【正文】 一般來(lái)說(shuō)， Linux 系統(tǒng)將設(shè)備分為 3 種類(lèi)型：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備。采用可加載模塊方式可以讓驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行更加靈活，也更便于調(diào)試。 Linux 內(nèi)核本身就是一個(gè)單內(nèi)核，具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，也具有可擴(kuò)展性和可維護(hù)性差的缺陷，模塊機(jī)制就是為了彌補(bǔ)這一缺 陷而設(shè)計(jì)的。 Linux 驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行的原理 如圖 所示。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是 操作系統(tǒng)的一部分，通常運(yùn)行在內(nèi)核層。所謂設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就是控制與管理硬件設(shè)備數(shù)據(jù)收發(fā)的軟件，它是應(yīng)用程序與硬件設(shè)備溝通的橋梁。 20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第 4 章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 本智能家居系統(tǒng)分幾個(gè)模塊組成： GSM 遠(yuǎn)程控制模塊，溫度、煙霧數(shù)據(jù)采集模塊，具有語(yǔ)音提示功能的密碼鎖防盜功能模塊，預(yù)防小 孩墜樓模塊。 本章小結(jié) 本章主要介紹了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建過(guò)程。用來(lái)臨時(shí)掛載光盤(pán)、移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備等。 ? /var 存放可變的數(shù)據(jù)，比如 spool目錄（ mail,news）， log 文件，臨時(shí)文件。 ? /root 存放系統(tǒng)管理員（ root）的主文件夾的，即是根用戶(hù)的目錄。運(yùn)行根文件系統(tǒng)中的可執(zhí)行程序。 ? /sbin 存放系統(tǒng)命令，只有系統(tǒng)管理員（ root）能夠使用的命令，系統(tǒng)命令還可以存放在 /usr/sbin,/usr/local/sbin 目錄下， /sbin 目錄中存放的是基本的系統(tǒng)命令，它們用于啟動(dòng)系統(tǒng)和修復(fù)系統(tǒng) 等 ? /etc 存放著系統(tǒng)主要的配置文件，例如人員的賬號(hào)密碼文件、各種服務(wù)的其實(shí)文件等。根文件系統(tǒng)的基本目錄結(jié)構(gòu)一般包括： /bin， /sbin， /etc， /proc， /dev， /bin， /usr， /lib， /tmp 等，如有需要可再添加。 Linux 要在一個(gè)分區(qū)上存放系統(tǒng)啟動(dòng)所必需的文件，如 Init 進(jìn)程、系統(tǒng)配置文件、文件系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等等的工具集、鏈接庫(kù)等等。在 Linux 中沒(méi)有文件系統(tǒng)的話(huà)，用戶(hù)和操作系統(tǒng)的交互也就斷開(kāi)了，所有應(yīng)用用戶(hù)程序，都沒(méi)有辦法運(yùn)行。 根文件系統(tǒng) 文件系統(tǒng)是對(duì)一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行組織的機(jī)制。首先把內(nèi)核代碼解壓安裝 在 工 作目 錄 /opt/FriendlyARM/mini2440 ， 進(jìn) 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(gè)提供硬件抽象層、磁盤(pán)及文件系統(tǒng)控制、多任務(wù)等功能的系統(tǒng)軟件。該計(jì)劃開(kāi)始于 1991 年，在計(jì)劃的早期有一些 Minix 黑客提供了協(xié)助，而今天全球無(wú)數(shù)程序員正在為該計(jì)劃無(wú)償提供幫助。它是一個(gè)用 C 語(yǔ)言寫(xiě)成，符合 POSIX標(biāo)準(zhǔn)的 類(lèi) Unix 操作系統(tǒng)。在此不用自己來(lái)移植 bootloader。盡管如此，一些功能強(qiáng)大、支持硬件環(huán)境較多的 BootLoader 也被廣大的使用者和愛(ài)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(shí)現(xiàn)。 bootloader位于最底層，首先被運(yùn)行來(lái)引導(dǎo)操作系統(tǒng)運(yùn)行，很容易可以看出 bootloader 是底層程序所以它的實(shí)現(xiàn)嚴(yán)重地依賴(lài)于硬件，特別是在嵌 入式世界。一個(gè)同時(shí)裝有 BootLoader、內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)、內(nèi)核映像和根文 件系統(tǒng)映像的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備的典型空間分配結(jié)構(gòu)圖如圖 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 22 圖 空間分配結(jié)構(gòu)圖 BootLoader 介紹 簡(jiǎn)單的說(shuō) 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(yùn)行的第一段軟件代碼 [12]。 （ 2） linux 內(nèi)核，特定于嵌入式平臺(tái)的定制內(nèi)核。 在命令行下運(yùn)行以下命令即可： /etc/。接著在 Fedora 的終端上運(yùn)行命令 gedit /etc/exports ，編輯 nfs 服務(wù)的配置文件，添加以下內(nèi)容/opt/FriendlyARM/mini2440/rootfs_qtopia_qt4 * （ rw,sync,no_root_squash ）， 其 中/opt/FriendlyARM/**/rootfs_qtopia_qt4 表示 nfs 共享目錄。 ? 首先安裝 NFS 服務(wù)器 一般情況下系統(tǒng)默認(rèn)按照好 NFS 服務(wù)，系統(tǒng)不默認(rèn)安裝的話(huà)，只需要下載兩個(gè)安裝包安裝即可： ? nfsutils*(包括基本的 NFS 命令與監(jiān)控程序 ) ? portmap*(支持安全 NFS RPC 服務(wù)的連接 ) ? 接著需要共享 Linux 系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)板目錄。 在嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境中，通過(guò) NFS 服務(wù)器，可以把 NFS 作為根文件系統(tǒng)來(lái)啟動(dòng)開(kāi)發(fā)板，通過(guò)使用 NFS 作為根文件系統(tǒng)，不僅使開(kāi)發(fā)板的“硬盤(pán)”變得很大，還可以減少程序燒寫(xiě)的次數(shù)，提供程序開(kāi)發(fā)速度 [11]。 20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 配置網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) NFS NFS 是 Network File System 的簡(jiǎn)寫(xiě)，即網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)， NFS 允許一個(gè)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上與他人共享文件。 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(gè)部分，因此要在開(kāi)發(fā)過(guò)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(kāi)發(fā)的效率；自從 開(kāi)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(jì)用開(kāi)發(fā)板自動(dòng)的 armqtopia 設(shè)計(jì) qt 運(yùn)行界面。首先安裝 vmware并下載 鏡像，安裝好 Fedora 操作系統(tǒng)。首先確定了 SAMSUNG 公司的 32 位 RISC 處理器 S3C2440 作為微控制器芯片；其次是介紹本智能家居各模塊所使用到的硬件 設(shè)備 ， 接著介紹幾種嵌入式操作系統(tǒng) 和選擇嵌入式操作系統(tǒng)的依據(jù)， 最后確定了適合 CPU 的最佳嵌入式操作系統(tǒng) 。因?yàn)?Linux 是用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的，對(duì) C 語(yǔ)言有良好的函數(shù)庫(kù)的支持，其編譯出的代碼精簡(jiǎn)，具有運(yùn)行速度快和對(duì)底層開(kāi)發(fā)支持好的特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)采用 YAFFS2 文件系統(tǒng)，可以讀寫(xiě)保存。 YAFFS2 是第一個(gè)專(zhuān)門(mén)為 Nandflash 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的嵌入式文件系統(tǒng)，適用于大容量的存儲(chǔ)設(shè)備；并且是 在 GPL（ GeneralPublicLicense）協(xié)議下發(fā)布的，可在其網(wǎng)站免費(fèi)獲得源代碼。 在文件系統(tǒng)方面，目前 FLASH 上常用的文件系統(tǒng)主要有 JFFS CRAMFS、 YaffsROMFS 以及 ROMFS 等。 Linux 作為一款開(kāi)源軟件，具有功能強(qiáng)大，與硬件兼容性好，可任意裁減等諸多特點(diǎn)，同時(shí)在 Linux 系統(tǒng)下 支持很多開(kāi)源軟件，在一定程度上減小了開(kāi)發(fā)的難度。操作系統(tǒng)的主要目的是方便開(kāi)發(fā)友好的人機(jī)界面，縮短開(kāi)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(guó)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(duì)國(guó)內(nèi)用戶(hù)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(fèi)， WinCE 等商業(yè)系統(tǒng)需要支付許可證使用費(fèi)，但這都不是問(wèn)題的答案。成本是所有產(chǎn)品不得不考慮的問(wèn)題。 Linux 由于其源代碼開(kāi)放的天生魅力，在定制能力方面具有優(yōu)勢(shì)。信息產(chǎn)品不同于傳統(tǒng) PC 的 Wintel 結(jié)構(gòu)的單純性，用戶(hù)的需求是千差萬(wàn)別的，硬件平臺(tái)也都不一樣，所以對(duì)系統(tǒng)的定制能力提 出了要求。而這就要求有一個(gè)高性能、高可靠的 GUI 的支持。其它有些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)由于比較封閉，開(kāi)發(fā)時(shí)可以利用的資源比較少，因此多數(shù)功能需要自己獨(dú)立開(kāi)發(fā)，從而影響開(kāi)發(fā)進(jìn)度。產(chǎn)品開(kāi)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(hù)需求的產(chǎn)品為目的的。很難設(shè)想開(kāi)發(fā)一個(gè)嵌入式瀏覽器而僅能在某一特定環(huán)境下應(yīng)用，反過(guò)來(lái)說(shuō)，當(dāng)產(chǎn)品與平臺(tái)和操作系統(tǒng)緊密結(jié)合時(shí)，往往你的產(chǎn)品的特色就蘊(yùn)含其中。良好的軟件可移植性，可以在不同平臺(tái)、不同系統(tǒng)上運(yùn)行，跟操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。也就是平臺(tái)無(wú)關(guān)性。 Linux 出現(xiàn)時(shí)間較早， 現(xiàn)成資源 較多 。 （ 1） 市場(chǎng)進(jìn)入時(shí)間。 選擇嵌入式操作系統(tǒng)的依據(jù) 在選擇軟件開(kāi)發(fā)方式和操作系統(tǒng)的時(shí)候，不僅要考慮到對(duì)硬件系統(tǒng)的支持，還要考慮軟件開(kāi)發(fā)的周期等問(wèn)題。這個(gè)模塊化、可自訂的作業(yè)系統(tǒng)將 Windows 平臺(tái)延伸到桌面之外，到達(dá)更小、更機(jī)動(dòng)性、更特別的裝置之上，然而它的 Windows 血統(tǒng)則確保了它的相容性，并且支援了 更廣泛的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。 ? Windows CE Windows CE 是微軟公司在嵌入式操縱系統(tǒng)市場(chǎng)上的一個(gè)重要的產(chǎn)品，它是一個(gè)開(kāi)放的、可升級(jí)的 32 位操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類(lèi)的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，它可以移植能夠開(kāi)發(fā)多種企業(yè)和客戶(hù)類(lèi)設(shè)備。它的一個(gè)最大的特點(diǎn)就是省電以及系統(tǒng)資源開(kāi)銷(xiāo)較少，速度也很快，但不支持多線(xiàn)程，長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展受到影響。它是由 PDA 操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的先驅(qū)者 Palm Computing 公司開(kāi)發(fā)的。VxWorks 以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍 事、航空航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中。它基于微內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)、整個(gè)系統(tǒng)有四百多個(gè)相對(duì)獨(dú)立、短小精煉的目標(biāo)模塊組成，用戶(hù)可以行剪裁和配置，根據(jù)自己的需要來(lái)選擇適當(dāng)?shù)哪K。 20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 ? VxWorks VxWorks 是美國(guó) WindRiver System 公司開(kāi)發(fā)的一款嵌入式實(shí)時(shí) 操作系統(tǒng)具有良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性，是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的商業(yè)系統(tǒng)。它的內(nèi)核本身并不支持文件系統(tǒng)，但它具有良好的擴(kuò)展性能，如果需要的話(huà)可以自行加入。μ C/OSII 是一種免費(fèi)、開(kāi)放源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、基于可搶占優(yōu)先級(jí)調(diào)度的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)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(wú)論是研究 Linux 操作系統(tǒng)還是研究嵌入式 Linux 的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)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(kāi)發(fā)工具 :嵌入式 Linux 提供了一套完整的工具鏈 （ 3） 免費(fèi)，開(kāi)發(fā)源代碼： Linux 是開(kāi)發(fā)源碼的自由操作系統(tǒng)，用戶(hù)可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要方便對(duì)內(nèi)核進(jìn)行修改和優(yōu)化。商品化嵌入式操縱系統(tǒng)大都沒(méi)有公開(kāi)其核心源代碼 [7]，這種源代碼的封閉性大大限制了開(kāi)發(fā)者的積極性，當(dāng)前國(guó)家隊(duì)研制自主核心源代碼大力支持，為源碼開(kāi)發(fā)的 Linux 的推廣提供了廣闊的發(fā)展前景。三極管具有良好的信號(hào)放大功能，信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管的放大后，再接入繼電器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的控制，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電路的控制 . 軟件系統(tǒng)介紹 幾種嵌入式操作系統(tǒng)的比較 目前市場(chǎng)上流行的嵌入式操作系統(tǒng)比較多 ,下面對(duì)其進(jìn)行性能比較 : 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 16 ? 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(shí)間，Linux 已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè) 功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)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。此處，繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩層意思：一是通過(guò) GPIO 口對(duì)繼電器本身進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器對(duì)于 ARM 來(lái)說(shuō)是一個(gè)功率器件；另一個(gè)就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其它負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，也可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，因此繼電 器驅(qū)動(dòng)就是 ARM 與其塔大功率負(fù)載的接口。因此，就要設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)銜接，這個(gè)銜接環(huán)節(jié)就是“功率驅(qū)動(dòng)”。當(dāng)收到特定的短信要把家電打開(kāi)時(shí)， MCU 通過(guò)打開(kāi)繼電器給插座上電，即可打開(kāi)家電，當(dāng)需要關(guān)閉家電時(shí)，也是通過(guò) 繼電器關(guān)閉家電。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。繼電器是一種控制器件。本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立按鍵模式，連接好電路后給芯片的 23 腳一個(gè)電平信號(hào)即 可播放提前錄好的聲音。芯片內(nèi)有存儲(chǔ)管理系統(tǒng)來(lái)管理多段語(yǔ)音，這樣在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語(yǔ)音錄放。 ISD1760 語(yǔ)音芯片 語(yǔ)音報(bào)警部分采用 isd1760 語(yǔ)音芯片來(lái)完成 。 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 14 圖 光電傳感器引腳圖 光電傳感器簡(jiǎn)單易用，正確接好線(xiàn)之后輸入 高電平，當(dāng)檢測(cè)到有障礙物時(shí)會(huì)一直輸出低電平信號(hào)。它可以用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)等。 ? ?RLsL R LV c VR RV?? (式 ) 光電傳感器 光電傳感器是各種光 電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見(jiàn)紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。使用簡(jiǎn)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(duì)應(yīng)的20xx 屆計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 輸出信號(hào)。 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)。 DS18B2