（测试计量技术及仪器专业论文）网络洗碗机软件技术研究.pdf

摘要 摘要 随着2 l 世纪网络化、信息化、智能化时代的来临，嵌入式设备的网络互联已 经成为必然的发展趋势。本文通过对美的公司现有的w q p l 2 9 3 1 9 洗碗机进行智能 化信息家电的改造，引入智能化信息家电远程监控的概念，在已搭建的基于 s 3 c 4 4 b oa 聊处理器的硬件平台上进行软件系统的深入研究。本着利用有限的资 源，最大程度降低成本的原则，基于u - b o o t + u c l i n u x + m i c r o w i n d o w s + t e l n e t d + b o a 的解决方案，本文实现了一种新型智能化信息家电设备软件系统。 文中讨论整个软件系统的实现。首先，从软件工程学的角度对系统需求进行 了可行性分析和整体架构的设计，详细阐述了嵌入式系统软件开发环境的构建方 式，u b o o t 、u c l i n u x 、m i c r o w i n d o w s 、b o a 的移植方法以及u c l i n u x 下以太网卡 驱动和洗碗机控制驱动程序的移植开发方法，并定制了一个基于b u s y b o x 的j f f s 2 类型的l i n u x 根文件系统，其中包含了t e l n e t 服务器的定制。文章最后重点讲述 了洗碗机控制应用程序系统的实现方式。 在测试网络洗碗机实际运行情况时，首先，作者在w i n d o w s 下通过s e c u r e c r t 远程登录工具成功地登录网络洗碗机并执行远程监控操作；其次，通过w i n d o w s 下i n t e r n e te x p l o r e r 成功地访问网络洗碗机监控网页，并出色的完成基于浏览 器的远程监控操作；最后，对网络洗碗机现场直接操作测试，原洗碗机的操作接 口仍然能够正常使用。综合三个方面的实验结果表明，本文开发的网络洗碗机软 件系统已达到了洗碗机的网络化改造目的。 基于成熟而源代码免费开放的网络洗碗机软件系统的实现，对于降低成本、 利用有限资源实现智能化信息家电设备系统提供了有力的依据；为其它远程监控 智能设备软件系统的构建提供了一个比较通用的模型。 关键词：嵌入式系统；u c l i n u x ；信息家电；网络洗碗机； 广东1 = 业大学工学硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r k , i n f o r m a t i o na n di n t e l l i g e n te r a , t h e e m b e d d e ds y s t e mw i t hn e t w o r kh a sa l r e a d yb t ，1 7 , o r n ea l li n e v i t a b l et r e n d a n i m p r o v e m e n to f i n t e l l i g e n ta p p l i c a n c eh a sb e e nm a d e t ow q p l 2 - 9 3 1 9 ，ad i s h w a s h e r o f m i d e ai n c w i t ht h ec o n c e p to f l o n g - d i s t a n c ec o n t r o lo v e ri n t e l l i g e n ta p p l i a n c e ，a d e 印r e s e a r c ha b o u ts o f t w a r es y s t e mh a sb e e n m a d eo nt h eh a r d w a r ep l a t f o r mw h i c h i sb a s e do nt h ep r o c e s s o ro f s 3 c 4 4 8 0 a i m i n gt ol o w e rc o s ta n dh i g h e re f f i c i e n c y , a s o t = 【w a r ep r o j e c to fn e wi n t e l l i g e n ta p p l i a n c eb a s i n go nu - b o o t + u c l i n u x + m i c r o w i n d o w s + t e l n e t d + b o ai sp r o p o s e di nt h et h e s i s 。 t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ei m p l e m e n to ft h ee n t k es o f t w a r es y s t e m i tf i r s t l y d i s c u s s e st h er e q u i r e m e n ta n a l y s i s f e a s i b i l i t ya n a l y s i sa n dg e n e r a ld e s i g no nt h e v i e wo ft h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g a n dt h e nd i s c u s s e st h ei m p l e m e n to f t h eb u i l d i n g e n v i r o n m e n t i ta l s oe x p a t i a t e st h ep o r t i n gp r o c e s so fu - b o o t ，u c l i n u x , m i c r o w i n d o w sa n db o a , c u s t o m i z a t i o no fe t h e r n e tc a r dd r i v e ra n dd i s h w a s h e r c o n t r o l l e rd r i v e r i td e s c r i b e si m p l e m e n to faj f f s 2t y p er o o tf i l es y s t e mb a s e do n t h eb u s y b o xw h i c hi n c l u d i n gt h et e i n e ts c r v e rn a m e dt e l n e t d l a s t l y ，t h ep a p e r d i s c u s s e si m p l e m e n to f i n t e m e td i s h w a s h e ra p p l i c a t i o ns y s t e r a w h e ni n t e r a c td i s h w a s h e ri st e s t e di np r a c t i c e t h ea u t h o rt e i n e t st ot h ei n t e m e t d i s h w a s h e rb ys e c u r e c r to nt h ew i n d o w sx pa n ds u c c e s s f u l l yc o m p l e t e st h e c o n t r o l l i n go p e r a t i o n s t h e 韶1 l l eo p e r a t i o n s a r es u c c e s s f u l l yd o n eb yt h eb r o w s e ro n p c t h ea u t h o ra l s ot e s t st h ec o n t r o l l i n go p e r a t i o n sb yf i e l d w o r k r e s u l t so ft h r e e t e s t i n ge x p e r i m e n t sp r o v et h a ti n t e r n c td i s h w a s h e rd e v e l o p e di nt h i sp a p e rw o r k s w e l li np r a c t i c e i th a sa c h i e v e dt h eg o a lo f h o m ed i s h w a s h e rr e d e s i g n r e a l i z a t i o no f s o f t w a r es y s t e mf o rt h ei n t e r n e td i s h w a s h e r b a s e do nm a t u r ea n d o p e ns o u r c ec o d es h o w su san e ws o l u t i o nt oa c h i e v ei n t e l l i g e n ta p p l i a n c e i ta l s o p r o v i d e sa ne f f i c i e n tt e c h n i c a lm o d e l f o ro t h e rr e m o t em o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m s , a n de m b e d d e dd e v i c e sc o n u n u n i c a t i o nt h r o u g hn e t w o r k a b s t r a c t k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ：u c l i n u x ：i n f o r m a t i o na p p l i a n c e ：i n t e m e t d i s h w a s h e r m 广东- 【业大学工学硕十论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签名： 论文作者签名： 年月日 第1 章绪论 1 1 课题背景及意义 第l 章绪论 由于社会经济文化的发展，人们的消费水品的提高。传统的家电设备不能 满足现代人们快节奏生活方式的需要。人们渴求从繁琐的日常生活中解放出来， 因而对传统的家用电器设备的功能提出来了挑战。 另一方面，日前全自动洗衣机、空调、冰箱和微波炉等这些传统的自动控 制家用电器由于自成一体，无需与其它设备相联，因此各类产品或同类不同品 牌的产品其控制系统一般完全由厂家自行研发。虽然厂家自行研发的控制系统 其硬件冗余最小，在一定生产规模的情况下，有利于降低成本，但这种做法的 弊端也显而易见。其研发周期长、费用高；产品的通用性、互换性、可靠性和 稳定性差；软件对硬件的依赖性大。 嵌入式网络化信息家电是个全新的概念，它是适合在远程测控中使用的家 电，是嵌入式技术、仪器测控技术、网络通信技术、现代计算机技术、微电子 技术深度融合的结果，家电接入i n t e r n e t ，成为i n t e m e t 中的独立节点，使之成 为执行工作与控制任务w e b 站点。这种嵌入式网络化信息家电可以像普通家电 那样按设定程序对相关物理量进行自动工作、控制、存储和显示测量的工作结 果及控制状态；同时具有重要的网络应用特征，经授权的家电使用者，通过 i n t e m e t 可以远程对家电进行功能操作、获取结果并对家电实时监控、设置参数 和故障诊断，控制其在因特网上动态发布信息为所有授权者共享。【l 】 总之，家电进行网络化改变了家电工作的面貌，打破了控制和显示的传统 模式，依靠i n t e m e t 和网络技术。人们就可以有效的控制远程设备，在任何地 方进行采集、任何地方进行分析、任何地方进行显示。另一方面，家电制造商 可通过i n t e m e t 对售出的产品进行监控，如果出现故障，它们会自动发出维修 请求信号，并指出故障部位，从而使售后服务更为迅捷。 1 2 信息家电概述 广东工业大学工学硕士论文 信息家电( i a ，i n f o r m a t i o na p p l i a n c e ) 是计算机( c o m p u t e r ) 、通信 ( c o m m u n i c a t i o n ) 和消费类电子产品( c o n s u m e rp r o d u c t s ) 三者融合的产物，故 亦称3 c 产品嘲。其实质就是将移动通讯设备及传统p c 机中的一些常用功能， 与数字技术和网络技术紧密结合，以简单精巧的形式融入到家电设备中，使其 成为具有视听、信息处理、双向网络通讯等功能的家庭信息终端，故也叫网络 家电。 一个完整的信息家电模型有硬件平台和软件系统两部分组成，可以将其分 为四层，从底向上分别为硬件、底层软件、中间件、应用软件嘲瑚。如图i - i 所示。 应用层 中间层 底层软件 硬件 l下载应用本地应用 i i 实时操作系统硬件驱动程序 图l - i 信息家电的体系结构h f i 晷1 一lt h e a r c h i t e c t u r eo f i n f o r m a t i o n a p p l i a n c e 硬件提供信息家电的硬件平台；底层软件提供操作系统内核以及各种硬件 驱动程序( 多为嵌入式系统应用) ；应用软件包括本机存储的应用和可下载的应 用；中间件将应用软件与依赖于硬件的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具 体的硬件平台。因而中间件是一种将应用程序与低层的操作系统、硬件细节隔 离开来的软件环境。 1 3 信息家电发展现状和发展趋势 1 3 1 国外发展状况 在国际上。信息家电以其功能先进，使用简单，成本低廉的特点迅速发展， 2 第l 章绪论 但也尚处于起步阶段。目前主要集中在发达国家和地区，如西欧的e h s ，e i b ， b a t i b u s ，美国的c e b u s ，b a c n e t ，s m a r t h o u s e ，l o n w o r k s 等等，各种系统 都有自己的特色，各有利弊，尚没有统一的标准，但总体发展趋势是从集中控 制到分布控制，普遍采用总线形式。1 9 9 8 年5 月新加坡举办的“9 8 亚洲家庭电 器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡 模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可 视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入，电话接入、住户 信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和系统软件配爱 等。 这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真正启动尚需时同。目前在新加 坡也有近3 0 个社区( 住宅小区) 近5 0 0 0 户的家庭采用了“家庭智能化系统”，美 国已有近四万户家庭安装了这一类的“家庭智能化系统”，相信到了2 l 世纪将 会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品。目前美国有一种占据市 场主流的产品x - i o ，销售已超过i 亿个，设计户型为单体别墅，应用多为旧房 改造，仅在美国便有超过4 0 0 万个家庭在使用司嘲阴。 1 3 2 国内发展状况 为了抢占市场的先机，国内一些有实力的公司已经开始设计生产、宣传推 介其智能家居方面的产品。这些公司多集中在深圳、广州和北京，如深圳最早 的一批安防产品生产厂家大多都开始了这方面全系列产品的设计生产，但国内 目前并没有一个主导品牌产品，国外产品也由于种种原因并未真正进入中国市 场，这是一个尚未真正开发的庞大市场。这里介绍有代表性的几种系统”： ( 1 ) 科龙集团研制的“智能网络家居系统”科龙集团研制的“智能网络家 居系统”，它由家庭网关、抄表控制器、安防控制器、家电控制器、灯控制器及 家庭总线组成。通过远程互联网，可异地控制家庭设备。可以通过电视机遥控 器就地关灯；空调、冰箱在不同的季节，其控制方法也会随时而变等自适应的 特点。据鉴定委员会专家介绍，该系统按开放服务网关标准系统规范设计，与 未来国际信息家电平台标准接轨，在技术上具有超前性、前瞻性、先进性 ( 2 ) 海信的“智能家居控制系统”电脑所能实现各种功能以外，同时还能够 广东工业大学工学硕士论文 独立担当家庭的”信息家电控制中心“的角色。首先，用户可以通过几乎是一 步到位的简单编排，控制把诸如电视机、空调、v c d ( d v d 、录象机) 、功放等多 种家用电器的控制功能分门别类地储存起来，以便在需要的时候随时调用。 ( 3 ) 清华同方的e h o m e 数字家园它是清华同方基于家庭自动化和建筑自动 化技术，配合相关的网络、计算机、软件技术，为中国家庭及社区提供全方位 的数字化服务。e - h o m e 数字家园包括三个层次，家庭自动化、小区智能化、社 区信息化，目的是使人们的生活工作网络化。 ( 4 ) 卓越3 0 0 0 的“家用电器智能控制”卓越3 0 0 0 ，能将包括电视机、录 像机、v c d ，摄像机、家用空调等在内的全部家用电器通过控制电路联结在一起， 进行集中智能管理，大大提高了家用电器的工作效率和使用效益，成为了用户 家庭中的“家电主管”。 但中国信息家电的发展中面临的挑战：( a ) 至今中国尚无自己的家庭网络软 件行业规范，核心技术仍受制于人；( b ) 未能掌握核心技术，因此无法控制成本， 导致信息家电的成本高居不下，市场价格定位过高，无法被消费大众接受；( c ) 厂商之间缺乏互动，没有形成开放的标准和平台；( d ) 生产技术、管理经验和营 销方式等方面仍面临国际上先进国家的挑战。所以我国的信息家电产业依旧任 重而道远。 1 4 本课题来源及研究内容 本课题是与美的公司合作研发的项目，旨在使传统家用洗碗机不仅具有现 场操控功能，还具有网络通信功能，以迎合未来信息家电的发展趋势。 本文基于源代码免费开放的u - b o o t ，u c l i n u x ，m i c r o w i n d o w s ，b o a ， b u s y b o x 等的解决方案，以u c l i n u x 为软件平台，三星公司高性价比的$ 3 c 4 4 8 0 为硬件平台，开发了网络洗碗机( i n t e r n e td i s h w a s h e r ) 。论文的研究内容主 要包含以下七部分： ( 1 ) 网络洗碗机需求分析和整个系统概念设计； ( 2 ) 网络洗碗机软件系统开发环境的搭建； ( 3 ) u - b o o t 的移植和定制过程的分析和实现； ( 4 ) u c l i n u x 以及r o o t 文件系统的定制和移植过程的分析和实现； i 第l 章绪论 ( 5 ) 以太网卡驱动和洗碗机控制器驱动程序的分析与实现； ( 6 ) m i c r o w i n d o w s 的移植分析与实现； ( 7 ) 网络洗碗机控制应用程序系统的分析与实现。 1 5 本章小结 本章主要就信息家电发展概况、课题研究的来源、课题研究的内容以及 课题研究的意义作了简略的介绍。 5 广东_ 业大学工学硕士论文 第2 章系统需求分析与总体设计 2 1 软件系统需求 作为一款智能家电设备的研究项目，需求主要来自两个方面，一方面市场 需求，一方面是生产厂商。 从市场发展角度，通过阅读关于信息家电设备的发展趋势调查分析资料以 及结合实地调查，了解到作为智能家电设备代表的网络洗碗需要具备如下功能： 1 ) 洗碗机工作的高效性，如：低噪音，省水、省电、省时、省洗 涤剂且洗碗干净； 2 ) 一个性能稳定且满足实时要求的操作系统用于管理整个系统资 源； 3 ) 需要实现远程登录监控或通过w e b 浏览器远程监控： 4 ) 有人性化的人机接口图形界面； 5 ) 系统功能易于升级和进行功能扩展。 从产品设计和制造的方面，课题的合作公司美的洗碗机部门提出的如下要 求： 1 ) 保留原有的现场直接控制操作功能： 2 ) 易于集成到将来智能家庭网络中； 3 ) 成本尽可能的低。 2 2 可行性分析 可行性分析需要考虑的因素比较多，如技术可行性，法律可行性，社会文 化的可行性等。课题主要从技术角度分析已有需求，结合实际经验和现有技术， 从理论上为系统的可否实现做出分析论证。以下是对软件系统需求的可行分析： 洗碗机工作的高效性，如：低噪音，省水、省电、省时、省洗 涤剂且洗碗干净。这部分有美的洗碗机部门负责实现，目前原 w q p l 2 9 3 1 9 洗碗机在工作的高效性方面已得到市场的广泛认可。 6 第2 章系统需求分析与总体设计 一个性能稳定且满足实时要求的操作系统用于管理整个系统资 源现阶段嵌入式系统飞速发展，可选的嵌入式系统相当丰富，有 u c 0 s i i ，e c 0 s ，u c l i n u x ，v x w o r k s 等，他们都能满足网络洗碗机的 要求。 需要实现远程登录监控或通过w e b 浏览器远程监控。通过 t e l n e t 服务器和w e b 服务器易于实现。 有人性化的人机接口图形界面。目前可选的方案比较多，可以 通过l c d 显示图形界面，触摸屏实现输入操作，音频系统实现语音提示 满足这一需求。 系统功能易于升级和进行功能扩展。由于操作系统为上层应用 提供了统一的接口，易于应程序的移植与扩展。u - b o o t 的网络功能， 可实现整个系统远程在线升级。 保留原有的现场直接控制操作功能。易于实现。 易于集成到将来智能家庭网络中。通过以太网络以及家庭网关 可实现与任意其他网络的互联。 成本尽可能的低。系统采用开源代码实现，软件完全免费。硬 件平台为低成本的s 3 c 4 4 8 0 处理器搭建，成本相对较低，满足设计的要 求。 综上，从技术和成本上分析，网络洗碗机系统的实现是完全可行的。 2 3 硬件系统概要设计 当前，基于a r m 核的处理器是业界主要使用的嵌入式硬件平台，其特点是 硬件资源丰富，支持多任务处理，低功耗。目前广泛的应用于手持智能设备、 机顶盒、汽车领域等。其中三星公司的s 3 c 4 4 8 0 是一款采用a r m t t d m i 核低成本 无蛐叫的处理器，在国内外市场上应用广泛，其速度和硬件资源完全可以满足 本课题中智能网络洗碗机控制系统的硬件要求“州“1 。另一方面，由于其对p c b 设计的要求不高，需要的外围电路比较少，可选的电子元器件丰富，能够很好 的实现低成本系统。图2 1 为$ 3 c 4 4 8 0 处理器内部结构图 7 广东t 业大学工学硕士论文 图2 - 1s 3 c 4 4 b o x 内部结构图【 f i g 2 1t h ei n t e r n a la r c h i t e c t t n eo f t h es 3 c 4 4 b o x 网络部分课题选用了r t l 8 0 1 9 a s 作为以太网卡芯片，其特点是，成本比较 低，性能稳定，传输速度能够满足网络洗碗机的应用需要。同时也考虑了将来 网络功能的扩展。人机接口界面部分保留了原洗碗机所带的显示设备和按键面 板的同时，在系统中连接了s t nl e d 设备、触摸屏设备以及音频输出设备，配 合图像和语音提示，更加友好的方便用户使用。图2 - 2 为网络洗碗机硬件的架 构图，更详细的硬件设计信息请参阅郭联金同学的网络洗碗机硬件技术研 究。 i 第2 章系统需求分析与总体设计 图2 - 2 网络洗碗机硬件系统架构 f i g2 - 2 i n t e r n e td i s h w a s h e rh a r d w a r e a r c h i t e c t u 2 4 软件系统概要设计 2 4 1 软件系统架构设计 整个软件系统由u - b o o t ，u c l i n u x ，应用程序组成，如图2 3 所示。 u - b o o t 用来初始化基本的硬件设备并引导u c l i n u x 的运行，一旦系统启动 完毕，u - b o o t 便不再使用，因而其只在系统启动阶段起到辅导作用，图中未画 出u - b o o t 部分另外u - b o o t 也用于操作系统开发阶段的调试和影像文件下载 工作，在场品发布后，也可定制u - b o o t 实现系统固件的远程升级。 u c l i n u xk e r n e l 负责系统资源的管理工作，包括存储器管理，进程管理， 文件管理，网络管理，设备管理。课题中涉及到的设备驱动主要有l c d c o n t r o l l e r 驱动，t o u c hs c r e e nc o n t r o l l e r 驱动，d i s h w a s h e rc o n t r o l l e r 驱动以及e t h e r n e tc a r d 驱动；涉及到的文件系统为j f f s 2 g i c r o w i n d o w s 为用户图形界面管理层( g u i ) ，它为所有用到图形界面的应 用程序提供了统一的窗口管理功能和输入事件管理功能。本课题中用于向s t n l c d 显示屏输出洗碗机的操作提示信息和状态信息，并接收来自t o u c hs c r e e n 的点击信息。 广东t 业大学r 学硕士论文 图2 - 3 网络洗碗机软件系统架构 f i g2 - 3 1 m e r n e td i s h w a s h e rs o f t w a r ea r c h i t e c t t w e d i s h w a s h e rm o n i t o r 为本系统中的核心应用程序，它负责工作有： 1 ) 调用m i c r o w i n d o w s 层，向s t nl c d 显示操作提示信息 和洗碗机状态信息； 2 ) 接收并处理来自m i c r o w i n d o w s 层t o u c hs c r e e n 的输入 事件信息； 3 ) 通过d i s h w a s h e rc o n t r o l l e rd r i v e r 向洗碗机l c d 提 供状态显示信息； 4 ) 接收来自d i s h w a s h e rc o n t r o l l e rd r i v e r 的洗碗机面 板上按键信息； 5 ) 控制洗碗机工作策略； 第2 章系统需求分析与总体设计 6 ) 接收并处理来自d i s h w a s h e rc o m m a n d 的控制消息； 7 ) 接收并处理d i s h w a s h e rc g ia p p l e t 的控制消息； 8 ) 控制音频系统发出语音提示信息。 d i s h w a s h e rc o m m a n d 为t e l n e t 服务器与d i s h w a s h e rm o n i t o r 提供了通讯 接口，它为t e l n e t 服务器功能调用服务，并将控制命令传递给d i s h w a s h e r m o n i t o r ：d i s h w a s h e rm o n i t o r 将操作结果返回给d i s h w a s h e rc o m m a n d ， d i s h w a s h e rc o m m a n d 将输出结果传递给t e l n e t 服务器。 d i s h w a s h e rc g ia p p l e t 的功能与d i s h w a s h e rc o m m a n d 非常相似，只是它 负责将d i s h w a s h e rm o n i t o r 返回的操作结果格式化成动态的w e b 页面，然后发 送w e b 服务器b o a 。 t e l n e t d 为远程设备提供t e l n e t 服务，以便远程控制洗碗机。 b o a 为w e b 服务器，为远程浏览器提供网页服务。 2 4 2 系统存储空间分配”1 神1 ， 系统采用了a m d 的a m 2 9 l v l 6 0 df l a s h 芯片，总存储容量为4 m b ，映射在系 统地址空间的o x 0 0 0 0 0 0 0 0 处。存储空间的分配如图2 - 4 所示，u - b o o t 存放在 f l a s h 的头1 2 8 k b ，u - b o o t 的环境变量以及a c l i n u x 启动参数存放在接下来的 6 4 k b 中，第三部分为1 m b ，用于存放u c l i n u x 内核影像，剩下的2 m b + 8 3 2 k b 为 j f f s 2 文件系统分区，存放各种应用程序和用户数据。 广东1 = 业大学r 【学硕士论文 图2 - 4f l a s h 存储空间分配 f i g2 - 4 f l a s hm e n w o ys p a c ed i s t r i b u t i o n 2 4 3 系统启动流程 整个系统的启动相当复杂，这里主要从宏观的角度描叙系统启动过程，各 模块初始化过程和启动过程将在后续章节详细介绍。 系统上电复位后，$ 3 c 4 4 8 0 从系统地址的0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 处取第一条执行指 令，此处对应着u b o o t 中的复位中断向量，因而进入u b o o t 启动阶段，u b o o t 做处理器和存储器的初始化后，将整个u b o o t 的影像拷贝到s d r a m 的高端 地址并跳转s d r a m 中执行。u - b o o t 做进一步的初始化工作，为u c l i n u x 的运 行做好准备工作。u - b o o t 将u c l i n u x 从f l a s h 中读取并解压到s d r a m 中，并 将u c l i n u x 启动参数拷贝到s d r a m 中制定地址，然后跳转到s d r a m 中u c l i n u x 的执行入口地址开始执行u c l i n u x ，此时u c l i n u x 获得系统的执行控制权，从 s d r a m 中指定地址读取u b o o t 写入的指定启动参数，分析启动参数，跟据参 数要求初始化系统资源。然后创建第一个进程i n i t ，i n i t 初始化文件系统和网络 服务器，如t e l n e t d 和b o a ，最后启动d i s h w a s h e rm o n i t o r ，进入命令等待状态。 1 2 第2 章系统需求分析与总体设计 至此，整个系统的启动过程完成，i n t e r n e td i s h w a s h e r 进入正常的工作状态。图 2 5 示范了整个系统的启动流程。 2 5 本章小结 iu b 0 0 t l 一 ll l c l i n u x k e m d i t e l n e t d 一& b o a id i s h w a s h e r m o n i t o r 图2 - 5 系统启动流程 f i g2 - 5 s y s t e mb o o t i n gf l o w 本章主要讨论了网络洗碗机的需求分析，可行性分析，硬件系统的概要设 计，尤其是软件系统系统的总体架构设计。 广东工业大学1 = 学硕+ 论文 第3 章软件开发环境搭建 与主流软件开发者非常相似，嵌入式系统开发者也需要用到编译器、连接 器、解释器程序、集成开发环境以及诸如此类的其他开发工具。然而，嵌入式 开发者的工具有所不同，因为用来执行应用程序的平台与用来建立应用程序的 平台并不相同。因此，这些工具常被称为跨平台开发工具或简称交叉开发工具。 本章主要讨论课题用到的软件开发环境的搭建方法。 3 1 开发环境简介 课题用到的开发工具都是开源的基于g p l 或g n u 协议的，其主要运行在 l i n u x 或者与l i n u x 类似的环境中，如c g w i n 等。开发主机使用免费的f e d o r a c o r e6 操作系统平台，并在其上启用t f t p 服务器用于下载和烧录d i s h w a s h e r 目标板上可执行程序和文件系统。启用f e d o r ac o r e6 自带的串口登录工具 m i n i c o m 用于显示目标板程序运行状况，并调试运行程序。其次用到了j f l a s h 软件工具，用于在目标板f l a s h 中尚无b o o t l o a d e r 程序的情况下通过l i n u x 主机环境烧录目标板可执行程序b o o t l o a d e r 等。另外还用到了f e d o r ac o r e6 下的f i r e f o x 浏览器，t e l n e t ，v i m 以及w i n d o w s 下的i n t e r n e te x p l o r e r 和 s e c u r e c r t 等工具。本章将对各工具的安装、配置和使用做必要的讨论。 3 2 项目空间建立 综合考虑开发中的编译，调试和排错等工作的方便性，项目开发前在 f e d o r ac o r e6 的根目录下建立了w o r k 目录，并在w o r k 目录下建立项目空间， 具体项目目录安排如表3 - 1 。 表3 - 1 工作目录结构碰j t a b l e3 - 1w o r k i n gd i r e c t o r i e ss t r u c t u r e 1 4 第3 章软件开发环境搭建 当然以上这些目录包含许多子目录。 3 3g n u 跨平台开发工具链安装与配置 为了对任何目标板进行程序的交叉开发，需要将各二进制工具程序集成进 工具链，其中包括如l d ，g a s ，a r ，c 编译器( g c c ) 以及c 链接库( g l i b c ) 。 针对u c l i n u x 的开发工具链可以从u c l i n u x 的官方网站： h t t p ：例u c l i n u x o r g p u b u c l i n u x a r m - e l f - t o o l s 中下载，软件包名为 a r m - e l f t o o l s 一2 0 0 3 0 3 1 4 s h 。以r o o t 用户身份登录f e d o r ac o r e6 ，在 a r m - e l f - t o o l s 一2 0 0 3 0 3 1 4 s h 所在目录输入： 无错误提示表示安转成功。值得说明是安装的工具链中包含c 链接库并不 是g l i b c ，而是u c l i b c ，两者的关系是后者是前者的精简版本，后者更适合处 理器中无m l i u 的嵌入式系统。 3 4 终端仿真程序安装配置 与嵌入式系统的联系，最常见的方式就是在主机端仿真器，通过r s 2 3 2 串 行端口与目标板通信。在l i n u x 上有三种常用的终端仿真程序：m i n i c o m 、c u 和 k e r m i t 在本课题设计中用到的是m i n i c o m ，这是在f e d o r ac o r e6 安装时随 操作系统一起安装的，因而免去了单独安装的步骤，下面主要就其使用配置进 1 5 广东下业大学1 = 学硕士论文 行介绍。 在f e d o r ac o r eg 的终端窗口输入m i n i c o m 及回车键，进入m i n i e o m 主界 面，如图3 - 1 所示： 图3 - 1 运行m i m c o m f i m 3 1r u nm i m c o m 按住c t r l + a 进入设置界面，如图3 2 。 图3 - 2m i m c o m 传输参数设置 f i $ 3 2m i n i c o m p a r a m e t e r e sc o n f i g u r a t i o n 然后根据所提示的快捷键设置相应的参数，如传输波特率等。针对 1 6 第3 章软件开发环境搭建 d i s h w a s h e r 目标板的参数配置如图3 - 3 。 图3 - 3d i s h w a s h e r 目标扳串口参数设置 f i g 3 - 3s e r i a lp o r tp a r a m e t e r ss e t t i n gf o rd i s h w a s h e rb o a r d 设置参数，保存退出即可使用g i n i c o m 。 3 5t f t p 服务器安装配置 t f t p ( 普通文件传输协议或一般文件传输协议) 在网络洗碗机软件系统设 计中用于通过u - b o o t 从开发主机下载u - b o o t 、u c l i n u x 、j f f s 2 文件系统等映 像文件到d i s h w a s h e r 目标板上。 如果主机中没有随操作系统安装t f t p 服务器，可以在： h t t p ：l i n u x s o f t p e d i a c o m p r o g d o w n l o a d t f t p - s e r v e r d o w n l o a d - 1 0 5 7 0 h t m l 下载并安装。然后将配置文件e t c a i n e t d d t f t p 编辑成如图3 - 4 。 图3 - 4 t f t p 服务器配置 1 7 广东t 业大学下学硕士论文 f i g , 3 4t f 即s e r v e rc o n f i g r a t i o n 说明：修改项s e r v e ra r g s = 一s 一c ，其中 处可以改 为t f t p - s e r v e r 的根目录，参数一s 指定c h r o o t ，一c 指定了可以创建文件。这 里设置为s e r v e ra r g s = 一un o b o d y s w o r k i m a g e ，以便匿名登录， t f t p - s e r v e r 的根目录为w o r k i m a g e 。然后在终端运行： 即可启动t f t p 服务器。 3 6n f s 服务器安装配置 n f s 是网络文件系统( n e t w o r kf i l es y s t e m ) 的简称，是分布式计算系统 的一个组成部分，可实现在异种网络上共享和装配远程文件系统。n f s 由s u n 公司开发，目前已经成为文件服务的一种标准( r f c l 9 0 4 ，r f c l 8 1 3 ) 。其最大的 功能就是可以通过网络，让不同操作系统的计算机可以共享数据，所以也可以 将它看做是一个文件服务器( 见图3 - 5 所示) 。n f s 提供了除s a m b a 之外，w i n d o w s 与l i n u x 及u n i x 与l i n u x 之间通信的方法。 一 图3 - 5n f ss e r v e r 和c l i e n tp c 示意图 f i g 3 - 5n f ss e r v e ra n dc l i e n tp c f e d o r ac o r e6 默认安装了n f s 服务器，因此只要求用户配置并启动服务 器即可使用。 如下编辑e t c e x p o r t s 文件： l s 第3 章软件开发环境搭建 此处共享了r o o t f s ，b o o t l d r ，k e r n e l ，s y s a p p s 四个目录，其中r o o t f s 用于d i s h w a s h e r 开发板挂载r o o t 文件系统使用，其他目录为在别的w i n d o w s 主机上使用代码编辑和分析工具而共享然后采用如下命令启动n f s 服务器即 可： 3 7j f i a s h 安装 j f l a s h 是一个通过j t a g 协议烧录f l a s h 程序的小工具，使用l i n u x 下g c c 工具编译成可执行文件，并将其置于目录w o r k t o o l s 下，以备开发中直接使 用j t a g 协议将u - b o o t 影象文件烧写到f l a s h 。 3 8 本章小结 本章主要介绍了课题中用到的开发工具的安装与配置，以及一个交叉编译 环境的搭建方法，为后续工作做好准备。 1 9 广东t 业大学工学硕+ 论文 第4 章u b o o t 移植与定制 对于计算机系统来说，从开机上电到操作系统启动需要一个引导过程。嵌 入式l i n u x 系统同样离不开引导程序，这个引导程序就叫作b o o t l o a d e r 。 4 1b o o ti o a d e r 介绍“2 铂 b o o t l o a d e r 是在操作系统运行之前执行的一段小程序。通过这段小程序， 可以初始化硬件设备、建立内存空问的映射表，从而建立适当的系统软硬件环 境，为最终调用操作系统内核做好准备。 对于嵌入式系统，b o o t l o a d e r 是基于特定硬件平台来实现的。因此，几乎 不可能为所有的嵌入式系统建立一个通用的b o o t l o a d e r ，不同的处理器架构都 有不同的b o o t l o a d e r 。b o o t l o a d e r 不但依赖于c p u 的体系结构，而且依赖于嵌 入式系统板级设备的配置。对于2 块不同的嵌入式板而言，即使它们使用同一 种处理器，要想让运行在一块板子上的b o o t l o a d e r 程序也能运行在另一块板子 上，一般也都需要修改b o o t l o a d