（模式识别与智能系统专业论文）linux嵌入式系统的构建及在数据采集中的应用.pdf

原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得凼苤直太堂及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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谢意。 学位论文作者签名： 日期： 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权 将学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘， 允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论 文。为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者 今后使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意； 若用于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名： 日期： 指导教师签名：膨 日 期：丛狸，! 受；! ? 随着计算机、通信及网络技术的高速发展，嵌入式系统广泛地渗透到各行 各业及人们日常生活的方方面面中。 本文主要构建了一个基于l i n u x 操作系统的嵌入式平台，并开发了应用程 序，使该系统的串口作为一个通用的数据接口，接收来自a d 转换设备的标准 电信号，并实现对电信号的波形绘制功能。 嵌入式平台，选用的是三星公司推出的1 6 位3 2 位r i s c 处理器$ 3 c 2 4 1 0 作为处理器，该处理器主要面向高性价比、低功耗处理器的手持设备。论文主 要涉及以下这些内容： 1 、建立了l i n u x 嵌入式平台包括，构建了嵌入式l i n u x 系统开发环境；引 导程序的移植；l i n u x 内核的移植；文件系统的制作与移植；各驱动程序的移 植；应用程序界面q t o p i a 的移植。 2 、在一块现有的单片机开发板中，实现了a d 数据采集功能和串口通信功 能。 3 、编写了q t e m b e d d e d 环境下的嵌入式应用程序，实现了该系统通过读取 串口数据，并对数据进行波形的描述。 经过测试表明操作系统运行正常，各程序代码也可以正确运行。基本完成 了预期的目标。最后本文给出了一些不足，和以后需要做的工作。 关键字：l i n u x 操作系统，$ 3 c 2 4 1 0 ，数据采集，a r m 9 ，嵌入式系统 p l i e a t i o n d a t a d l i e a t m ni ndt a w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e r , c o m m u n i c a t i o na n dn e t w o r k s t e c h n o l o g y , e m b e d d e ds y s t e m sh a sp e n e t r a t e di n t od i f f e r e n tf i e l d sa n da s p e c t so f d a i l yl i f e t h i st h e s i sb u i l d sap l a t f o r mb a s e do ne m b e d d e dl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m ，a n d d e v e l o p e da p p l i c a t i o np r o g r a m s ，m a k et h es y s t e m ss e r i a lp o r tac o m m o nd a t a i n t e r f a c et or e c e i v es t a n d a r ds i g n a l sf r o mt h ea dc o n v e r s i o nd e v i c e ，a n dt or e a l i z e t h ee l e c t r i c a ls i g n a lw a v e f o r md r a w i n gf u n c t i o n 。 f o re m b e d d e d p l a t f o r m s ，s a m s u n g16 一b i t 3 2 一b i tr i s cp r o c e s s o r $ 3c 2 410i s c h o s e na st h ep r o c e s s o r t h ep r o c e s s o ri sm a i n l yu s e dt od e a lw i t hc o s t e f f e c t i v e ， l o w p o w e rh a n d h e l dd e v i c e s t h et h e s i sm a i n l yi n v o l v e st h ef o l l o w i n ge l e m e n t s ： 1 t h el i n u xe m b e d d e dp l a t f o r mi se s t a b l i s h e d ，i n c l u d i n gt h ee m b e d d e dl i n u x s y s t e md e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ；b o o tp r o c e s sm i g r a t i o n ；l i n u xk e r n e lp o r t i n g ； f i l e s y s t e m c r e a t i o na n dt r a n s f e r ；t h ed r i v e r t r a n s p l a n t a t i o n ；t h eq t o p i a t r a n s p l a n t a t i o no fa p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e 2 i na ne x i s t i n gm i c r o c o n t r o l l e rd e v e l o p m e n tb o a r d ，t h ea dd a t aa c q u i s i t i o n 内蒙古大学硕士学位论文 f u n c t i o n sa n ds e r i a lc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n si sr e a l i z e d 3 a ne m b e d d e da p p l i c a t i o ni sw r i t t e nu n d e rq t e m b e d d e de n v i r o n m e n t ， m a k et h es y s t e mp o s s i b l et or e a dd a t af r o mt h es e r i a lp o r t ，a n dd e s c r i b et h ed a t ai n w a v e f o r i l l a f t e rt e s t i n g ，i ti ss h o w nt h a tt h eo p e r a t i n gs y s t e mr u n sp r o p e r l ya n dt h ec o d e c a nr u nc o r r e c t l y w ec o m p l e t et h e i ri n t e n d e do b j e c t i v e s f i n a l l y , s o m ed e f i c i e n c i e s a n df u t u r ew o r kt h a tn e e d st ob ed o n ea r eg i v e n k e y w o r d s ：l i n u xo p e r a t i n gs y s t e m ，$ 3c 2 4 10 ，d a t aa c q u i s i t i o n ，a r m 9 ， e m b e d d e d s y s t e m 内蒙古大学硕上学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 引言l 1 2 课题研究的背景和意义1 1 3 串行传输数据的特点2 1 4 本文的安排2 第二章a r m 体系结构及s 3 c 2 4 1 0 介绍3 2 1a r m 体系结构介绍3 2 2a r m 产品系列介绍4 2 3 $ 3 c 2 4 1 0 微处理器介绍5 第三章系统硬件平台综述7 3 1 总体结构框架7 3 2 平台硬件介绍8 3 2 1a d c 采集板8 3 2 2 电源模块8 3 2 3 通讯接口9 3 2 4l c d 显示模块1 0 3 2 5 触摸屏接口1 l 3 3 技术指标1 3 第四章嵌入式l i n u x 系统构建1 4 4 1 嵌入式l i n u x 开发流程1 4 4 2 建立嵌入式l i n u x 开发环境1 5 4 2 1 配置网络1 5 4 2 2 配置m i n i c o m 1 8 4 2 3 建立交叉编译环境1 9 4 3b o o t l o a d e r 的选择与移植2 0 4 3 1b o o t l o a d e r 介绍2 0 4 3 2b o o t l o a d e r 的选择2 1 4 3 3v i v i 的配置2 2 2 4 2 5 2 6 2 6 2 7 4 4 3l i n u x 内核文件修改2 7 4 4 4l i n u x 内核裁减2 8 4 4 5l i n u x 内核下载3 0 4 4 6l i n u x 内核启动3 2 4 5l i n u x 文件系统的移植3 3 4 5 1l i n u x 文件系统介绍3 3 4 5 2 移植l i n u x 文件系统3 4 4 6 触摸屏驱动程序的移植3 9 4 6 1l i n u x 设备驱动程序介绍3 9 4 6 2 触摸屏驱动程序的移植3 9 第五章应用程序的实现4 1 5 1 图形用户界面的实现4 1 5 1 1q t o p i a 介绍4 l 5 1 2o t e m b e d d e d 交叉编译环境的建立4 2 5 1 3q t o p i a 本机的虚拟环境建立4 4 5 1 4q t o p i a 的移植4 6 5 2 电信号采集板的软件实现4 8 5 3q t e m b e d d e d 应用程序开发5 0 5 3 1 应用程序开发流程5 1 5 3 2 本设计的应用程序5 1 5 3 3 应用程序测试5 6 第六章结论与展望5 8 参考文献5 9 致谢6 1 攻读学位期间发表的学术论文6 1 随着数字信息技术与网络技术的高速发展，我们已进入数码时代。从上世纪七十年代 单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，嵌入式系统已 经有了近3 0 多年的发展历史。 目前嵌入式系统技术具有非常广阔的应用背景，其应用领域可以概括为： 1 、在工业控制中的应用：目前已经有大量的基于8 、1 6 、3 2 位嵌入式微控制的自动化 工业设备在应用中。 2 、在交通管理中的应用：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式 系统技术已经获得了广泛的应用。 3 、在信息家电中的应用：这将成为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络 化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。 1 2 课题研究的背景和意义 嵌入式技术越来越和人们的生活紧密相关，消费电子、计算机、通信一体化趋势日益 明显，作为计算机领域的一个重要组成部分，嵌入式系统再度成为研究与应用的热点，而 这离不开对嵌入式系统重要组成部分的嵌入式系统软件的研究。本文主要构建了一个基于 l i n u x 操作系统的a r m 9 嵌入式平台，并开发了应用程序，使该系统的串口作为一个通用 的数据接口，接收来自a d 转换设备的标准电信号，并实现对电信号的波形绘制功能。开 发该系统主要是为了为今后设计采集系统做出准备。只要有了针对特有信号的传感器和放 大调理电路，和该系统就可以组成一个完整的采集系统。缩短了今后课题研究的开发周期。 可以满足要求的。 串行通信具有以下特点： 1 、串行通信具有更少的传输数据线； 2 、串行通信的成本比较低； 3 、串行通信的操作比较简单。 1 4 本文的安排 速率是比 率是完全 本文分为6 章，具体结构安排如下： 第1 章：绪论。介绍了嵌入式系统的应用领域和本课题研究的意义。 第2 章：a r m 体系结构及$ 3 c 2 4 1 0 介绍。主要介绍了a r m 的体系结构和所选c p u 特点。 第3 章：系统硬件平台综述。首先给出了系统总体结构，然后分别介绍了系统硬件的 构成，最后给出了本系统的一些重要的技术指标。 第4 章：嵌入式l i n u x 系统构建。简要介绍了l i n u x 嵌入式系统开发的流程，并说明 了本设计l i n u x 嵌入式系统构建的全过程，包括b o o t l o a d e r 的配置与移植、l i n u x 内核的配 置与移植、文件系统的制作和移植、触摸屏驱动的编写与移植。 第5 章：应用程序的实现。简单介绍了q t e m b e d d e d 环境下应用程序开发的流程，详细 说明了本设计应用程序界面的移植、并针对采集生物电信采集板软件的实现、嵌入式系统 应用程序的开发与发布，同时对所开发的应用程序进行了测试。 第6 章：结论和展望。对论文所做工作给出总结，并归纳其不足以及进一步深入的工作 方向。 2 目前，全世界有几十家半导体公司与a r m 公司签订了硬件技术使用许可协议，其中包 括i n t e l 、i b m 、n e c 、s o n y 、s a m s u n g 和p h i l i p s 等大公司。 现在，a r m 微处理器已经深入到工业控制、无线通信、网络应用和电子产品等各个领 域。a r m 是精简指令集计算机( r i s c ) ，采用r i s c 架构的a r m 处理器具有以下特点【3 】： 支持t h u m b ( 1 6 位) a r m ( 3 2 位) 双指令集，可以很好地兼容8 位1 6 位器件。 指令执行采用3 级流水线5 级流水线技术。 带有指令c a c h e 和数据c a c h e ，大量使用寄存器，指令执行速度更快。 支持用户、快中断、中断、管理、中止、系统和未定义这7 种处理器模式，除了用 户模式以外，其余均为特权模式。 处理器芯片上都嵌入了在线仿真i c e r t 逻辑，便于使用j t a g 来仿真调试a r m 体 系结构芯片，可以避免使用昂贵的在线仿真器。 采用存储器映像i o 的方式，即把i o 端口地址作为特殊的存储器地址。 体积小，成本低，性能高。 a r m 目前有5 个产品系列：a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 、a r m l 0 和s e c u r c o r e 。这些处 理器除了具有a r m 体系结构的共同特点以外，每一个系列的a r m 处理器都有各自的特点 和应用领域。 典型的a r m 体系结构方框图包含3 2 位a l u 、3 1 个3 2 位通用寄存器及6 个状态寄存 器、3 2 8 位乘法器、3 2 3 2 位桶形移位寄存器、指令译码及控制逻辑、指令流水线和数 据地址寄存器等。 】a i ，i j 内蒙古大学硕上学位论文 a r m 体系结构的a l u ( a r i t h m e t i cl o g i cu n i t ) 与常用的a l u 逻辑结构基本相同，由两 个操作数锁存器、加法器、逻辑功能、结果及零检测逻辑构成。a l u 的最小数据通路周期 包含寄存器读时间、移位器延迟、a l u 延时、寄存器写建立时间、双相时钟间非重叠时间 等几部分。 2 桶形移位寄存器 a r m 采用了3 2 3 2 位桶形移位寄存器，左移右移n 位、环移l q 位和算术右移l q 位等 都可以一次完成，可以有效地减少移位的延迟时间。 3 高速乘法器 a r m 为了提高运算速度，采用2 位乘法的方法，2 位乘法可根据乘数的2 位来实现“加 一移位”运算。 4 控制器 a r m 的控制器采用硬接线的可编程逻辑阵列p l a ，其输入端有1 4 根，输出端有4 0 根， 分别控制乘法器、协处理器以及地址寄存器、a l u 和移位器等。 5 寄存器 a r m 内含3 7 个寄存器，包括3 1 个通用3 2 位寄存器和6 个状态寄存器。 2 2a r m 产品系列介绍 1 删7 微处理器 删7 系列微处理器包括a r m 7 t d m i 、a r m 7 t d m i s 、a r m 7 2 0 t 、a r m 7 e j 几种类 型。其中，a r m 7 t m d i 是目前使用比较广泛的3 2 位嵌入式r i s c 处理器，主频可达到 1 3 0 m i p s ；采用能够提供0 9 m i p s m h z 的3 级流水线结构；内嵌硬件乘法器；支持1 6 位 压缩指令集t h u m b ；嵌入式i c e ；支持片上d e b u g ：支持片上断点和调试点；支持w i n d o w s c e 、l i n u x 、等操作系统。 2 a r m 9 微处理器 a r m 9 系列微处理器包含a r m 9 2 0 t 、a r m 9 2 2 t 和删9 4 0 t 几种类型，可以在高性能 和低功耗方面提供最佳的性能。a r m 9 系列微处理器采用5 级整数流水线，指令执行效率 更高；提供1 1 m i p s m h z 的哈佛结构：支持数据c a c h e 和指令c a c h e ，具有更高的指令和 数据处理能力；支持3 2 位a r m 指令集和1 6 位t h u m b 指令集；全性能的m m u ( m e m o r y 4 内蒙古大学硕士学位论文 m a n a g e m e n tu n i t ) ，支持w i n d o w sc e 、l i n u x 等多种主流嵌入式操作系统。 3 删9 e 微处理器 a r m 9 e 系列微处理器包含a r m 9 2 6 e j s 、删9 4 6 e s 和a r m 9 6 6 e s 几种类型，提供 了增强的d s p 处理能力，适合那些需要同时使用d s p 和微控制器的应用场合。a r m 9 e 系 列微处理器采用5 级整数流水线，支持3 2 位a r m 指令集和1 6 位t h u m b 指令集，支持3 2 位的高速a m b a 总线接口，支持v f p 9 浮点处理协处理器，支持w m d o w sc e 、l i n u x 等多 种嵌入式操作系统；支持数据c a c h e 和指令c a c h e ，主频最高可达到3 0 0 m i p s 。 4 删1 0 e 微处理器 a r m l 0 e 系列微处理器包含a r m l 0 2 0 e 、a r m l 0 2 2 e 、和a r m l 0 2 6 e j s 几种类型，由 于其采用了新的体系结构，与同等的a r m 9 器件相比，在同样的时钟频率下，性能提高了 近5 0 。a r m l 0 e 系列微处理器采用6 级整数流水线，支持3 2 位a r m 指令集和1 6 位t h u m b 指令集，支持3 2 位的高速a m b a 总线接口，支持v f p l 0 浮点处理协处理器，支持w i n d o w s c e 、l i n u x 等多种嵌入式操作系统；支持数据c a c h e 和指令c a c h e ，主频最高可达到4 0 0 m 口s 。 5 s e c u r c o r e 微处理器 s e c u r c o r e 系列微处理器包含s e c u r c o r es c l 0 0 、s e c u r c o r es c l1 0 、s e c t t r c o r es c 2 0 0 和 s e c u r c o r es c 2 1 0 几种类型。s e c u r c o r e 系列微处理器除了具有a r m 体系结构各种主要特点 外，在系统安全方面：带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全；采用软 内核技术，防止外部对其进行扫描探测；可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。 2 3 $ 3 c 2 4 1 0 微处理器介绍 $ 3 c 2 4 1 0 是三星公司推出的1 6 位3 9 位m s c 处理器，主要面向高性价比、低功耗的 手持设备应用。$ 3 c 2 4 1 0 有$ 3 c 2 4 1 0 x 和$ 3 c 2 4 1 0 a 两个型号，其中a 型是x 型的改进型， 具有更好的性能和更低的功耗h 1 。 本开发板选用三星公司的$ 3 c 2 4 1 0 a 芯片作为处理器。$ 3 c 2 4 1 0 a 采用了a r m 9 2 0 t 内 核，为了省去系统配置额外器件的需求，$ 3 c 2 4 1 0 a 还提供了一套完整的系统外围设备接口。 $ 3 c 2 4 1 0 集成的片上功能包括： 内核电压1 8 v 2 0 v ，存储器电压3 3 v ，外部i 0 电压3 3 v ； 具有1 6 k b 的指令c a c h e 、1 6 k b 的数据c a c h e 以及m m u ； 5 内蒙古人学硕上学位论文 外部存储器控制器( s d r a m 控制和片选逻辑) ； l c d 控制器( 最大支持4 k 色s t n 和2 5 6 k 色t f t ) 提供1 通道l c d 专用d m a ； 4 通道d m a 并有外部请求引脚端： 3 通道u a r t ( i r d a i 0 ，1 6 字节t xf i f o 和1 6 字节r xf i f o ) 2 通道s p i ； 1 通道多主设1 2 c 总线和1 通道1 2 s 总线控制器； 版本1 0 s d 主接口和2 1 1 兼容版m m c 协议； 2 个u s b 主设接口1 个u s b 从设接口( 版本1 1 ) ； 4 通道p w m 定时器和1 通道内部定时器； 看门狗定时器； 1 1 7 位通用i o 口和2 4 通道外部中断源； 电源控制有正常、慢速、空闲和电源关断4 钟模式； 8 通道1 0 位a d c 和触摸屏接口； 具有日历功能的i 玎c ； 使用p l l 的片上时钟发生器。 s 3 c 2 4 1 0 a 将系统的存储空间分成8 b a n k ，每个b a n k 有1 2 8 m b ，总共为l o b 。每个b a n k 支持可编程的8 位、1 6 位、3 2 位数据总线宽度。其中b a n k 0 b a n k 6 都采用固定的b a n k 起 始地址，b a n k 7 具有可编程的b a n k 起始地址和大小。这8 个存储器b a n k 中，6 个存储器b a n k 用于r o m 、s r a m 及其他存储器，2 个存储器b a n k 用于r o m 、s r a m 和s d r a m 。所有 的存储器b a n k 都具有可编程的访问周期，支持使用外部等待信号来填充总线周期，支持 s d r a m 的自动刷新和掉电模式，支持各种类型的r o m 启动，包括n o rf l a s h 、n a n df l a s h 和e e p r o m 等。 s 3 c 2 4 1 0 a 具有5 5 个中断源( 1 个看门狗定时器、5 个定时器、9 个u a r t 、2 4 个外部 中断、4 个d m a 、2 个r t c 、2 个a d c 、1 个工2 c 、2 个s p i 、1 个s d i 、2 个u s b 、1 个l c d 和1 个电池故障) 。支持电平边沿触发模式的外部中断源，支持为紧急中断请求提供快速 中断服务( f i q ) 。 6 内蒙古大学硕士学位论文 第三章系统硬件平台综述 3 1 总体结构框架 本系统主要由a r m 9 处理器、a d 采集板、波形显示模块、电源管理模块、通讯及调 试接口组成，如图3 1 所示。 图3 1 总体结构框图 f i g u r e3 1d i a g r a mo fs y s t e mg e n e r a ls t r u c t u r e 经过放大滤波处理后的电信号接到a d 采集模块的输入端。由a d 采集板得到的数字量 经串口传送给a r m 9 嵌入式系统，并在嵌入式系统的l c d 上实时显示所得到数据的波形。 s t c l 2 c 5 a 3 2 a d 单片机，具有数据采集、串口通信功能等，如图3 2 所示。 c p u 选用 图3 2 采集板实物图 f i g u r e3 2a c q u i s i t i o nb o a r d s t c l 2 c 5 a 3 2 a d 单片机自带8 路1 0 位高速a d ，其参考电压为5 v ，最高转换频率为 3 0 0 k h z 。其a d 转换1 5 1 为p 1d ( p 1 旧1 7 ) ，本设计设置p 1 1 为a d 转换口。 3 2 2 电源模块 该系统中需要5 v 、3 3 v 和1 s v 的直流稳压电源，其中1 s v 为内核供电，3 3 v 为存储 器供电，5 v 为网口、u s b 接口等外围设备供电。 电源采用由直流稳压电源( 2 2 0 v 交流电压变为5 v 直流电) 提供5 v 直流源，经过线性电 源变换器将5 v 降压至3 3 v 和1 8 v 输出。电源模块框图如图3 3 所示： 8 3 3 v 直流输出 1 8 v 直流输出 系统中选用市场比较 常见的n a t i o a n a ls e m i c o n d u c t o r 公司的l m l l l 7 系列直流线性电源转换芯片。电路原理图如 图3 4 、3 5 所示。 v d d 5 0 v d d 3 3 v d d 5 0 3 2 。3 通讯接口 图3 45 v - 3 3 v 转换电路 f i g u r e 3 45 vt o3 3 vc o n v e r s i o nc i r c u i t u 9 ( 1 l 图3 55 v - 1 8 v 转换电路 f i g u r e 3 55 vt o1 s vc o n v e r s i o nc i r c u i t d 5 , _ g r e e n 、 u a r t ( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e rt r a n s m i 批r ) 既通用串行收发器，一般简称为串 9 塑鍪直盔兰堡主兰垡笙壅 口。由于串口通信非常简单方便，已被广泛应用在工业领域，在嵌入式系统中也经常被使 用。串口通信有多种工业标准，设计中采用的是r s 2 3 2 接口电平规范。但由于r s 2 3 2 标准 所定义的高、低电平信号与s 3 c 2 4 1 0 a 所定义的i o 电平信号完全不同，标准逻辑“1 对 应2 v 3 3 v 电平，标准逻辑“0 对应o v 0 4 v 。而r s - 2 3 2 标准采用负逻辑方式，标准逻 辑“1 对应一5 v 一1 5 v 电平，标准逻辑“0 对应+ 5 v + 1 5 v 电平。显然，两者之间要进行 通信必须经过信号电平的转换，目前通常使用的电平转换芯片为m a x 3 2 3 2 ，因此本系统选用 m a x 3 2 3 2 作为电平转换芯片。串口电路原理图如图3 6 所示。 玉渊 i 一眦 图3 6 串口电路原理图 f i g u r e3 6s e f i a lc i r e u i t 由上图可以看出，本系统使用的是简单的串口连接方式，即只是简单的连接了发送数 据线、接收数据线和信号地。 3 2 4l c d 显示模块 本系统选用的液晶屏为深圳东华影像股份有限公司生产k d 3 5 g 3 3 2 0 2 4 0 a 1 ，该液晶屏为 3 2 寸t f t ( t h i nf i l mt r a n s i s t o r ，薄膜场效应晶体管) 彩色液晶屏，分辨率为3 2 0 2 4 0 ( 横屏) ， 显示面积区域为7 0 0 8 ( h ) m m 5 2 5 6 ( v ) m m ，屏幕颜色为2 6 万色，对比度为3 0 0 ：1 ，亮度为 3 2 0 c d m 2 ( 流明) ，工作温度为一2 0 - - - + 6 0 c ，供电电压3 3 v ，带触摸屏功能。s 3 c 2 4 1 0 a 自带 i o n v m ：数据使能信号； n l e n d ：行结束信号； n l c dp w r e n ：l c d 面板电源使能控制信号。 液晶屏与$ 3 c 2 4 1 0 a 的接口电路如图3 7 所示。 3 2 5 触摸屏接口 c 。磁 v 口o 盎ov 口a l i 2 34 l ；m d 7 、r r 童s 莹t 56 7 、“v 7窨 “v h 7 1 9 1 0 “n 5 j jj 2 槲o v 口7 ， l j4 n v ， 1 56 n v 口 1 7 髯 ；h o n v d 2 n v 3 * v o 4n v d 5 2 l2 2 2 32 4 2 52 6 州口 、 “v d 2 0 2 72 9 v 廿2 眦： 2 9 3 0 州d 2 ； 6 船 一 址d p 删 3 i3 2 3 33 4 “o “v 声t 榭 3 5 3 6 “懈 3 了 3 譬 ，蚶l t h 董 毗 l 2 帅 3 9 4 0 4 j4 2 ；h o 镥，c 辫 t 8 x p 4 34 4 4 54 6 1 e ；口 7 、糟y 帮t s v p 4 74 8 t 并 4 9 5 0 图3 7 液晶屏与$ 3 c 2 4 10 a 的接口电路 f i g u r e3 7i n t e r f a c ec i r c u i to f $ 3 c 2 4 1 0 aa n dl c ds c r e e n 触摸屏附着在显示器的表面，根据触摸点在显示屏上对应坐标点的显示内容或图形符 号，进行相应的操作。触摸屏按其工作原理可分为矢量压力传感器、电阻式、电容式、红 外线式和表面声波式5 类。在嵌入式系统中常用的是电阻式触摸屏。 在$ 3 c 2 4 1 0 a 构成的嵌入式系统中使用触摸屏，配置过程如下： 通过外部晶体管将触摸屏引脚连接到$ 3 c 2 4 1 0 a 上； 内蒙古大学硒! 士学位论文 选择分开的x y 位置转换模式或者自动x y 位置转换模式，来获取x y 位置； 设置触摸屏接口为等待中断模式； 如果中断发生，将进入相应的转换过程，即x y 位置分开转换模式或者x y 位置 自动转换模式； 得到x y 位置的正确值以后，返回等待中断模式。 $ 3 c 2 4 10 a 的触摸屏坐标转换控制电路如图3 8 所示。在图3 8 中，a i n 7 ( s 3 c 2 4 10 a 自带第8 路a d ) 与触摸屏的t s x p 相连接，a i n 5 ( s 3 c 2 4 1 0 a 自带第6 路a d ) 与触摸屏的 t s y p 相连接。图中器件f d c 6 3 2 1 是由一对p 通道m o s f e t 管和n 通道m o s f e t 管组成 的。 图3 8 $ 3 c 2 4 1o h 的触摸屏坐标转换控制电路 f i g u r e3 8t o u c hs c r e e nc o o r d i n a t ec o n v e r s i o nc o n t r o lc i r c u i t 器件f d c 6 3 2 1 内部结构如图3 9 所示。 图3 9f d c 6 3 2 1 内部结构 f i g u r e3 9f d c 6 3 2 1i n t e r n a ls t r u c t u r e 1 2 嘣：垫 i| 3 、环境指标 ( 1 ) 环境温度：一2 0 5 0 ( 2 ) 湿度：1 0 9 5 p h 4 、其他指标 ( 1 ) 两个r s - 2 3 2 通信接口 ( 2 ) 支持j t a g 接口 l i n u x 是开放源代码的操作系统，同时由于其具有体积小、执行速度快、较好的可裁减 性与易移植性等特点，在其基础之上发展的嵌入式操作系统层出不穷。针对a r mc p u 开 发的，具有m m u 功能的嵌入式l i n u x 操作系统无疑是a r m 平台上操作系统的最佳选择。 嵌入式l i n u x 开发，根据应用需求的不同有不同的配置开发方法，但是一般都要经过 以下几个过程5 1 。俐： 1 、建立开发环境：操作系统一般选用r e d h a t l i n u x ，版本从7 到9 的任意一个都可以， 通过网络下载相应的g c c ( g n uc o m p i l e rc o l l e c t i o n ) 交叉编译器并进行安装。 2 、建立引导程序b o o t l o a d e r ：现在经常使用的b o o t l o a d e r 源码包括：u b o o t 和v i 、，i 两 种。这些源码都是公开的，可以从网上下载到。将下载的源码根据具体芯片进行修改，然 后通过j t a g 烧写进开发板中。 3 、l i n u x 系统移植：从l i n u x 官网上下载内核源码，根据对系统的要求，进行系统功 能裁剪，然后编译裁剪后的内核，最后在b o o t l o a d e r 控制台下进行系统烧写。 4 、文件系统移植：从w w w b u s y b o x n e t 网站下载b u s y b o x 软件，然后进行功能裁剪，编 译产生一个基本根文件系统。最后在b o o t l o a d e r 控制台下进行文件系统烧写。 5 、q t e 图形界面移植：q t e ( q f f e m b e d d e d ) 是一个专门为嵌入式系统设计图形用户界面 的工具包。在q 官网可以下载q t 压缩包，编译安装后，通过邱下载到a r m 板上。 6 、应用程序开发：在q 环境下开发应用程序。q t 开发一般几种常见做法： ( 1 ) 、全部采用手写代码，在命令行下完成编译和运行 这种方式是最基础、最基本的。使用这种方法，应该对q 基础知识有深入的理解。使 用于小型项目或是个人开发，但如果是大型的、多人参与的工程开发和项目研制，它就有 些不方便了。 ( 2 ) 、使用q td e s i g n e r 设计界面，使用i d e 完成编译和运行 这种方式也很常见，开发者使用q td e s i g n e r 设计界面元素，然后把工程文件的生成、 1 4 内蒙古大学硕士学位论文 管理，程序的编译运行都交给i d e 来处理。这种方式的好处可以方便快速的对界面进行修 改，在界面元素需要经常变动的情况下，效率比较高；缺点是使用q td e s i g n e r 生成的代码 量比较庞大，由于好多都是自动生成的，给阅读代码和调试程序带来困难。 4 2 建立嵌入式l i n u x 开发环境 一般嵌入式l i n u x 开发环境建立有以下几种方案”3 ： 1 基于p c 机w i n d o w s 操作系统下的c v g w i n ( c y g w i n 是一个在w i n d o w s 平台上运行 的u n i x 模拟环境) ； 2 在w i n d o w s 下安装虚拟机后，再在虚拟机中安装l i n u x 操作系统； 3 在p c 机中直接安装纯净的l i n u x 操作系统。 考虑到设计的方便性和资源的有限性，本设计使用第二种方案。这样只用一台笔记本 就可以完成设计了。 使用虚拟机建立l i n u x 开发环境包括：配置网络、配置m i n i c o m 和建立交叉编译开 发环境。 4 2 1 配置网络 配置网络，包括配置s a m b a 服务器、配置i p 地址、n f s 服务、防火墙。 1 配置s a m b a 服务器 s a m b a 服务器主要是建立虚拟机下的l i n u x 与宿主机w i n d o w s 的通信。也就是建立了 宿主机和虚拟机共享网络环境。这样就可以通过s a m b a 服务器接收由w i n d o w s 得来的资源。 s a m b a 服务器通过“s a m b a 服务器配置窗口进行s a m b a 服务器配置，如图4 1 所示。 2 配置i p 地址 设置虚拟机i p 地址与w i n d o w s 下的虚拟网卡i p 地址在同一网段内，实现虚拟机上网。 i p 地址在“网络配置窗口进行配置，如图4 2 所示。 f i g u r e4 1w m d o wo fs a m b as e r v e rc o n f i g u r a t i o n 趸弱：暹配置z f 世衲助必 ；囹矿而国j 矿 麓 7 掰缝螋编辑复制国删除哟7 激；五馁躲除锄 设备喳 硬释t 翌， d n s童瓤瞳 曩气兰学您可托此处配鼹与物理硬锫桶连约瓣终设备苹个碗 潞，释上呵订参个虚拟设备与之栩迄 配露窆# ：枣设钎 l 缔号l 瓮絮i 1 f = tl i【弋黝够 i 妒院躞“8 ：务i t j 图4 2 网络配置窗口 f i g u r e4 2w i n d o wo fn e t w o r kc o n f i g u r a t i o n 3 防火墙设置 对于r e d h a t 9 0 ，默认防火墙是打开的，这样其他的网络设备是无法访问它的。为了 可以实现其他网络的访问，所以应该设置防火墙状态是“无防火墙”，设置窗口如图4 3 所 示。 1 6 图4 3 安全级别配置窗口 f i g u r e4 3w i n d o wo fs e c u r i t yl e v e lc o n f i g u r a t i o n 4 设置n f s 服务器 有的嵌入式系统是通过目标板挂载n f s 目录的方式进行开发的。即在宿主机建立一个 n f s 共享目录，在该目录下进行应用程序的编写和编译，生成可执行文件；通过m o u n t 命 令将目标板下的一个文件夹挂载到宿主机的n f s 目录，然后进入该文件夹也就相应进入宿 主机的n f s 目录，就可以在目标板上运行生成的可执行文件。这样的应用程序是不需要下 载到开发板上的，可以方便的进行修改、编译、调试。宿主机的n f s 共享目录通过“n f s 服务器配置窗口进行配置，如图4 4 所示。 t _ 目日髓一一 一v “- z 竹f 托 姆咀 矿露 强 埔瓤 ) r 。+ p ： 掰脚h 螭 帆l h 魁 t m m e l l r y l 扩， ，h 鲋j ，m i “1 0 “i 1 5 d 1 ，潍，l ，n m ，1 0 2 1 6 8 i 。睦如 ，n - 吐i “，i 州碡蘸，写 图4 4n f s 服务器配置窗口 f i g u r e4