（信号与信息处理专业论文）基于arm和linux数据采集系统的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 对温度、湿度、压力等数据的采集在很多工农业生产中都普遍存在着。目 前大部分的数据采集系统使用8 位单片机作为控制器，由于单片机自身功能的 限制，它的采样速率，数据采集的方式等均受到一定的限制，而且它没有自己 的操作系统，可视性和可操作性相对比较差。因此，研究一种新型的、具有高 速的采样速率、多样化的数据采集方式以及操作性非常强的数据采集系统非常 的有必要。 本论文采用三星公司的a r m 9 内核的$ 3 c 2 4 1 0 作为主控制器，嵌入式l i n u x 作为操作系统，通过$ 3 c 2 4 1 0 的r s - 4 8 5 、1 2 c 总线来控制和传输由不同类型数据 采集器采集到的数据；利用嵌入式图形用户界面g u i 的编程工具 q t e ( q t e m b e d d e d ) 设计的用户界面，结合开源嵌入式数据库s q l i r e 3 ，实现对 各种不同数据采集器的控制和数据的采集；利用l i n u x 系统中的v i d e 0 4 1 i n u x 编程实现对现场的视频监视；同时利用$ 3 c 2 4 1 0 的g p i o 和中断口设计的键盘能 够像p c 键盘那样方便的对用户界面进行操作，整个系统完成数据的采集、传输、 存储、监视等功能。此系统不但减少了使用处理器的数量，而且采样速率，采 样精度等都有比较大幅度的提高，同时通过实时的视频监视还可以及时知道数 据现场的情况，这些对复杂环境下的数据采集尤为有利。 本论文的重点是完成用户界面的设计、键盘驱动及与o t e 的键值映射、 r s 一4 8 5 及1 2 c 总线驱动和视频监视的实现。本论文完成了整个数据采集系统的 初步设计，在油气田开采现场的数据采集中运行效果良好，虽功能尚待进一步 完善，但具有一定的实用价值。 关键词：数据采集、视频监视、o t 、s qi i r e 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 j 页 a b s t r a c t t h ed a t ac o l l e c t i o no ft e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y ，p r e s s u r ea n do t h e r sa r e w i d e l yu s e di nm o s to fi n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n m o s to f t h ed a t ac o l l e c t i o ns y s t e m ( d c s ) u s e8 - b i tm c ua st h ec o n t r o l l e rp r e s e n t l y ， b u tb e c a u s eo ft h e i rf u n c t i o n a l1 i m i t a t i o n s ，t h es a m p l i n gr a t ea n dt h e m a n n e ro ft h ed a t ac o l l e c t i o nh a v ec e r t a i nr e s t r i c t i o n s ，f o rt h em o r e ， m o s to f t h em c uh a v en oo p e r a t i n gs y s t e m ( o s ) ，t h e v i s i b i l i t ya n d m a n e u v e r a b i l i t ya r en o tv e r yc o n v e n i e n t i ti sv e r yn e c e s s a r yt oi n i t i a l ar e s e a r c ho nad a t ac o l l e c t i o ns y s t e mw h i c hh a sh i g h s p e e ds a m p l i n gr a t e ， v a r i e t yc o l l e c t i o nm a n n e ra sw e l la ss t r o n gi n t e r o p e r a b i l i t y t h e d c s i nt h i st h e s i su s e $ 3 c 2 4 1 0a st h ec p ua n de m b e d d e dl i n u xa s t h eo s ，i ti sc o n t r o l l e dt h r o u g ht h eg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c ew h i c h d e s ig n e db yq t e ( q t e m b e d d e d ) a n do p e n s o u r c ee m b e d d e dd a t a b a s es q lir e 3 ： i tc a nc o n t r o la n dt r a n s m i tt h ed a t aw h i c hg o tf r o md i f f e r e n tt y p eo f d a t ac o l l e c t o r st h r o u g ht h er s - 4 8 5a n di z cb u s ：i tr e a l i z et h eo n - s i t e v i d e os u r v e i l l a n c eu s i n gv i d e 0 4 l i n u xi nl i n u xo s ：i th a sak e y b o a r dt o o p e r a t et h ew h o l eg u id e s i g n e db yt h eg p i op o r t sa n di n t e r r u p tp o r t so f $ 3 c 2 4 1 0 t h ed c si nt h i st h e s i sh a s t h ef u n c t i o no fd a t ac o l l e c t i o n ， t r a n s m i s s i o n ，s t o r a g e ，m o n i t o r i n ga n de t c t h i ss y s t e mn o to n l yr e d u c e t h en u m b e ro fp r o c e s s o r s ，b u ta ls oi m p r o v et h es a m p li n gr a t ea n ds a m p li n g p r e c i s i o n ，a tt h es a m et i m e ，t h er e a l t i m ev i d e os u r v e i l l a n c ec a na l s o b et i m e l yt ok n o wt h es c e n eo ft h ed a t ac o l l e c t i o n ，i ti sf a v o r a b l ef o r s o m ec o m p l e xe n v i r o n m e n t s t h e r ea r es o m ef o c u sp o i n t ss u c ha st h ed e s i g no fg u i ，t h ed r i v e ro f k e y b o a r da n dk e ym a p p i n go fq t e ，t h ed r i v e ro fr s 一4 8 5a n d1 2 cb u sa sw e l l a st h ef u n c t i o no fv i d e os u r v e i l l a n c ei nt h i st h e s i s ，i th a sa c c o m p l i s h e d t h ep r e l i m i n a r yd e s i g no ft h ed c sa n dr u nw e l la tt h ee x p l o i t a t i o no f o i la n dg a s ，i th a ss o m ep r a c t i c a lv a l u et h o u g ht h ef u n c t i o nn e e ds o m e m o r ei m p r o v e m e n t k e y w o r d s ：d a t ag o ii e c t i 0 1 1 、v i d e os u r v e iil a n c e 、o t 、s q ii t e 3 西南交通大学四南父遗大罕 学位论文版权使用授权书 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，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：书最舞皂 指导老师签名： 日期： 楫互咿殁 日期： t ，r ；| i 西南交通大学曲南父遗大罕 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文完成的主要功能如下： 1 利用q t 结合s q l i r e 3 数据库的图形用户界面的设计 2 键盘驱动、r s - 4 8 5 及1 2 c 总线驱动的实现 3 视频监视和b m p 及j p e g 图片的保存 学位论文作者签名： 日期： 翻毒 y 式ts 1 手弘 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 引言 第1 章绪论 随着i t 技术的发展，特别是微电子和微处理器的发展和市场的推动，使得 嵌入式系统应用到社会发展的方方面面。嵌入式系统的定义有很多种，i e e e ( 国 际电机工程师协会) 对嵌入式系统的定义是“控制、监视或者辅助装置、机器 和设备运行的装置”，这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系 统除了是软件和硬件的综合体外，还可以有机械等附属装置。不过上述定义并 不能充分体现出嵌入式系统的精髓，目前国内一个普遍被认同的定义是：以应 用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可 靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 从国内普遍认同的定义可以看出嵌入式系统是一个专用的计算机系统，它由 硬件和软件两大部分组成。硬件主要由嵌入式微处理器、存储器及i o 设备组 成，软件主要是由嵌入式操作系统组成。在嵌入式系统中，其核心是嵌入式微 处理器，嵌入式微处理器由通用计算机中的c p u 演变而来的，目前流行嵌入式 微处理器大部分是3 2 位或3 2 位以上的处理器，具有较高的性能，但与计算机 处理器不同，在实际嵌入式应用中，嵌入式微处理器只保留和嵌入式应用紧密 相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现 嵌入式应用的特殊要求，同时嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、 可靠性高的优点，主要的嵌入式微处理器类型有p o w e rp c 、d s p 、m i p s 、a r m s t r o n g a r m 等系列。 嵌入式操作系统是指操作系统的内核或微内核。嵌入式操作系统是嵌入式系 统的灵魂，它的出现提高了嵌入式系统的开发效率，减少了系统开发的总工作 量，提高了嵌入式软件的可移植性。对于嵌入式系统而言，应用程序可以没有 操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理的调度多任务，利用系统资源、系 统函数以及和库函数接口，必须选择嵌入式操作系统开发平台，这样才能保证 程序执行的实时性、可靠性，保证软件质且【1 | 。嵌入式操作系统负责嵌入系统 的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调并发活动，它必须体现其所 在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能，随着信息及 网络技术的发展、信息家电的普及应用及嵌入式操作系统的微型化和专业化， 嵌入式操作系统开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展，其在系统 实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较 为突出的特点1 2 j ，常见的嵌入式系统有：l i n u x 、u c l i n u x 、w i n c e 、p a l m o s 、 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 s y m b i a n 、v x w o r k s 等。 随着嵌入式系统的迅速发展，嵌入式图形用户界面( g u i ) 系统也得到了相应 的发展，涌现出了大量的嵌入式g u i 系统，很多嵌入式g u i 在不同系统间可以 通用，而且具有很好的易用性和强大的功能，正因为这些特点而逐渐被广泛应 用。目前比较流行的嵌入式g u i 系统有o p e n g u i 、m i n i g u i 、( j e m b e d d e d 等。 1 2 论文的提出 在生产或科研工作中，对一些数据的采集和分析是项基础而又关键的工作， 数据采集系统是计算机在工农业控制中最普遍的应用系统。目前市场上大部分 的数据采集系统采用单片机作为控制器，由于单片机自身功能的限制，它的采 样速率和采样精度均受到一定的限制，采集到的数据也比较单一，而且一般的 单片机没有自己的操作系统，其采集过程的可视性和操作性都比较差。本论文 是一个油气田数据采集子系统，要求能在复杂环境下将不同类型数据采集器( 本 论文中主要是通过r s 一4 8 5 总线和1 2 c 总线对采集器的数据进行传输，称为4 8 5 采集器和1 2 c 采集器) 采集到的数据进行保存并能监视现场情况，同时能提供方 便实用的用户操作界面。如果本系统也采用传统的单片机控制方法显然很难实 现，且会因为它没有自己的操作系统而无法提供方便实用的用户操作界面。结 合数据采集系统的实际需要，本论文采用了三星公司a r m 9 2 0 t 核的$ 3 c 2 4 1 0 嵌 入式微处理器作为主控制器，利用r s - 4 8 5 总线控制并传输由4 8 5 采集器采集到 的数据，利用1 2 c 总线控制i2 c 采集器对数据的采集( 其中4 8 5 采集器有专门的 控制模块来控制，它们的控制及采集过程不属于本论文研究范围，见5 1 节) ， 操作系统采用以其源代码免费开放、任意定制及裁剪、易移植等优点著称的嵌 入式l i n u x 系统，文件系统采用可读写的y a f f s 文件系统，界面部分选用嵌入 式图形用户界面工具q t e 进行设计。 $ 3 c 2 4 1 0 处理器是三星公司的一款1 6 3 2 位r i s c 处理器，拥有6 4 m 的s d r a m 和6 4 m 的n a n df l a s h ，主频达到2 0 3 m h z ，适用于手持设备、p o s 机、数字多媒 体播放设备等，具有低价格、低功耗、高性能等特点。$ 3 c 2 4 1 0 提供了丰富的内 部设备：1 6 k b 的指令c a c h e 和1 6 k b 数据c a c h e ，m m u 虚拟存储器管理，l e d 控 制器( 支持t f t 和s t n ) ，支持n a n d 引导系统，3 通道u a r t ，4 通道d m a ，4 通道 p w m 定时器，i o 端口，r t c 时钟，8 通道1 0 位a d c 和触摸屏接口，1 2 c 总线接 口，i i s 总线接口，u s b 主机接口，u s b 设备接口，s d 卡和m m c 卡接口，2 个s p i 总线接口以及内部p l l 时钟倍频器【3 j 。 l i n u x 系统自1 9 9 1 年问世至今，仅有十几年的时间，而它在全球计算机产 业界的影响却超过了之前的任何一个操作系统，l i n u x 是一个成熟、稳定的网络 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 操作系统，把它作为嵌入式操作系统具有很多优点：它是遵循g p l 协议的开放 源码软件，任何人都可以从互联网上得到，不需要许可证费用，开发成本低； 核心代码是开放的，所有人都可以根据自己的意图修改和定制开发适合自己的 产品；内核代码易于裁剪，可以根据应用具体需要增加或裁减某些功能，以适 应产品的需求；核心代码采用移植性比较好的c 语言编写，可以很容易地移植 到其它处理器上；应用软件众多，在开发嵌入式产品时，支持多种硬件平台， 应用软件多，简单易用且开放源代码，可广泛用于产品、p d a 、手机等信息家电 领域。 q t 是一个跨平台的c + + 图形用户界面应用程序框架，它是完全面向对象的， 很容易扩展，并且允许真正地组件编程，自从1 9 9 6 年早些时候，q t 进入商业领 域，它已经成为全世界范围内数千种成功的应用程序的基础，q t 也是流行的 l i n u x 桌面环境k d e 的基础，在q t 公共许可证和g n u 通用公共许可证下，它是 免费的，o t e 是q t 为了开发自由软件提供的嵌入式版本，遵循g n u 公共许可证， 源代码开放，可从网络上下载其资源【4 j 。 1 ，3 本论文的相关研究工作 本论文完成了油气田数据采集子系统的设计并加以实现，首先完成数据采集 系统图形用户界面的整体功能设计，可以通过该界面完成对整个系统的控制， 在界面设计过程中应用到嵌入式数据库s q l i r e 3 ，通过数据库完成不同类型数据 采集器的配置，采集站点的配置等工作，然后完成部分器件的驱动设计，主要 有l c d 驱动的修改和移植、自制键盘的驱动书写及其与o t e 的映射，r s - 4 8 5 和1 2 c 总线驱动的书写及与数据的传输控制，最后通过o v 5 1 1 芯片摄像头完成数 据采集过程中的视频监视和图像保存。整个数据采集系统的控制在以q t 设计的 图形用户界面中完成，系统以a r m 微处理器为核心，嵌入式l i n u x 为操作系统。 1 4 本论文的主要研究内容 本论文围绕数据采集为核心进行研究，共分为以下几个部分： 第l 章绪论部分主要提出论文的现状，研究目的和主要研究内容。 第2 章详细叙述了采集系统的总体设计及平台搭建。 第3 章解决基于q t 的g u i 设计，结合嵌入式数据库完成整个数据采集系统 界面部分的设计。 第4 章完成l c d 驱动的移植以及键盘的驱动书写，同时完成键盘与界面间的 映射，能够通过键盘来控制整个界面。 第5 章是整个数据系统的核心部分，它完成了r s - 4 8 5 以及1 2 c 总线的驱动 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章采集系统总体设计及平台搭建 2 1 硬件平台的搭建 系统控制器采用三星公司$ 3 c 2 4 1 0 处理器，经过性价比决定采用博创公司 u p - n e t a r m 2 4 1 0 的核心板，主要资源有基于a r m 9 架构的嵌入式芯片 $ 3 c 2 4 1 0 ，主频2 0 3 m h z ，6 4 m b 的s d r a m 和6 4 m b 的n a n df l a s h 以及所 有s 3 c 2 4 1 0 的控制引脚接口，n a n df l a s h 采用三星公司的k 9 f 1 2 0 8 ，s d r a m 由2 片h y 5 7 v 5 6 1 6 2 0 芯片组成，每片3 2 m 。外围在核心板引脚接口的基础上 主要设计有l c d 接口电路，g p i o 口键盘电路( 6 x 6 小键盘) ，d m 9 0 0 0 a e 网卡用 于文件下载，u s b 接口用于u 盘数据下载，用于串口数据传输的的r s 2 3 2 、 r s 4 8 5 总线电路以及1 2 c 总线数据传输相关电路等。平台整体硬件设计框图如 图2 1 。 电源、复位、j t a g 调试接口 r j 4 5 接口 2 1 1l c d 模块 i n t e r n e t ( d m 9 0 0 0 a ) 图2 1 系统硬件框图 i i c 接口电路 l c d 接口电路 液晶显示器l c d ，特别是点阵式液晶，己经成为现代仪器仪表用户界面的主 要系统发展方向，它不仅省电，而且能够显示大量的信息，如各种文字、曲线 等等，比传统的数码管显示器有了质的提高。本论文l c d 模块采用s h a r p 公司 t f t 型l c dl 0 0 4 3 ，其分辨率为4 8 0 x 2 7 2 ，通过$ 3 c 2 4 1 0 的l c d 控制器直接控制 l c d ，l c d 电路是将$ 3 c 2 4 1 0 的l c d 信号线直接连到插座上，与l q 0 4 3 提供的 湍删 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 电路接口匹配。其电路原理图如图2 2 ，右边为背光电压提供电路，需2 1 v 左 右电压。 2 1 2u s b 模块 图2 - 2l c d 模块电路 y d d 2 l d c u s b 主要目的是为了u 盘下载数据，设计有1 个u s bh o s t 接口和1 个u s b d e v i c e 接口，u s b 从口具有插入检测电路，可以产生中断告知处理器有u s b 电 缆插入的功能，在u s b 差分线靠近c p u 的地方都串联有2 2q 电阻，电路原理图 见图2 - 3 所示。 图2 3u s b 主从口电路 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 2 1 3 网卡模块 论文采用l i n u x 内核直接支持的1 0 0 me t h e r n e t 网卡d m 9 0 0 0 a e 芯片r j 4 5 接口，支持双绞线对翻转，会在宿主机往$ 3 c 2 4 1 0 中传输数据时采用的n f s 方 式中用到，网卡芯片于$ 3 c 2 4 1 0 的接口电路如图2 4 所示。 v d d 2 5 2 1 4r s 2 3 2 模块 图2 - 4 网卡d m 9 0 0 0 a e 电路图 r s 2 3 2 模块用在$ 3 c 2 4 1 0 的启动过程中内核和文件系统的移植，通过该串口 与p c 的串口相连将数据移植到$ 3 c 2 4 1 0 中，$ 3 c 2 4 1 0 提供有3 对串口引脚，本 论文使用其中的u a r t o 对应其t x d o 与r x d o ，用m a x 3 2 3 2 芯片做t t l - r s 2 3 2 电 平转换。电路原理图见图2 - 5 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 c i + 、】d n c i v + 1 2 + u g m n n r l nr 】o 听 1 跚删 r 2 咐r 2 0 听 图2 - 5r s 2 3 2 模块电路 本论文中其他相关硬件设各如键盘接口电路、r s 一4 8 5 及i 接1 3 电路由于涉 及到驱动的编写，将在接下来的几章中介绍，系统硬件实物图如图2 - 6 所示。 图2 - 6 系统硬件实物图 2 2 软件平台的搭建 2 2 1p c 机软件平台的搭建 ( 1 ) 安装k i n u x 操作系统 本论文采用的是r e d h a t 9 0 操作系统，安装时选择了安装全部软件，为了避 免在以后的应用程序中缺少所需要的库而引起的不必要的麻烦。安装好操作系 统后配置好p c 的n f s 文件系统，设置本机i p 地址为1 9 2 1 6 8 1 0 1 0 0 ，为通过 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 n f s 方式向$ 3 c 2 4 1 0 移植应用程序做准备，配置好l i n u x 系统下的超级终端 m i n i c o m ，设置串口1 的参数分别为1 1 5 2 0 0 、8 、n 、1 。 ( 2 ) 安装本机o t o p i a 虚拟平台 q t o p i a 是q t 编译完成的应用程序发布的平台，所有在本机q t o p i a 上调试 通过的程序经交叉编译后可以直接下载到$ 3 c 2 4 10 中使用。安装本机q t o p i a 平 台需要的软件有q t e m b e d d e d 一2 3 1 0 一f r e e t a r g z 、 q t x l 卜2 3 2 t a r g z 、 q t o p i a - f r e e s o u r c e 一2 1 1 t a r g z 、t m a k e 一1 1 3 t a r g z 和e 2 f s p r o g s 一1 3 5 t a r g z ，其中q t e m b e d d e d 一2 3 1 0 用来生成m o c ( m e t ao b j e c tc o m p i l e r ) 元对 象编辑器和q t 支持库li b q t e s o ；q t x l1 - 2 3 2 用于生成q v f b ( q tv i r t u a l f r a m e b u f f e r ) 虚拟帧缓冲工具、o td e s i g n e r 图形化应用程序设计工具和 u i c ( u s e ri n t e r f a c ec o m p i l e r ) 用户界面编辑器；q t o p i a 一2 1 1 生成q t o p i a 虚拟平台；t m a k e - i 1 3 是生成和管理m a k e f i l e 的工具；e 2 f s p r o g s 1 3 5 用来 生成1 i b u u i d ，q t o p i a 需要此库的支持。u i c 是从u i 文件生成c + + 代码的用户 界面编辑器，用来生成h 和c p p 文件；m o c 是用于q tc + + 扩展的m e t ao b j e c t ( 元 对象) 编辑器，用来解析一个c + + 文件中的类声明并且生成初始化对象的c + + 代 码；q v f b 是x 窗口用来运行和测试q t 应用程序的系统程序。 ( 3 ) 交叉编译o t o p i a 虚拟平台 此为q t e 应用程序的发布平台，交叉编译完成后将安装路径的i m a g e o p t 下生成q t o p i a 文件移植到$ 3 c 2 4 10 中。交叉编译q t o p i a 虚拟平台需要的软件 有q t e m b e d d e d 一2 3 i 0 一f r e e t a r g z 、q t x ll 一2 3 2 t a r g z 、q t o p i a f r e e s o u r c e 一2 1 1 t a r g z 、1i b j p e g i w m m x t t a r b z 2 、t m a k e 一1 1 3 t a r g z 和 e 2 f s p r o g s 一1 3 5 t a r g z ，交叉编译器为a r m l i n u x g c c 一3 4 1 。 ( 4 ) 建立q t e 交叉编译环境 q t 应用程序发布到$ 3 c 2 4 1 0 上执行之前必须经过交叉编译，本论文采用的 交叉编译方式是在宿主机平台上完成，编译链接生成可运行于目标平台的可执 行文件。宿主机上安装q t e 交叉编译环境需要的开发软件有： t m a k e 一1 1 3 t a r g z 、q t e m b e d d e d 一2 3 1 0 一f r e e t a r g z 、q t x l l 一2 3 2 t a r g z ，交叉编译器为a r m li n u x g c c 一3 4 1 。 上面的( 2 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 中的软件安装过程比较多，很多资料及网络上都有详 细的安装方式，这里不再赘述。 ( 5 ) 建立本机s q i i r e 3 环境 在本论文的界面设计过程中用到了嵌入式数据库s q l i t e 3 。s q l i r e 3 的安装 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 比较简单，从网上下载其源码包，本论文使用的版本是s q l i t e 一3 5 3 ，在p c 机上安装如下： # t a rz x v fs q li t e 一3 5 3 t a r g z # c ds q l i r e 一3 5 3 # c o n f i g u r e 一一d is a b l e t c l 一一p r e f i x = s q l i t e i n s t a l l # m a k e ：m a k ei n s t a l l 以上就完成了s q l i t e 3 数据库在p c 机上的安装。安装目录下的b i n 文件夹中就 是s q l i t e 3 命令，通过该命令就可以建立数据库，修改数据表等操作了。 ( 6 ) 交叉编译s q ii t e 3 交叉编译过程也比较简单，同上面的方式类似，但要注意到编译器的变化， 安装方法如下： # t a rz x v fs q l i t e 一3 5 3 t a r g z # e x p o r tc o n f ig b u i l d s c = g c c # e x p o r tc o n f i g t a r g e t c c = a r m 一1i n u x g c c # c ds q l i t e 一3 5 3 # c o n f i g u r e d i s a b l e t c l 一一p r e f i x = s q l i t e t a r g e t 一一h o s t = a r m l i n u x # m a k e ：m a k ei n s t a l l 完成以上各个步骤后，将会在s q l i t e t a r g e t 文件夹中得到b i n 、l i b 、i n c l u d e 三个文件夹，其中包含有可执行的文件s q l i r e 3 ，库文件在l i b 目录下，以及在 i n c l u d e 文件夹下的头文件。 至此已经完成了本论文开发q t 应用程序所需要的所有软件环境，由于在 l i n u x 系统下安装的软件在执行前要重新配置好它们的运行环境和依赖的库，这 些环境是在安装时设置的，最好在安装完成以后写一个b a s h 脚本程序将这些变 量记录下来，运行软件前使用s o u r c e 命令激活环境变量和库，本论文的环境变 量设置脚本如下： e x p o r tt m a k e d i r = q t o p i a t m a k e 一1 1 3 e x p o r tt m a k e p a t h = q t o p i a t m a k e 一1 1 3 1 i b q w s 1i n u x x 8 6 一g + + e x p o r tq t 2 d i r = q t o p i a q t 一2 3 2 e x p o r tq p e d i r = q t o p i a q t o p i a 一2 1 1 一h o s t e x p o r tq t d i r = q t o p i a q t 一2 3 1 0 一h o s t e x p o r tl d _ l i b r a r y p a t h = $ q t d 工r l i b ：$ q t 2 d i r 1 i b ：s q p e d i r 1 i b ： s q l i t e i n s t a l l l i b ：$ l d l i b r a r y p a t h 添加了s q l i t e 3 的库 e x p o r t p a t h = q t o p i a q t 一2 3 1 0 h o s t b i n ：u s r k e r b e r o s s b i n ：u s r k e r b e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 r b e r o s b i n ：u s r l o c a l s b i n ：u s r 1 0 c a l b i n ：s b i n ：b i n ：u s r s b i n ：u s r b i n ：u s r x l1 r 6 b i n ：r o o t b i n 2 2 2 $ 3 c 2 4 1 0 软件平台架构 $ 3 c 2 4 1 0 软件平台主要是能让一个嵌入式系统运行起来所需要的软件，一般 来说一个完整的嵌入式l i n u x 系统开发由以下几个部分组成【6 】： ( 1 ) 系统引导程序 系统启动时第一时间执行的一段代码，在功能上类似p c 机上的b i o s 系统。 该程序负责在上电初始化时装载l i n u x 内核到内存，并把引导参数传递给内核， 然后执行内核。 ( 2 ) l in u x 内核 整个应用系统的核心，它负责统一调度和管理系统上的所有资源，系统启动 过程中，在引导代码之后进一步初始化外设和系统配置，可根据系统功能需求的 不同，裁减、配置内核使其能在特定的目标板上运行。 ( 3 ) 文件系统 l i n u x 系统下的重要组成部分，可以简单理解为系统下各种文件的有机组织 结构，一般包含系统以及其上应用程序运行时所需的各种库文件和资源文件。实 际应用时，单一的r a m d i s k 文件系统往往不能够很好地满足系统应用的需要，在 设计时，从系统应用角度通常会扩展一些特殊的文件系统，如c r a m f s 和j f f s 2 文件系统等。 ( 4 ) 图形用户界面 对通用计算机而言，图形用户界面一直是其重要的组成部分，对需要用户交 互处理的嵌入式系统同样如此。 ( 5 ) 上层应用程序 即为完成这个系统的功能所开发的基于嵌入式l i n u x 或特定的嵌入式g u i 的应用程序。 在本论文中，b o o t l o a d e r 使用韩国m i z e 公司开发的v i v i ，内核是2 4 1 8 版本的，根文件系统使用c r a m f s 系统，同时挂载了可读写文件系统y a f f s ，这 样可以永久保留放到$ 3 c 2 4 1 0 里的应用程序，g u i 采用嵌入式o t e 并通过q t o p i a 显示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 2 2 3 $ 3 0 2 4 10 软件下载移植过程 这里的下载移植过程主要是在$ 3 c 2 4 1 0 上建立q t o p i a 环境，执行应用程序 的过程。如在交叉编译q t o p i a 时所讲的，在交叉编译完成以后要将安装路径 i m a g e o p t 下生成q t o p i a 文件移植到$ 3 c 2 4 1 0 中，通过n f s 方式下载到文件系 统的y a f f s 可读写目录下，同时将安装路径下的 s r c e 2 f s i n s t a l i i i b l i b u u i d s o * 、s r c j p e g i n s t a l l 1 i b 1 i b j p e g s o * 以及编译器 u s r l o c a l a r m 3 4 i a r m l i n u x l i b l i b g c c s s o * 移植到y a f f s 下的1 i b 目录，将交叉编译的s q l i t e 3 目录下的l i b s q l i t e 3 s o * 移植到o t o p i a 的l i b 目录下，并在目标机的q t o p i a 目录下建立t m p 和r o o t 两个新目录。同样在$ 3 c 2 4 1 0 上要配置软件运行环境， 本论文$ 3 c 2 4 1 0 环境配置脚本程序q t o p i a s h 如下： # ! b i n s h e x p o r th o m e = r o o t e x p o r tq t d i r = m n t y a f f s q t o p i a e x p o r tq p e d i r = m n t y a f f s q t o p i a e x p o r tk d e d i r = m n t y a f f s q t o p ia e x p o r tl d l i b r a r y _ p a t h = $ l d _ l i b r a r y _ p a t h ：m n t y a f f s q t o p i a li b e x p o r to w ss i z e = 4 8 0 x 2 7 2 e x p o r tq w sm o u s e p r o t o = ”t p a n e l ：d e v i n p u t e v e n t ou s b ”u s b 鼠标 e x p o r to w s k e y b o a r d = ”s k b ：d e v k b d _ m 6 x 6 ”键盘驱动映射 e x p o r tl a n g = z h c n c p u s r q p e e t c t s c o n f t m p c d u s r q p e b i n i f ”$ l ”= ”c ” ：t h e n q p e & d 6 v n u ll e c h o i n s m o dk e y b o a r dd r i v e rs u c c e s s “ e c h o u p lo a do t o p i ap r o f il es u c c e s s “ 将此脚本程序放在o t o p i a 目录下，在文件系统的u s r e t c r c 1 0 c a l 文件中添 加语句肿t y a f f s q t o p i a q t o p i a s h 可以实现开机时自动启动o t o p i a 界面。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 第3 章基于q t 的g ui 设计 3 1g u l 设计相关软件介绍 本论文的界面采用嵌入式图形用户界面q t 结合开源嵌入式数据库s q l i t e 3 设计，然后在q t o p i a 平台上显示。q t 是一个多平台的c + + 图形用户界面应用程 序框架，它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的所有功能， q t 是完全面向对象，很容易进行扩展，并且允许真正的组件编程，采用 s i g n a l s l o t ( 信号槽) 的事件信号传递机制，此机制对促进对象通信提供一个 类型安全的方法，由挪威t r o l l t e c h 公司出品，q t 支持几乎所有的u n i x 系统， 还支持w i n n t w i n 2 k 等平台。o t e 是一个完整的包含g u i 和基于l i n u x 的嵌入 式平台开发工具，是q t 在嵌入式环境下所使用的版本，其特性是可以直接在 f r a m e b u f f e r 上显示图形接口，运行速度更快，这对硬件与容量都有限制的嵌入 式环境来说非常重要。q t o p i a 是t r o l l t e c h 公司为采用嵌入式l i n u x 系统的消 费电子设备而开发的综合应用平台，面向嵌入式l i n u x 的综合应用平台。q t o p i a 包含完整的应用层、灵活的用户界面、窗口操作系统、应用程序启动程序以及 开发框架，它是基于q t e 的，是经o t e 编译完成的应用程序发布的平台，使 用q t e 不仅可以开发q t o p i a ，也可以用来开发面向q t o p i a 的第三方软件，其 实现结构如图3 1 【5 】所示。s q l i t e 是一款轻型的数据库，是遵守a c i d 的关联式 数据库管理系统，它的设计目标是嵌入式的，而且目前已经在很多嵌入式产品 中使用了它，它占用资源非常的低，在嵌入式设备中，可能只需要几百k 的内 存就够了，s q l i r e 3 是s q l i t e 的一个版本。 q t ea p p li c a t i o n p l a t f o r ma p i o t o p i ac o r e o t e l i n u xa p i e m b e d d e dl in u x d e v ic eh a r d w a r e 图3 1q t o p i a 实现结构 本论文是基于三星公司的$ 3 c 2 4 1 0 和嵌入式l i n u x 系统开发，其系统软件 环境由引导装载程序( v i v i ) 、设备驱动( 包括帧缓存f b ) 、嵌入式l i n u x 内核 ( 2 4 1 8 版本) 、文件系统( c r a m f s + y a f f s ) 、基于o t e 和o t o p i a 的用户图形界 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 面以及应用程序组成，系统平台结构如图3 - 2 p l 所示。 a p p l i c a