc /usr設計中選擇的 ROMFS 文件系統(tǒng)，主要是考慮到系統(tǒng)的存貯結構。因為這種文件系統(tǒng)的內(nèi)核比較小，通常情況下只有 4000 字節(jié)左右，可以有效的節(jié)約系統(tǒng)的資源。內(nèi)核在連接的時候，只需要連接到 ROMFS 文件系統(tǒng)，后面用模塊裝載工具把其它相關的模塊和文件系統(tǒng)裝載進來，而不是所有的文件和模塊全部掛接。 ROMFS 文件系統(tǒng)的底層結構也是非常的簡單，也可以用來進行塊設備的操作。ROMFS 文件系統(tǒng)的構成，它的文件系統(tǒng)頭由 16 字節(jié)組成，文件系統(tǒng)名由 4 字節(jié)組成，文件系統(tǒng)的大由 4 字節(jié)組成，其次還有 4 字節(jié)的校驗和 4 字節(jié)的卷標名。然后就是文件的頭和數(shù)據(jù)了，文件頭也是由 16 字節(jié)組成，開始的是文件模式信 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 24 頁息，通常占用 4 比特的，后面的 28 比特，是這樣分配的：4 字節(jié)為下后一個文件的地址偏移量，4 字節(jié)為文件的鏈接信息、4 字節(jié)為文件大小、4 字節(jié)為文件的校驗和。從后面的第 16 字節(jié)開始，顯示的是文件名和相關其數(shù)據(jù) [26]。ROMFS 是一種只讀的文件系統(tǒng)，由于它是只讀的，就決定了這個文件系統(tǒng)是非常小的。如果設計中需要一種可寫的文件系統(tǒng)，那么，就需要尋找一種可以在RAM 上使用的可寫文件系統(tǒng)。在設計中，根據(jù)需要選擇了 RAMFS 文件系統(tǒng)，這種文件系統(tǒng)可以用于 RAMDISK 文件系統(tǒng)的寫操作，它與 CRAMFS 的結合可以適合大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的需求。制作 ramdisk 具體步驟如下 [27]：一般在內(nèi)核編譯時，支持 ramdisk 的內(nèi)核選項：CONFIG BLK DEV RAM,CONFIG RD RELEASE BLOCKS, CONFIG BLK DEV IlVITRD：同時在 PC 機上按照如下的方法來制作：（1）制作映象文件建立虛擬成塊的文件 執(zhí)行命令：dd if=/dev/zero of= bs=1024 count=500格式化生成的塊設備： 文件執(zhí)行命令：mke2fs –m0 –F （2）配置根文件系統(tǒng)，將 和 加載到主機文件系統(tǒng)執(zhí)行命令：mount ram /o loop執(zhí)行命令：mount rom/o loop建立在 ramfs 中需要的目錄，也就是在 ram 目錄下建立子目錄。執(zhí)行命令：mkdir ram/bin執(zhí)行命令：mkdir ram/dev執(zhí)行命令：mkdir ram/etc執(zhí)行命令：mkdir ram/var拷貝必須的文件到 ramfs 中執(zhí)行命令：cp –a rom/etc/* ram/etc/執(zhí)行命令：cp –a rom/bin/sh ram/bin/執(zhí)行命令：cp –a rom/bin/init ram/bin/int創(chuàng)建設備節(jié)點：執(zhí)行命令： mknod ram/dev/ttS0 c 4 64執(zhí)行命令： mknod ram/dev/console c 51執(zhí)行指令的說明：第一條指令創(chuàng)建設備 ttyS0,即第 0 個串口設備，主設備的號為 4，從設備的號為 64，第二條指令是建立字符設備 console,即控制 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 25 頁臺，主設備號為 5 從設備號為 1。最后卸載 和 的修改已經(jīng)保存。執(zhí)行命令： umount ram執(zhí)行命令： umount rom到此 RAM DISK 制作完畢。內(nèi)核編譯和文件系統(tǒng)構建完成以后通過網(wǎng)絡 FTP 的方式把 和 ramdis下載到開發(fā)板上，這樣完成了 uClinux 的移植。. PC 機上的程序設計 嵌入式 TCP /IP 分析 在目前的網(wǎng)絡協(xié)議中，TCP/IP 是應用最廣泛的網(wǎng)絡協(xié)議。 TCP/IP 的核心是分層的思想，它可以將不同的芯片、系統(tǒng)之間通過一種標準的協(xié)議相互連接起來，做到互聯(lián)互通。需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式進行傳輸，這也是 TCP/IP 傳輸?shù)囊粋€基本單位。通常情況下，在嵌入式系統(tǒng)的應用中，數(shù)據(jù)的采集和傳輸是是核心的任務和功能。對于嵌入式系統(tǒng)來說，需要根據(jù)系統(tǒng)的特點以及需要完成的功能，靈活選擇相應的協(xié)議，因為嵌入式系統(tǒng)的資源畢竟有限，處理器的速度和 PC 機相比，還是有很大的差距。同時，存貯的空間也是相對有限，需要的協(xié)議可以選擇，不需要的協(xié)議可以裁減掉，這也是嵌入式系統(tǒng)最大的特點。選擇了相應的協(xié)議后，還要根據(jù)系統(tǒng)的功能和需求，進行相應的分析，特定問題特定處理，這也是嵌入式系統(tǒng)的一個特點。根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的大小，以及傳輸?shù)乃俣鹊葐栴}，可以采取特別的收發(fā)方式。嵌入式系統(tǒng)的 TCP/IP 協(xié)議棧主要包含 ARP 協(xié)議 IP 協(xié)議，ICMP 協(xié)議，TCP 協(xié)議以及 UDP 協(xié)議等。ARP 主要的功能是進行地址的解析，獲取數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢淼刂?。因為嵌入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)是按照地址進行存貯的，當一個嵌入式系統(tǒng)上的 IP 地址的 ARP 被上傳到網(wǎng)絡上，就會收到一個應答，這個應答確認物理地址，找到物理地址后，就會找到相應需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并進行傳輸。也就是說，ARP 協(xié)議解決服務器端和客戶端在通信的時候 IP 地址物理地址轉換。IP 協(xié)議主要用于網(wǎng)絡之間的相互連接，規(guī)定了進行網(wǎng)絡連接時各個系統(tǒng)之間必須相互遵守的規(guī)則。在 IP 進行數(shù)據(jù)傳輸時，對傳輸?shù)?IP 數(shù)據(jù)包進行定義，進行數(shù)據(jù)包的封裝時，還包括需要傳輸數(shù)據(jù)的目的地址，數(shù)據(jù)協(xié)議的版本號等。最后還要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行校驗，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。在 IP 協(xié)議中，給每個每臺設備一個地址，這個地址是唯一的，在傳輸過程中，相互傳輸數(shù)據(jù)的設備根 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 26 頁據(jù) IP 地址就可以找到對方，同時把 IP 包解析出來，得到需要的數(shù)據(jù)。ICMP 是一個報文協(xié)議，因為在 TCP/IP 傳輸過程中需要傳輸一些控制信息，也就是網(wǎng)絡是否堵塞或者暢通，以及路由的相關信息等。它可以提供一個簡單易懂的網(wǎng)絡出錯的信息，通常使用的 PING 命令就是基于 ICMP 協(xié)議的。TCP 協(xié)議是傳輸層在連接過程中應用的協(xié)議，它是整個 TCP/IP 的核心。TCP協(xié)議一般要通過“三次握手”的方式建立連接。TCP 協(xié)議起到承上啟下的作用，與底層和高層的協(xié)議進行通訊，以確保整個系統(tǒng)能夠有效的連接并能夠和其它系統(tǒng)可以進行數(shù)據(jù)傳輸。 嵌入式 TCP/IP 設計TCP/IP 協(xié)議比較復雜，因為嵌入式設備的資源和效率都是夠用就好，因此在嵌入式系統(tǒng)上面來設計一個 TCP/IP 協(xié)議要受到相應的限制 [28]。論文在設計的TCP/IP 框架的時候，考慮到相關的技術要求和需求，設計了一個最有效的框架，它能完成特定的功能，協(xié)議框架如下圖 所示。圖 嵌入式 TCP/IP 框架對于 TCP 連接，嵌入式系統(tǒng)需要把傳遞的數(shù)據(jù)、參數(shù)等存入指定的位置中，完成一次簡單的數(shù)據(jù)服務。TCP 服務器端，通過三次握手建立連接，此時，嵌入式系統(tǒng)為被動方，功能是監(jiān)聽服務器的狀態(tài)，處于被動打開后的 listen 狀態(tài)，等待對方發(fā)起連接。收到 SYN 數(shù)據(jù)片后，發(fā)出 SYN+ACK 數(shù)據(jù)片并確認收到對方的 SYN，然后，更改狀態(tài)為 SYN_ RECEIVED。最后接收到發(fā)送端返回的一個包含 ACK 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 27 頁的空數(shù)據(jù)片，至此，完成了三次握手，進入 ESTABLISHED 狀態(tài)，發(fā)送端和服務器端就可以進行 TCP 數(shù)據(jù)通訊。嵌入式系統(tǒng)在第一次建立連接時，初始化序列號。隨后，系統(tǒng)不會記憶 TCP連接的序列號，根據(jù)發(fā)送端發(fā)包中的值來確定序列號，重復報文不能識別，對重復的報文照常回應。設計中，嵌入式服務器響應客戶端的請求時，不考慮失序問題，接收一個發(fā)送一個確認回答。