（检测技术与自动化装置专业论文）基于arm的疲劳试验机数字控制器的研究.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：本文以接触网零部件疲劳试验机为研究对象，利用数字控制的优势和 现代控制理论的有关成果，旨在改进原来的模拟系统。根据疲劳试验机的固有特 点，提出针对性的数字控制算法，同时研制出原理样机，使其能根据需求，完成 满足一定规律的可控试验过程。 首先，作者在阅读了大量的国内外资料的基础上，概述了国内外公司在疲劳 试验机控制器方面的研究成果，并根据我们的项目需求，提出了本论文要解决的 问题。 文章在分析了试验机工况的基础上，研究了阀控非对称液压缸位置系统和力 控系统的数学模型，进一步分析了液压缸的非对称性所引起的系统静差，并将系 统数学模型离散化，得到了便于应用数字控制的离散化数学模型，在此基础上对 位置系统和力控系统数学模型进行了仿真计算，确定了合理的控制策略。设计了 数字p i d 控制器对位置闭环和力控系统进行校正，并在此基础上采用动压反馈来 提高系统性能，试验结果证明采用动压反馈能有效地提高系统的阻尼比。 针对试验机的需求分析，提出了控制系统的硬件实施方案。选择a r m 系列芯 片中的a t 9 1 r m 9 2 0 0 作为控制器的c p u ，采用s 1 d 1 3 5 0 6 的l c d 控制器来完成图 形用户界面的设计，根据信号采集的需要，选择1 6 位的a d 7 8 2 5 和d a 7 6 4 4 芯片 来完成数据的模拟量输入输出功能。 在硬件平台基础上，选择l i n u x 作为控制器的操作系统，完成了u b o o t 和l i n u x 操作系统内核的配置和移植，编写了控制器的a d 、d a 、l c d 等多个功能模块 驱动程序；针对l i n u x 在实时性方面的不足，采用了x e n o m a i 技术弥补了l i n u x 在实时性方面的不足；移植了m i n i g u i 软件，实现了控制器的人机接口功能，并 运用m i n i g u i 开发了疲劳试验机的控制应用程序。 最后，作者在某疲劳实验机上进行了实验研究，检验了控制算法与控制器的 有效性与可行性，证明了硬件选型、设计以及软件编程的正确性，达到了预期的 控制效果。 关键词：疲劳试验机，a r m ，嵌入式系统，l i n u x ，动压反馈 分类号：t h l 3 7 a b s t r a c t a bs t r a c t a b s t r a c t ：i no r d e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fo r i g i n a la n a l o gc o n t r o l l e r , t h i sp a p e rs t u d i e df a t i g u et e s t i n gm a c h i n ef o rc a t e n a r y , t h a n k st ot h ea d v a n t a g eo fd i g i t a l c o n t r o la n dt h ed e v e l o p m e n to fm o d e mc o n t r o lt h e o r y a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c o ff a t i g u et e s t i n gm a c h i n e ，t h ed i g i t a lc o n t r o la l g o r i t h mw a sp r e s e n t e da n di m p l e m e n t e d i na l le x a m p l et e s t i n gm a c h i n e d u et ou s e r sr e q u i r e m e n t s ，t h ed i g i t a lc o n t r o l l e rh a d a c c o m p l i s h e dc o n t r o l l a b l ep r o c e s s e sf o l l o w e dg i v e nr u l e s t h er e s e a r c ha c h i e v e m e n to na p p l i c a t i o no ft h ed i g i t a lc o n t r o l l e ro ff a t i g u et e s t i n g m a c h i n ea th o m ea n da b r o a dw a sr o u g h l yd e s c r i b e db yal o to fd o c u m e n t s ，a n d a c c o r d i n g t ot h en e e d so ft h ep r o j e c t ，t h em a i ns u b j e c t sa r ed r a f t e d t h i sp a p e rp r e s e n t e dt h ew o r kc o n d i t i o n so ft h et e s t i n gm a c h i n e i tw a ss t u d i e dt h a t t h ep l a n tm o d e lo fp o s i t i o na n df o r c es y s t e ma b o u t v a l v ec o n t r o lu n s y m m e t r i c a l h y d r a u l i cr a n l t h e ni tw a sa n a l y z e dt h a ts t a t i ce r r o rw a sc a u s e db yu n s y m m e t r i c a l h y d r a u l i cr a m f o rd i g i t a lc o n t r o la p p l i c a t i o n ，t h ec o n t i n u em o d e lw a st r a n s f o r m e dt o d i s c r e t eo n e t h e n ，s i m u l a t i o n sa b o u tp o s i t i o na n df o r c es y s t e mw e r ed o n ef o rc h o o s i n g f i g h tc o n t r o ls t r a t e g y ad i g i t a lp i dc o n t r o l l e rw a sd e s i g n e dt ot h ec l o s e d l o o ps y s t e m a n do nt h i sb a s i s ，u s i n gd y n a m i cp r e s s u r ef e e d b a c kt oi m p r o v es y s t e mp e r f o r m a n c e ，t h e r e s u l t sp r o v e dt h a td y n a m i cp r e s s u r ef e e d b a c kc o u l dp e r f e c t l yi m p r o v et h ed a m p e r a c c o r d i n gt ot h en e e d so ft e s t i n gm a c h i n e ，t h ep a p e rd i s c u s s e dah a r d w a r e a r c h i t e c t u r eo fc o n t r o ls y s t e mw h i c hw a sb a s e do na t 91r m 9 2 0 0 ( a r m ) a sc o n t r o l l e r s c p u ，s 1 d 1 3 5 0 6a sl c d c o n t r o l l e rt or e a l i z et h eg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ，a n d1 6 - b i t a d 7 8 2 5 ，d a 7 6 4 4t oc o m p l e t et h ea n a l o gi n p u ta n do u t p u td a t ac o n v e r s i o ni nv i e wo f t h en e e do fs i g n a la c q u i s i t i o n b a s e do nt h eh a r d w a r ep l a t f o r m ，t h et r a n s p l a n to ft h ee m b e d d e ds o f t w a r ep l a t f o r m o fu b o o ta n dl i n u xo p e r a t i n gw e r ei n v e s t i g a t e d t h ed r i v e r sa n da p p l i c a t i o ns o f t w a r e o fs e v e r a li n t e r f a c e s ，i n c l u d i n gt h ea da n dd ac o n v e r t e r 、l c dm o d u l ew e r e p r o g r a m m e d b e c a u s el i n u xi sn o tr e a l - t i m es y s t e m ，x e n o m a im o d u l eh a db e e nu s e d b ye m b e d d e dl i n u xs y s t e mt or e a l i z et h er e a l - t i m ep r o c e s s i n gf u n c t i o n ，t h et r a n s p l a n to f m i n i g u is o f t w a r ee n s u r e dt h es m o o t hd e v e l o p m e n ti ns y s t e mg r a p h i c su s e ri n t e r f a c e o nt h eb a s i so ft h ea b o v e ，t h ea p p l i c a t i o no ff a t i g u et e s t i n gm a c h i n ec o n t r o ls y s t e mi s d e v e l o p e db ym i n i g u i f i n a l l y , a u t h o ri m p l e m e n t e dt h ec o n t r o la l g o r i t h mi nad i g i t a lc o n t r o l l e rf o rf a t i g u e 北京交通大学硕士论文 t e s t i n gm a c h i n es y s t e m c o n t r o la l g o r i t h m sa n dd i g i t a lc o n t r o l l e rw e r ep r o v e nt ob e a v a i l a b l ea n dr e a l i z a b l e t h ec h o i c e so fh a r d w a r ea n dd e s i g no fs o f t w a r ew e r ea l s o p r o v e nt ob ev a l i d i t y t h ec o n t r o l l e ra c h i e v e da l le x p e c t a b l er e s u l t s k e y w o r d s ：f a t i g u et e s t i n gm a c h i n e ；a r m ；e m b e d d e ds y s t e m ；l i n u x ； d y n a m i cp r e s s u r ef e e d b a c k c l a s s n o ：t h l 3 7 v i u 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： o 厶= 望= p 2 ， 北京交通大学硕士论文 式中r = 车 4 对称阀控制非对称缸产生的等效外干扰力厶为非线性因素。要消除系统这一 非线性因素有两种方法：一种是通过硬件的方法，采用非对称阀控制非对称缸， 通过设计非对称阀与非对称缸的面积关系来使系统和对称阀控制对称缸一样；另 一种是通过软件方法可以对其进行补偿，使对称阀控制非对称液压缸系统在正反 两个运动方向上，性能“对称”。 2 2 2 系统的静差 理论上讲当产0 时系统无静差，因为例捌2 0 ，但由于实际的伺服阀存在泄漏， 故非对称液压缸会给系统带来静差。今假设活塞停止运动，但有泄漏流量，因此 尸1 、岛均不为零。为使f = o ，p i 应等于r i p 2 ，因此阀芯必然向左偏移，故流量方程 可写成 丝3 2 2 ( 只吨) = o 眠知( 2 3 ) 等耻q 慨后( 只吨) ( 2 - 4 ) 式中珩一零位偏差，聊： r 一阀芯与阀套之间的间隙，所； ，卜_ 液体粘度，p a s ； 尸l p 左腔零位压力，p a ； p 2 r 右腔零位压力，p a ； 由式( 2 3 ) 、式( 2 4 ) 两式中可分别解出p l o 及r o e l o 一- - ( 2 p , + a 2 x 0 2 ) - 4 ( 2 p 一+ a 2 x 2 ) 2 一- 4 p , 2 ( 2 5 ) 篆耻q 慨括( e 吨) ( 2 - 6 ) 式中 扣等后p 亿7 ， 万巧f 式( 2 - 5 ) 分子根号前取负号，否则p i o p 。；式( 2 6 ) 分子根号前取正号，否则 2 0 cr夕 “提示符名字，可任意改 通过以上的修改，基本上能够满足目前目标板的需求，接下来编译u b o o t ， 命令如下： # m a k e m y b o a r d _ c o n f i g # m a k e c r o s s c o m p i l e = a n n - l i n u x - 然后把生成的u - b o o t b i n 文件保存，并且压缩一个得到u b o o t b i n g z 。将这两 个文件通过串口下载到目标板上并烧写进f l a s h 即可。具体效果图见下图4 4 所 不： 图4 4u b o o t 下载到目标板后的效果图 f i g 4 - 4u - b o o td o w n l o a d e dt ot h et a r g e tb o a r dd r a w i n g s 4 3l i n u x 操作系统的移植 要在目标板上进行l i n u x 软件开发，必须要对目标系统进行l i n u x 内核的移植， 并根据目标板的实际硬件需要进行内核的裁剪，根据我们的需要主要做以下几步 工作： 4 l 北京交通大学硕士论文 1 ) 下载内核和相关的补丁程序，从f t p k e r n e l c o m p u b l i n u x k e m e l v 2 6 下载 l i n u x 内核源码l i n u x - 2 6 1 5 t a r g z ，从h t t p ：m a x i m o r g z a a t 9 1 2 6 h t m l 下载 2 6 1 5 - a t 9 1 p a t c h g z 的有a t m e l 提供针对a t 9 1 r m 9 2 0 0 的官方补丁，为了 实现实时的要求，并且还要打上x e n o m a i 实时补丁，下载x e n o m a i 2 3 1 t a r g z 实时补丁从h t t p ：d o w n l o a d g n a o r g x e n o m a i s t a b l e 2 ) 按照如下步骤来进行解压缩并且相对内核打上相应的补丁 撑m k d i r p u s r s r c a r m # c pl i n u x 一2 6 1 5 t a r g z2 6 1 5 - a t 9 1 p a t c h g z u s r s r c a r m # t a rx z v fl i n u x 一2 6 15 t a r g z # z c a t 2 6 1 5 一a t 9 1 p a t c h g zip a t c h - p l ；打上a t 9 1 r m 9 2 0 0 补丁 # c d a r m w o r k # t a rx z v fx e n o m a i 一2 3 1 t a r g z # a r m w o r k x e n o m a i 一2 3 1 s c r i p t s p r e p a r e - k e m e l s h - a r c h = a r m - - a d e o s = a r m w o r k x e n o m a i 一2 3 1 k s r c a r c h a r m p a t c h e s a d i o s i p i p e - 2 6 15 a r m 1 5 0 8 p a t c h l i n u x = u s f f s r c a r m l i n u x 2 6 1 5 ：打上实时补丁 3 ) 配置内核前的必要设置 主要在内核原码中设置m a k e f i l e 文件，主要设置两个地方a r c h 和 c r o s s c o m p i l e a r c h ：- a n n ；表示目标板为a r m c r o s sc o m p i l e = 交叉编译工具的地址；设置交叉编译工具的地址 c r o s s c o m p i l e = u s r l o c a l a r m 3 4 1 b i n a r m - l i n u x - 4 ) 进行相应的裁剪和编译 主要通过以下命令进行配置和编译 # m a k ea t 91r m 9 2 0 0 _ d e f c o n f i g # m a k em e n u c o n f i g # m a k e 5 ) 通过m a k em e n u c o n f i g 命令进入图形化的内核配置界面如图4 - 5 所示，结 合我们的目标板作出以下修改： a ) s y s t e mt y p e ：选择a t 9 1r m 9 2 0 0 一b a s e ； b ) 通过修改文件a r c h a r m t o o l s m a c h t y p e s 中的a t 9 1r m 9 2 0 0 d k 的n u m b e r 号 2 6 2 为2 5 1 来使内核被支持； c ) 为了实现实时内核时钟配置，设置s y s t e mt y p e 一- a t 9 1 r m 9 2 0 0 i m p l e m e n t a t i o n s 一- a t 9 1r m 9 2 0 0m a s t e rc l o c kf r e q u e n c y 设置值为 5 9 9 0 4 0 0 0 ： 4 2 嵌入式l i n u x 操作系统的定制和图形应用软件的移植 d ) b o o to p t i o n s - d e f a u l tk e r n e lc o m m a n ds t r i n g ：修改为 “3 2 m c o n s o l e = t 哆s o ，115 2 0 0 ，i n i t r d = 0 x 2 12 0 0 0 0 0 ，6 0 0 0 0 0 0r o o t = d e v r a m r w 9 ，具体含义为控制串口为a t 9 1 r m 9 2 0 0 的d e b u g 串1 2 1 ，串口速率为 1 l5 2 0 0 b p s ，将d e v r a m 作为l i n u x 的r o o t 设备： e ) d e v i c ed r i v e r s 一 m e m o r yt e c h n o l o g yd r i v e r s - r a m m 屉l a s h c h i pd r i v e r s ：我们的f l a s h 是i n t e l 系列的f l a s h ，所以选择s u p p o r tf o r i n t e l s h a r pf l a s hc h i p ； f ) 我们的目标板上没有d a t a f l a s h 所以去掉k e r n e l 中对d a t a f l a s h 的支持： d e v i c ed r i v e r s - - m e m o r yt e c h n o l o g yd r i v e r s - - - s e l tc o n t a i n e dm t d d e v i c ed r i v e r s ：去掉a t 9 1 r m 9 2 0 0d a t a f l a s hs u p p o r t ； g ) 我们的目标板上没有n a n d f l a s h 所以去掉k e r n e l 中对n a n d f l a s h 的支持： d e v i c ed r i v e r s 一 m e m o r yt e c h n o l o g yd r i v e r s ：去掉n a n df l a s hs u p p o r t d e v i c ed r i v e r s ； h ) 修改内核支持的r a m d i s k 大小：b l o c kd r i v e r s - d e f a u l tr a m d i s ks i z e 修 改为自己的r a m d i s k 仓q 建时指定的大小( 我们的目标板应修改为1 5 3 6 0 ， 单位是k b ) ； i )由于要支持实时内核，所以选中r e a l t i m es u b s y s t e m x e n o m a i ； v 匿篁篁鬟筮篁篁篁丝缕鐾鍪丝篁篓塑篁塑篓塑丝燮篁塑塑丝塑塑篓塑篓塑塑塑塑霪塑塑受幽一口麓 i 纠f ：藏雏，阱l t 订t v jj j 菇t t社刊，( ，鞭眦“：_ j 瞳翻酝辫灞鹾鬻麟戮攀攀錾鬻i 图4 5l i n u x 内核配置界面 f i g 4 5 l i n u xd e m e lc o n f i g u r a t i o ni n t e r f a c e j ) d e v i c ed r i v e r s - 一 g r a p h i c ss u p p o r t - 一 e p s o ns1d 13 x x xf r a m e b u f fs u p p o r t 来支持l c d 显示的控制驱动； 4 3 北京交通大学硕士论文 k ) 通过设置f i l es y s t e m 一 d o s f a t n tf i l e s y s t e m s 一- v f a tf ss u p p o r t ； f i l es y s t e m - - n a t i v el a n g u a g es u p p o r t - - - c o d e p a g e4 3 7 s i m p l i f i e dc h i n e s e c h a r s e t n l si s 08 8 5 9 - 1 帆su t f 8 ：d e v i c ed r i v e r s u s bs u p p o r t - u s b m a s ss t o r a g es u p p o r td e v i c ed r i v e r s - - s c s id r i v e rs u p p o r t - - s c s id i s k s u p p o r f f s c s ig e n e r i cs u p p o r t p r o b ea l ll u n so ne a c hs c s id e v i c e 来支持u s b 挂 载； 6 ) 通过以上操作基本上已经配置了一个适合目标板的嵌入式操作系统，下 面通过一些命令操作来编译并且生成相应的可下载的映像文件： # m a k e # u s r l o c a l a r m 3 4 1 b i n a r m l i n u x - o b j c o p y - ob i n a r y - s v m l i n u x l i n u x b i n ；形成l i n u x b i n # g z i p - v 9l i n u x b i n # e pl i n u x b i n g z a r m w o r k u b o o t 1 1 1 t o o l s # c d a r m w o r k u b o o t 1 1 1 t o o l s 群m k i m a g e - aa r m - ol i n u x - - cg z i p a0 x 2 0 0 0 8 0 0 0 e0 x 2 0 0 0 8 0 0 0o d l i n u x b i n g zu l m a g e ；把l i n u x b i n g z 文件变成最终的映像文件u l m a g e 通过以上操作就可以生成我们所要的操作系统的映像文件u l m a g e 。到此 l i n u x 操作系统的移植就可以完成了。 4 4r a m d i s k 文件系统的建立 操作系统的运行离不开对文件的操作，必然要拥有并维护自己的文件系统。 文件系统向用户或程序提供一个使用文件的统一接口，从而能够使对文件的各类 操作能够在更抽象、更简单的层次上进行【4 5 1 。嵌入式l i n u x 系统中常用的几种文件 系统主要有r a m f s 、j f f s 2 、c r a m f s 、y a f f s 、e x t 2 e x t 3o nr a m d i s k 等，考虑简单 实用，本课题中使用的根文件系统是基于e x t 2o nr a m d i s k 文件系统。 在l i n u x 中，e x t 2o nr a m d i s k 文件系统可以把系统内存中的一部分仿真成一个 硬盘块，在它上面可以实现各种基于内存的文件系统。内存的存储速度要远远快 于硬盘，所以可以用这个方法提高文件访问速度【4 刚。我们使用如下的命令创建一 个基于r a m d i s k 的根文件系统，其根文件系统类型是e x t 2o nr a m d i s k 。本系统是需 要自己制作一个1 5 m 大小的文件系统，其步骤如下所示： 1 ) 建- o l o o p 设备的临时挂载点 # m k d i r r a n t l o o p 2 ) 建立文件系统映象 嵌入式l i n u x 操作系统的定制和图形应用软件的移植 # d di f = - d e v z e r oo f - - t m p l o o p _ t m pb s = lkc o u n t = 15 3 6 0 3 ) m k e 2 f s - f _ v _ m0 t m p l o o p _ t m p 此处f 选项将可迫使m k e f s 2 在文件上运行。v 选项指出m k e 2 f s 应该以v e r b o s e 模式执行，m0 指出不必在文件系统上为“超级用户”保留任何区块，因为在嵌入式 系统中通常是单用户系统，为“超级用户”保留区块没有意义。 4 ) 挂载映象文件 # t a u n t ol o o p t m p l o o p _ t m p m n t l o o p 挂载后，在r o t l o o p 下就可以对文件系统的内容进行操作。 5 ) 用c p _ a 偷令将所需要文件拷贝到虚拟盘上，具体的需要文件和命令可以 通过b u s y b o x 生成，在此不做叙述 6 ) 卸载映象文件 # u m o u n t m n t l o o p 7 ) 压缩映象文件 # g z i p - v 9 t m p l o o p _ t m p 由上可以制作出一个l o o p _ t m p g z 的压缩映像文件系统。 4 5嵌入式图形用户界面的移植 随着电子技术的发展，嵌入式系统的性能有了大幅度的提高，应用范围也越 来越广，当初的一些简单的人机交互接口已经无法满足人们的要求，于是在嵌入 式系统中也逐渐出现了图形用户界面( g u i ) 。嵌入式系统中的g u i 就是在嵌入式系 统中为特定的硬件设备或环境而设计的图形用户界面系统。由于受到当前嵌入式 系统本身的限制，系统中的g u i 应该有如下特点【4 7 】： 1 ) 轻型、占用资源少 2 ) 高性能 3 ) 高可靠性 4 1 可配置 随着嵌入式行业分工的细化，出现了专门的公司致力开发l i n u x 下的g u i 并给 其它公司提供授权，从而缩短了嵌入式系统的开发周期。一般选择如下几种g u i 系 统：m i n i g u i 、m i c r o w i n d o w s 、o p e n g u i 、q t e e m b e d d e d 等，它们各有自己的优 点，如下表4 1 所示，根据需要我们的图形用户界面选择用m i n i g u i 进行的开发。 4 5 北京交通大学硕士论文 表4 1几种主要的嵌入式g u i 系统比较 t a b l e4 - 1s e v e r a lm a j o re m b e d d e dg u is y s t e mc o m p a r i s o n 名称 参数 m i n i o u im i n c r o w i n d o w s o p e n g u iq t e m b e d d e d a p i ( 完备性) w i n 3 2x ，w i n 3 2 私有( 很完备)q t ( c + + ) ( 很完备) 蒙。 ( 很完备) ；( w i n 3 2 不完备) 、，。，tj 、? ，i ，? 国 函数库大小 3 0 0 k b3 0 0 k b3 0 0 k b6 0 0 k b 予 。to t “ 4 ” 7 。7 臻 i 移植性。， i 醴好。i 很好。， 只支持x 8 6 平台。较好籀 授权条款l g p ll g p ll g p l q p l g p l ?w_ ；系统消耗。 小， 二， ，较大 。一一， 最小 最大， 操作系统支持l i n u xl i n u x ，d o s d o s ，l i n u x ，q n x l i n u x 4 5 1m i n i g u 概况 m i n i g u i 是由北京飞漫软件技术有限公司拥有版权并主持和维护的自由软件， 遵循g p l 条款发布( 1 3 3 及之前的版本以l g p l 条款发布) ，其目标是为实时嵌 入式l i n u x c l i n u x 、e c o s 、c o s i i 、v x w b r k s 等操作系统建立一个快速、稳 定和轻量级的图形用户界面支持系统。与q t e m b e d d o e d 、m i c o r o w i n d o w s 等其他 g u i 相比，m i n i g u i 最大的特点是占用资源少，在主频为6 6 m 的a r m 7 内核也能 够稳定的运行。经过几年的发展已经发布了很多的版本，现在比较稳定的是2 0 x 版本，但是开源的版本只有1 3 3 ，我们以下的工作都是针对此版本做相关操作。 m i n i g u i 为应用程序定义了一组窗口和图形设备接口。利用这些接口，每个 应用程序可以建立多个窗口，而且可以在窗口中绘制图形互不影响。用户也可以 利用m i n i g u i 建立菜单，按钮，列表框等常见的g u i 元素。 m i n j g u i 可以具有两种截然不同的运行模式：“m i n i g u i t h r e a d s ”或者 “m i i l i g u i l i t e ”。运行在m i n i g u i t h r e a d s 上的程序可以在不同的线程中建立多个 窗口，但是所有窗口在一个进程中运行。相反，运行的m i n i g u i l i t e 上每个程序 都是单独的进程，每个进程也可以建立多个窗口。m i n i g u i t h r e a d s 适合于具有单 一功能的实时系统，而m i n i g u i l i t e 则适合于具有良好扩展性的嵌入式系统。 4 5 2m i n i g u l 的移植 想要用m i n i g 开发嵌入式图形用户界面，必须先移植m i n i g u i 到目标板的 操作系统中，以下从两个方面介绍移植的主要步骤，首先要从北京飞漫软件公司 嵌入式l i n u x 操作系统的定制和图形应用软件的移植 网站h t t p ：w w w m i n i g u i c o r n d o w n l o a d 免费下载三个基本的开源安装软件： l i b m i n i g u i - 1 3 3 t a r g z 、m i n i g u i - r e s - 1 3 3 t a r g z 、m g - s a m p l e s 1 3 0 t a r g z 。之后进行 安装： 1 ) p c 开发环境的搭建 在p c 机m m i g u i 软件，我们是基于r e d h a t 9 0 操作系统的基础上，下面是 主要的安装步骤： 撑t a rz x fl i b m i n i g u i 一1 3 3 t a r g z 拌t a rz x f m i n i g u i r e s 一1 3 3 t a r g z 撑c dl i b m i n i g u i - 1 3 3 撑c o n f i g u r e 群m a k e 捍m a k ei n s t a l l 安装m i n i g u i 库函数 # c d # c d m i n i g u i - r e s - 1 3 3 # m a k ei n s t a l l 安装m i n i g u i 资源 # c d 撑t a rz x f m g s a m p l e s 一1 3 0 t a r g z 撑c o n f i g u r e 拌m a k e 简单的例子编译 通过以上步骤，就基本上安装了我们所安装的m i n i g u i 软件，可以在p c 上 开发程序，并且编译。 2 ) 目标板的软件移植 通过p c 开发的应用程序，如果想在我们的开发板上运行程序，必须为我们的 开发板搭建一个开发环境。使其能够运行m i n i g u i 应用程序。下面是主要的安装 步骤： 群c dl i b m i n i g u i 一1 3 3 撑m a k em e n u c o n f i g # m a k e # m a k ei n s t a l l 最基本的配置如下： 配置m i n i g u i 软件，如图4 - 6 所示 安装嵌入式m i n i g u i 软件 在f o n to p t i o n 里选择如下项目：r a wb i t m a pf o n t 、i n c o r ef o n ts a n s s e r i f , i n c o r e f o n tc o u r i e r 、i n c o r ef o n t s y m b o l 、i n c o r ef o n tv g a s 、q tp r e r e n d e r e df o n t 和t r u e t y p e f o n t ： 4 7 北京交通大学硕士论文 在i m a g eo p t i o n s 里选择如下项目：i n c l u d e ss a v e b i t m a p r e l a t e df u n c t i o n s 、g i f f i l es u p p o r t 、j p gf i l es u p p o r t 、p n gf i l es u p p o r t ； 在i n p u tm e d t h o l do p t i o n 里选择i m e ( g b 2 3 12 ) s u p p o r t ； 在d e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n to p t i o n 里选择：( l i n u x ) p l a t f o r m 、( a r m - l i n u x g c c ) c o m p i l e r 、( g l i b c ) l i b c ； 把库装到交叉编译器的目录下，其它的用缺省的选项就可以了，通过编译就 可以生成我们所需要的开发环境，下面是把m i n i g u i 移植到板子上去。把 冀弱麓霹麓壁豳爨翳隧隧憩圈塑黧登隧塑隧麴隧隧豳麴魈隧麴麴魈物魈搦塞曼塑堕黑i 黑! ! 漫 空斜：( d煽 碍毽髓蓊( 塑终绱显转剖( 9帮渤 图4 - 6m i n i g u i 配置界面 f i g 4 - 6 m i n i g u lc o n f i g u r a t i o ni n t e r f a c e u s r l o c a l a r m 3 4 1 a r m 1 i n u x l i b 中相应的m i n i g u i 库拷到目标文件系统的 u s r l o c a l l i b 目录中去，然后拷贝m i n i g u i 配置文件u s r l o c a l e t e m i n i g u i c f g 到目 标文件系统的u s r l o c a l e t c 并且修改m i n i g u i c f g 文件，如下所示： s y s t e m 】 g a l _ e n g i n e = f b c o n设置g a l 引擎 i a l e n g i n e = c o n s o l e设置i a li ji 擎 m d e v = d e v m o u s e设置鼠标设备 m t y p e = p s 2设置接口类型 e o e o n d e f a u l t m o d e = 6 4 0 x 4 8 0 1 6 b p p 根据你的l c d 大小自己设置 这样，m 硒g u i 就移植成功了。如下图4 7 所示，下图是我们移植了m i n i g u i 配置环境后，开发的一个界面。 4 8 嵌入式l i n u x 操作系统的定制和图形应用软件的移植 4 6小结 图4 7l c d 显示图片 f i g 4 - 7p h o t oo fl c d 本章的主要研究了l i n u x 嵌入式操作系统的定制和图形应用软件的移植问题， 分析了u b o o t 的启动流程并根据硬件组成移植到控制器中，完成了l i n u x 操作系 统的定制，文件系统的制作，为了开发用户图像界面，还移植m i n i g u i 软件，通 过上面的过程，我们已经能够在开发板上运行l i n u x 操作系统，并且能够开发我们 自己需要的图像用户界面控制程序。 4 9 北京交通大学硕士论文 5 嵌入式驱动程序设计 设备驱动可以理解为操作系统的一部分，对于一个特定的硬件设备来说，其 对应的设备驱动程序是不同的。比如网卡、声卡、键盘、鼠标、显卡等。对于操 作系统来说，挂接的设备越多，所需的设备驱动程序也越多。操作系统本身并没 有对种类繁多的硬件设备提供持久不变的“设备驱动”，也就是说操作系统在没有设 备驱动程序支持下是无法正常支配硬件行为的。这个时候，就需要独立开发一套 适合自己产品的设备驱动。同时，l i n u x 发展到现在，对一些通用设备也已经有了 很好的支持。例如：在本系统上，对于网卡、f l a s h 、s d r a m 和串口，在l i n u x 2 6 1 5 内核中都已经有很好的驱动支持。因此，本系统的驱动程序开发主要针对a d 、 d a 和l c d 模块的开发。 当前开