【正文】 應(yīng) 用 程 序系 統(tǒng) 調(diào) 用用 戶 態(tài)驅(qū) 動 程 序硬 件 接 口 / 總 線內(nèi) 核 態(tài) 圖 驅(qū)動程序運行原理 Linux 中的大部分驅(qū)動程序，是以內(nèi)核模塊的形式編寫的，內(nèi)核模塊是 Linux 內(nèi)核向外部提供的一個接口。應(yīng)用層通過系統(tǒng)調(diào)用進入內(nèi)核層，內(nèi)核層根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號來調(diào)用驅(qū)動程序?qū)?yīng)的接口函數(shù)。從本質(zhì)上講設(shè)備驅(qū)動程 序主要負(fù)責(zé)硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫、參數(shù)配置與中斷處理。每個硬件模塊在嵌入式開發(fā)中稱為設(shè)備，每個設(shè)備想要 運行都要在 Linux 內(nèi)核中編寫設(shè)備驅(qū)動程序。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 本章小結(jié) 本章主要介紹了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺搭建過程。 ? /tmp 存放臨時文件，通常是空目錄，一些需要生成臨時文件的程序用到的 /tmp 目錄【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 ? /mnt 存放臨時掛載某個文件系統(tǒng)的掛接點，通常是空目錄，也可以在里面創(chuàng)建一引起空的子目錄，比如 /mnt/cdram /mnt/hda1 。 ? /usr 存放的是共享、只讀的程序和數(shù)據(jù)，這表明 /usr 目錄下的內(nèi)容可以在 多個主機間共享，這些主要也符合 FHS 標(biāo)準(zhǔn)的。 ? /home 系統(tǒng)默認(rèn)的用戶文件夾，它是可選的，對于每個普通用戶，在 /home 目錄下都有一個以用戶名命名的子目錄，里面存放用戶相關(guān)的配置文件。 ? /lib 存放共享庫和可加載（驅(qū)動程序），共享庫用于啟動系統(tǒng)。下面做簡單介紹： ? /bin 存放 root 與普通賬號的命令，由于這些命令在掛接其他文件系統(tǒng)之前就可以使用，所以 /bin 目錄和根文件系統(tǒng)在同一個分區(qū)中。這些存放在同一個分區(qū)中的基本且必需的文件合起來稱為根文件系統(tǒng)。 根文件系統(tǒng)，是 Linux/Unix 系統(tǒng)啟動的一個重要的組成部分，也是操作系統(tǒng)正常工作的必要組成部分。這種機制有利于用戶和操作系統(tǒng)的交互。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 在 /arch/arm/boot 目錄下生成 Linux 內(nèi)核映像文件 zImage。首先把內(nèi)核代碼解壓安裝 在 工 作目 錄 /opt/FriendlyARM/mini2440 ， 進 入 內(nèi) 核代 碼根 目 錄， 執(zhí) 行“ cp config_mini2440_t35 .config_t35‖使用缺省的配置文件。一套基于 Linux內(nèi)核的完整操作系統(tǒng)叫作 Linux 操作系統(tǒng)，或是 GNU/Linux?！皟?nèi)核”指的是一個提供硬件抽象層、磁盤及文件系統(tǒng)控制、多任務(wù)等功能的系統(tǒng)軟件。該計劃開始于 1991 年，在計劃的早期有一些 Minix 黑客提供了協(xié)助，而今天全球無數(shù)程序員正在為該計劃無償提供幫助。它是一個用 C 語言寫成，符合 POSIX標(biāo)準(zhǔn)的類 Unix 操作系統(tǒng)。在此不用自己來移植 bootloader。盡管如此，一些功能強大、支持硬件環(huán)境較多的 BootLoader 也被廣大的使用者和愛好者所支持，從而形成了一些被廣泛認(rèn)可的、較為通用的的 bootloader 實現(xiàn)。 bootloader位于最底層，首先被運行來引導(dǎo)操作系統(tǒng)運行，很容易可以看出 bootloader 是底層 程序所以它的實現(xiàn)嚴(yán)重地依賴于硬件，特別是在嵌入式世界。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 圖 空間分配結(jié)構(gòu)圖 BootLoader 介紹 簡單的說 bootloader 是一段程序，它的作用就是加載操作系統(tǒng)， BootLoader（引導(dǎo)加載程序）是系統(tǒng)加電后運行的第一段軟件代碼 [12]。 （ 3） 文件系統(tǒng)，包括了系統(tǒng)命令和應(yīng)用程序。 嵌入式軟件開發(fā)層次 本設(shè)計的軟件系統(tǒng) 一個嵌入式 Linux 系統(tǒng)從軟件角度來看可以分為三個層次： （ 1） 引導(dǎo)加載程序，包括固化在固件中的 boot 程序 (可選 )，和 Bootloader 部分兩大部分。 ? 最后啟動 NFS 服務(wù)。 必須解壓安裝好 root_qtopia 目標(biāo)板文件系統(tǒng)包。下面介紹 NFS 服務(wù)器的安裝和配置。通過使用 NFS，用戶和程序可以像訪問本地文件一樣訪問別的系統(tǒng)上的文件。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 之前的系統(tǒng)，要使用不同的編譯器版本才能正常編譯各個部分，因此要在開發(fā)過程不斷切換設(shè)置，這十分不利于初學(xué)者使用，也降低了開發(fā)的效率；自從 開始 (Mini2440 所配內(nèi)核已為最新的 )，我們把交叉編譯器統(tǒng)一為，下面是它的安裝設(shè)置步驟。此次設(shè)計用開發(fā)板自動的 armqtopia 設(shè)計 qt 運行界面。首 先安裝 vmware并下載 鏡像，安裝好 Fedora 操作系統(tǒng)。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 本章小 結(jié) 本章通過對智能家居的分析，確定了系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計，然后針對其方案進行軟硬件選型。系統(tǒng)主要采用 C 語言作為基本開發(fā)語言，在嵌入式開發(fā)中，語言的可移植性很重要。 CRAMFS 文件系統(tǒng)是專門針對閃存（如 NorFlash)設(shè)計的只讀壓縮的文件系統(tǒng)，采用實時解壓縮方式，小巧且速度快。目前， Mini2440 開發(fā)板支持 Yaffs2。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 在版本方面，選擇 內(nèi)核的 arm linux，該內(nèi)核在原有內(nèi)核的基礎(chǔ)上進行了一定程度的裁減，同時也是專門支持 ARM 系統(tǒng)芯片的 Linux 版本，這也為后期的進一步裁減做好了鋪墊的工作。 Linux 作為一款開源軟件，具有功能強大，與硬件兼容性好， 可任意裁減等諸多特點，同時在 Linux 系統(tǒng)下支持很多開源軟件，在一定程度上減小了開發(fā)的難度。操作系統(tǒng)的主要目的是方便開發(fā)友好的人機界面，縮短開發(fā)周期，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于操作系統(tǒng)多數(shù)是采用西文方式，是否支持雙字節(jié)編碼方式，是否遵循 GBK， GB18030 等各種國家標(biāo)準(zhǔn)，是否支持中文輸入與處理，是否提供第三方中文輸入接口是針對國內(nèi)用戶的嵌入式產(chǎn)品的必需考慮的重要因素。 （ 6） 中文內(nèi)核支持。 Linux 免費， WinCE 等商業(yè)系統(tǒng)需要支付許可證使用費，但這都不是問題的答案。成本是所有產(chǎn)品不得不考慮的問題。 Linux 由于其源代碼開放的天生魅力，在定制能力方面具有優(yōu)勢。信息產(chǎn)品不同于傳統(tǒng) PC 的 Wintel 結(jié)構(gòu)的單純性，用戶的需求是千差萬別的，硬件平臺也都不一樣，所以對系統(tǒng)的定制能力提 出了要求。而這就要求有一個高性能、高可靠的 GUI 的支持。其它有些實時操作系統(tǒng)由于比較封閉，開發(fā)時可以利用的資源比較少，因此多數(shù)功能需要自己獨立開發(fā)，從而影響開發(fā)進度。產(chǎn)品開發(fā)不同于學(xué)術(shù)課題研究，它是以快速、低成本、高質(zhì)量的推出適合用戶需求的產(chǎn)品為目的的。很難設(shè)想開發(fā)一個嵌入式瀏覽器而僅能在某一特定環(huán)境下應(yīng)用，反過來說，當(dāng)產(chǎn)品與平臺和操作系統(tǒng)緊密結(jié)合時，往往你的產(chǎn)品的特色就蘊含其中。良好的軟件可移植性，可以在不同平臺、不同系統(tǒng)上運行，跟操作系統(tǒng)無關(guān)。也就是平臺無關(guān)性。 Linux 出現(xiàn)時間較早， 現(xiàn)成資源 較多 。制定產(chǎn)品時間表與選擇操作系統(tǒng)有關(guān)系，實際產(chǎn)品和一般演【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 一般而言，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時，可以遵循以下原則 [9]。目前，網(wǎng)絡(luò)上研究 WinCE 的開發(fā)團隊越來越多，其資源也逐漸豐富起來，可以說是新的趨勢。 Windows CE 為工作、家庭及其間的任何一部分開啟了動態(tài)的、嶄新的開發(fā)遠景。但由于 PalmOS 采用開發(fā)式架構(gòu)，全球有很多 PlamOS 用戶都投入到其軟件開發(fā)工作中，使其應(yīng)用軟件非 常豐富，這也成為 PlamOS 操作系統(tǒng)成功的一個重要因素之一。從 1996 年 4月 發(fā)布至今， PlamOS 逐步鞏固了其在 PDA 市場上的霸主地位。 ? PalmOS 在個人數(shù)字助理（ PDA）市場上， PalmOS 全球知名、使用人數(shù)最多的 PDA 操縱系統(tǒng)。 VxWorks 采用 GNU 類型的編譯和調(diào)試器，它的大多數(shù) API 函數(shù)都是專有的。 VxWorks 支持各種主流的 32 位處理器，如 X8 Motorola MC68xxx、 Clodfile、PowerPC、 MIPS,ARM 等。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。它的內(nèi)核本身并不支持文件系統(tǒng)，但它具有良好的擴展性能，如果需要的話可以自行加入。μ C/OSII 是一種免費、開放源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、基于可搶占優(yōu)先級調(diào)度的實時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時間管理、任務(wù)間同步與 通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。 目前，網(wǎng)絡(luò)上無論是研究 Linux 操作系統(tǒng)還是研究嵌入式 Linux 的開發(fā)團隊都有很多，各種相應(yīng)的程序以及文檔也比較豐富。 （ 5） 廣泛的硬件支持： 支持 x8 ARM、 MIPS 等多種 體系結(jié)構(gòu)。 （ 2） 優(yōu)秀的開發(fā)工具 :嵌入式 Linux 提供了一套完整的工具鏈 （ 3） 免費，開發(fā)源代碼： Linux 是開發(fā)源碼的自由操作系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要方便對內(nèi)核進行修改和優(yōu)化。商品化嵌入式操縱系統(tǒng)大都沒有公開其核心源代碼 [7]，這種源代碼的封閉性大大限制了開發(fā)者的積極性，當(dāng)前國家隊研制自主核心源代碼大力支持，為源碼開發(fā)的 Linux 的推廣提供了廣闊的發(fā)展前景。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ ? 嵌入式 Linux Linux 是 1991 年由荷蘭人 LinusTorvalds 發(fā)明的，從誕生到現(xiàn)在的短短幾十年時間，Linux 已經(jīng)發(fā)展成為一個 功能強大、設(shè)計完善的操作系統(tǒng)，不僅在通用操作系統(tǒng)領(lǐng)域與Windows 等商業(yè)系統(tǒng)分庭抗?fàn)?，而在在新興的嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域也獲得了飛速的發(fā)展。 ARM 的 I/O 口輸出電壓高電平為 ，直接接上繼電器后電平被拉低，無法控制繼電器的閉合。一個典型簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)就是繼電器的驅(qū)動。 圖 繼電器原理圖 ARM 是一個弱電器件 ,一般情況下它們大都工作在電壓為 5V 甚至更低、驅(qū)動電流在 mA 級以下，而要把它的輸出用于一些大功率場合，比如控制步進電機，很顯然是不可行的。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 繼電器 由于家電電器工作電壓是 220V，而單片機工作電壓是 5V，因而監(jiān)控家電時需要引入繼電器。本設(shè)計采用獨立按鍵模式，連接好電路后給芯片的 23 腳一個電平信號即 可播放提前錄好的聲音。芯片內(nèi)有存儲管理系統(tǒng)來管理多段語音，這樣在獨立按鍵模式下也能進行多段語音錄放。 ISD1760 語音芯片 語音報警部分采用 isd1760 語音芯片來完成 。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 圖 光電傳感器引腳圖 光電傳感器簡單易用，正確接好線之后輸入 高電平，當(dāng)檢測到有障礙物時會一直輸出低電平信號。 本設(shè)計試圖把光電傳感器安裝在家庭保險柜或其他重要的財產(chǎn)出，當(dāng)小偷或其他非家庭主人試圖靠近保險柜等重要財產(chǎn)處能自動觸發(fā)語音報警，從而達到防盜的目的。光電傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。 MQ2 的主要特征如下： ? 工作溫度： 10℃～ +50℃ ? 報警濃度： ～ %FT ? 工作濕度： 10～ 90% ? 工作電源： 12VDC/9VDC ? 信號輸出：常開 /常閉 ? 安裝方式：吸頂 ? 外殼：阻燃樹脂 ? 產(chǎn)品尺寸：直徑 105mm 厚度 32mm 圖 MQ2 引腳接線圖 根據(jù) MQ2 的工作原理（其電導(dǎo)率隨著氣體濃度的增大而增大，其電阻是電導(dǎo)率的倒數(shù)，所以隨著煙霧濃度的增大其電阻是減小的）并且參考圖 MQ2Datasheet 上的測試電路，在根據(jù)圖 的電路圖，可以得到 煙霧傳感器的輸出電壓如式 所示。 MQ2 氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變 化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 圖 DS18B20 引腳電路圖 MQ2 煙霧傳感器 MQ2 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。 DS18B20 與 ARM 處理器的接口十分簡單，只需要將 DS18B20 的信號線與控制線的一位雙向端口連接即可。 （ 2） GND 為電源地。 ? PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接。 ? 測溫范圍 55℃ ~+125℃，固有測溫分辨率為 ℃。 ? 測量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 如下： ? 全數(shù)字轉(zhuǎn)換及輸出。 DS18B20 以超小的體積、超低的硬件開銷，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便， 封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 下面圖 是 TC35 模塊和 max232 串口轉(zhuǎn)換電路。 ? 串口通訊波特率： 300bps...115kbps 。 ? 通訊接口： RS232（指令和數(shù)據(jù)的雙向傳送 ）。 ? 短信息： MT, MO, CB 和 PDU 模式 。 ? SI