（信号与信息处理专业论文）嵌入式高速工业气动打印机的研制.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 工业气动打印机主要应用于汽车、机械、轻工等领域，可以对钢铁、木料等 各种原材料制成的铭牌、零件等产品进行标记打印，是工业企业对产品进行标记、 高效管理和分类的辅助工具。根据其系统结构和控制方式的不同，可以分为计算 机控制、单片机控制和上下位机混合控制三种类型。针对目前进口气动打印机功 能较完整，但是价格昂贵，而国内的气动打印机又存在打印速度低、体积庞大、 精度较低等缺陷，本文提出了一种体积小、打印速度快、低成本、打印精度高、 操作方便的嵌入式高速工业气动打印机。 通过对嵌入式高速工业气动打印机的需求分析和各方案对比，同时为了保证 打印精度和速度，系统采用上下位机混合结构与闭环控制方式。上位机采用目前 广泛使用的3 2 位高性能低功耗嵌入式r i s c ( r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ) 处 理器$ 3 c 2 4 4 0 ，用于取代传统气动打印机中的通用计算机或单片机作为主控制器， 下位机采用1 6 位超低功耗微控制器m s p 4 3 0 作为打印驱动控制器。系统支持多种 扩展接1 2 1 以保证其通用性和可扩展性，并创新性的引入网络接口。 上位机采用嵌入式l i n u x 操作系统，并且基于q t e ( q t e m b e d d e d ) 构建了自 己的轻型g u i 库，提供了高质量软件的同时保证了良好的用户体验。它主要完成 人机交互、数据管理、轮廓提取、通信等功能。系统配备6 4 m b 内存保证了系统 的高效运行；对t t f 字体和p l t 文件的支持丰富了打印内容，满足了更多客户的 需求；采用y a f f s 2 文件系统，提供了最低1 2 8 m b 的本地数据存储；系统还支持 网络共享和远程控制，首次实现了打印机的网络化；人机交互采用l c d 与触摸屏 的设计，使得操作更加直观方便。由于下位机采用1 6 位微控制器m s p 4 3 0 ，系统 增强了下位机的功能，并首次将部分打印算法下放以提高打印精度和速度。下位 机主要完成通信、直线插补运算、打印驱动控制、信息反馈等功能。 经过一年多的研制，实现了系统的全部功能。较长时间的运行调试和实际测 试表明系统操作方便，速度快且打印精准，而且打印内容清晰、规范、美观，满 足了当前市场对嵌入式高速工业打印机的系统需求，达到了市场领先水平，具有 很好的市场竞争力。 关键词：工业气动打印机，嵌入式系统，l i n u x ，q t e m b e d d e d a b s t r a ct i n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e ri sm a i n l yu s e di nt h ef i e l d so fa u t o m o b i l e s ，m a c h i n e r y , 1 i 出ti n d u s t r ye t c i tc a np r i n t o nt h en a m e p l a t e s ，i n d u s t r i a lp a r t so ro t h e r1 n d u s t r i a l d r o d u c t s ，w h i c _ ha r ema _ k eo fs t e e l ，w o o da n do t h e rr a wm a t e r i a l s - m o r e o v e r ，i t1 s a n a u x i l i a r vt o o lf o rt h ei n d u s t r i a le n t e r p r i s e so nt h em a r k i n g ，e f f i c i e n tm a n a g e m e n ta i l d c l a s s i f i c a t i o n a c c o r d i n gt o t h ed i f f e r e n c e so fs t r u c t u r ea n dc o n t r o l l i n g ，p n e u m a t l c d m t e rc a l lb ed i v i d e di n t ot h r e et y p e s ：c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e m ，m l c r o p r o c e s s o r c o n t r o l s v s t 锄a n dt h eh y b r i dc o n t r o ls y s t e m c u r r e n t l y , t h ei m p o r t e dp n e u m a t i cp r i n t e rw i t ha b e t t e rf u n c t i o ni se x p e n s i v e ；a n dt h ed o m e s t i cp n e u m a t i cp r i m e r h a sm a n yd e f e c t s ，s u c n a sl o wp r i m s p e e d ，b u l k ya n dl o wp r e c i s i o ne t c a i m i n g a tt h o s ep r o b l e m s ，n e r e p r e s e n t sa ne m b e d d e dh i g h s p e e di n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e r ( e h i p ) w i t h s m a l ls i z e ， l o w c o s t ，h i g h p r e c i s i o na n dg o o do p e r a b i l i t y a f t e ra n a l y z i n gt h ed e m a n d so ft h ee h i pa n dc o m p a r i n gt h ed i f f e r e n ts o l u t i o n s ，i t u s e sh y b r i ds t r u c t u r ew i t hc l o s e d - l o o pc o n t r o lm o d et o e n s u r et h ei l i 曲s p e e da 1 1 d p r e c i s i o n t h eu p p e r - c o m p u t e ra d o p t st h ew i d e l yu s e d3 2 b i th i g h - p e r f o r m a n c e a n d 1 0 w p o w e re m b e d d e dr i s cp r o c e s s o r $ 3 c 2 4 4 0a st h em a i nc o n t r o l l e r , w h l c hr 印l a c e s t h ec o m p u t e r o rm i c r o c o n t r o l l e r i nt h et r a d i t i o n a lp n e u m a t i cp r i n t 既 ln e l o w e r - c o m p u t e ra d o p t st h e16 b i tu l t r a 1 0 wp o w e r m i c r o c o n t r o l l e rm s p 4 3 0a st h ep r i n t d n v e rc o n 仃d l l e r i no r d e rt oe n s u r ei t sv e r s a t i l i t ya n ds c a l a b i l i t y , t h i ss y s t e ms u p p o r t sa v 耐e t vo fe x p a n s i o ni n t e r f a c e s ；f u r t h e r m o r e ，i ti n n o v a t i v e l ya d d s an e t w o r ki n t e n a c e t h eu p p e r - c o m p u t e ro p e r a t i n gs y s t e mi se m b e d d e dl i n u x b a s e do nt h eq t e ，i t b u i l d sal i g h t w e i g h tg u il i b r a r y , w h i c hp r o v i d e sh i g h q u a l i t ys o f t w a r ea n db e t t e r u s e r e x p e r i e n c e i t sm a i nj o bi sh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，d a t am a n a g e m e n t ，c o n t o u r e x t r a c t i o n ，c o m m u n i c a t i o n se t c e h i ph a s6 4 m bm e m o r yt og u a r a n t e e i t se 伍c i e n c y ； s u p p o r t i n gf o rt h et t f f o n t sa n dp l tf i l e s ，i ti n c r e a s e st h ep r i n tc o n t e n ta n dm e e t s t n e n e e d so fm o r ec u s t o m e r s ；u s i n gt h ey a f f s 2f i l es y s t e m ，i t l sp r o v i d e sam i n i m u m 12 8 m bl o c a ld a t as t o r a g e ；i ta l s os u p p o r t sn e t w o r ks h a r i n g a n dr e m o t ec o n t r o l ，1 n a d d i t i o n i ti st h ef i r s tt i m et or e a l i z et h ei n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e rn e t w o r k i n g ；f h e l c dw i t ht o u c hs c r e e nm a k e st h eo p e r a t i o nm o r ec o n v e n i e n ta n d i n t u i t i v e d u et ot h e 16 一b i tm i c r o c o n t r o l l e rm s p 4 3 0 ，t h el o w e r - c o m p u t e r sf u n c t i o nh a sb e e ne n h a n c e d i n o r d e rt oi m p r o v et h ep r i n ts p e e da n dp r e c i s i o n ，t h es y s t e mp o r t ss o m ep r i n t i n ga l g o r i t h r n i i 重庆大学硕士学位论文英文摘要 t ot h el o w e r - c o m p u t e r t h el o w e r - c o m p u t e r sm a i nj o bi sc o m m u n i c a t i o n ，l i n e a r i n t e r p o l a t i n go p e r a t i o n ，t h ep r i m e rd r i v e rc o n t r o l ，f e e d b a c ke t c a c c o r d i n gt ot h ed e s i g ns o l u t i o n ，t h i ss y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e da n dt e s t e dw i t h a l lt h ef u n c t i o n s t h r o u g hal o n gt i m ed e b u g g i n ga n dt e s t i n g ，i ts h o w st h a tt h es y s t e mi s e a s yt oo p e r a t e h a sh i g h s p e e da n dh i g h p r e c i s i o np r i m i n g w i t hc l e a r , s t a n d a r da n d b e a u t i f u lm a r k i n g ，i tm e e t st h em a r k e t i n gr e q u i r e m e n t s m o r e o v e r , t h es y s t e mh a s r e a c h e dt h el e a d e rl e v e lo nt h ei n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e r , a n dh a ss t r o n gm a r k e t c o m p e t i t i v e n e s s k e y w o r d s ：i n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e r , e m b e d d e ds y s t e m ，l i n u x ，q u e m b e d d e d i i i 重庆大学硕+ 学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 课题背景与意义 中国加入w t o 已经十多年，经济取得了突飞猛进的发展，各种工业产品的制 造量也在飞速上升，被称为“世界工厂”，同时也是使得各种品类繁多的工业产品的 管理、储运和分类等变得更为复杂。此时如何对他们进行有效的管理和分类变得 非常重要，而对各种产品进行标记正是分类管理的前提。特别是各种机械产品及 其零部件，不方便使用传统方法进行标记，因此对这些产品的标记( 包括商标、 规格、型号等) 变得更加重要，同时标记质量的好坏直接影响到产品的质量、外 观和使用寿命，也是作为产品质量不可忽视的一个重要方面。 经过长期的发展，工业打印技术已经不仅仅只是标记产品的作用，精美的标 记更有助于提升产品形象，保证企业生产的各种产品的可追溯性，为良好的售后 保证和质量提供保障。传统的标记技术主要有三种：字模压印、金属电印和激光 打印等技术 卜3 1 。但是他们都具有设备庞大、功耗大、不易于携带和高成本等缺点。 嵌入式高速工业气动打印机正是针对机械产品的特殊性和其他几种标记方法 缺点而研制一种新型标记打印工具，具有微型、功耗低、易携带、操作简单、价 格便宜等优势 3 1 。工业气动打印机通过高压气体驱动，利用物理方法可以在不同类 型的工业产品表面打印出文字或者图像等信息，标记清晰、保持持久和难以销毁 等优势。它主要应用于汽车、摩托车及其零部件、机械、轻工等领域，可以对塑 料、铝制品、钢铁器件以及木料等各种原材料制成的铭牌、零件等产品进行标记， 可以工作于比较恶劣的工业环境。最早的工业气动打印机是从国外引入的，至今 一些先进的工业气动打印机都需要从国外进口，目前国内的工业气动打印机还有 待提高，所以研制新型的工业气动打印机就十分重要【3 4 j 。 实验室和重庆恒伟精密仪器机械有限公司在工业气动打印机研制方面有着长 期的合作，共同开发了多代工业气动打印机，并取得了很好的销售业绩，有着丰 富的经验和雄厚的技术储备，为新产品的研制奠定了技术基础，同时该公司立足 西南服务全国，也保证了新产品能够很快的推向市场。 1 2 工业气动打印机的国内外研究现状 工业气动打印机又称气动打标机、气动刻印机等。从上世纪八十年代开始在 西方国家被广泛使用，国外的相关技术已经日趋成熟 4 1 。国内最早的工业气动打印 机也是从西方引进的，经历了2 0 多年的发展，研究和生产工业气动打印机的企业 重庆大学硕士学位论文1 绪论 也越来越多，由于其独特的优势，在各大汽车制造商、零部件企业等重工业企业 得到广泛应用，具有很好的市场前景。 工业气动打印机的基本工作原理是由控制器驱动步进电机移动，同时通过高 压气体冲击，通过打印针头在被标记物体表面形成由密集点阵组成的各种文字或 者图案。其中打印路径控制是工业气动打印机的核心技术，整个系统组成如下图： 图1 1 打印机系统 f i g 1 1p r i n t e rs y s t e m 控制器通过对打印内容轮廓的提取和插补运算从而计算出打印内容的运动轨 迹，再根据它控制步进电机的移动，常用的有两轴和三轴打印机。控制器对电机 的控制也分为闭环和开环两种方式。开环控制只是单向的由控制器驱动电机，而 不具有执行反馈功能，在早期型号的气动工业打印机上比较常见。而后期的产品 大多采用闭环控制，它可以对控制指令的执行结果进行实时反馈，从而更加精确 有效地控制电机完成打印。 由于我国的工业气动打印机从国外引入较晚，国内的工业气动打印机整体水 平低于国外，产品也有一定的差距。目前的主要研究内容集中在打标机硬件的微 型化、控制软件的优化、软件界面的人性化等方面。根据控制器与控制方式的不 同，工业气动打印机主要分为以下几种类型p j ： 通用计算机直接控制的工业气动打印机 通用计算机控制方式下的工业气动打印机主要有通用计算机、控制软件、步 进电机驱动电路、空气压缩机控制电路等构成，如图所示。通用计算机通过安装 专用的控制软件完成打印参数的设置、打印内容的编辑以及打印的控制等功能， 并通过接口卡产生脉冲来完成对步进电机的驱动和高压气阀的控制。 通用计算机h 阢鼬卡卜 卅”笔蠢驱动h 步进电机 上一土 小蔷 图1 2 计算机控制的打印系统 f i g 1 2c o m p u t e r - c o n t r o l l e ds y s t e m 重庆大学硕士学位论文1 绪论 该型工业气动打印机的优点在于可以充分利用通用计算机提供的强大功能， 控制软件大多基于微软的v i s u a lc + + 平台，同时可以利用各种制图软件( 如 a u t o c a d ，c o r e l d r a w 等) 实现各种复杂图形的设计。但是它也有几个比较突出的 缺点：首先，如果该型工业气动打印机应用于比较恶劣的工业环境，需换用工业 计算机，价格昂贵，增加了整个打印机的成本；其次，计算机体积较大，不便于 携带；此外，基于v i s u a lc + + 的控制软件都是通过软件延时来实现对打印速度的控 制，由于w i n d o w s 是多任务操作系统，软件层面很难实现精确的定时操作，导致 整个打印机打印速度难以提高，在高速打印状态下容易出现电机失调，打印拖尾 等现象。这种控制结构的工业气动标记系统多用于早期的产品，现在已经逐渐被 市场淘汰。 微处理器控制的工业气动打印机 该型打印机主要有微控制器电路、人际交互接口、打印控制电路等组成，如 图所示。 图1 3 微处理器控制的打印机系统 f i g 1 3m i c r o p r o c e s s o r - c o n t r o l l e ds y s t e m 与基于通用计算机的打印机区别在于使用专门的系统和微处理器来实现对打 印的控制。打印机的人机交互通常通过鼠标、l c d 显示和键盘来实现。该型产品 具有价格低廉、体积小和低成本等优点，但是由于微处理器的处理能力有限，打 印内容的可编辑性大大降低，用户使用不方便，从而阻碍了它在市场的普及 5 1 。 上位机和下位机交互控制的工业气动打印机 人际交互接口 u 器h 缫蠢h 步进吼 通通 信信 下位初 0 j上位机 接接 口口 微处理器 电磁阀n 打印针头 图1 4 混合控制系统 f i g 1 4h i y b i r d - c o n t r o l l e ds y s t e m 重庆大学硕士学位论文1 绪论 该型工业气动打印机将系统的两大主要人际交互和打印控制功能分离，通过 上位机完成人机交互，包括打印参数的设置、打印内容的编辑和打印内容的提取 等，再以指令的形式发送给下位机执行具体的电机控制，如1 4 所示。上位机可以 是通用计算机或者嵌入式处理器，下位机可以采用单片机、f p g a 和微处理器等【l 3 j 。 这种控制方式是目前的主流方式，它最大的优点在于实现了图形显示、打印 轮廓提取和打印控制的分离，充分利用上位机的处理能力和下位机控制器的实时 性和稳定性，提高了打印机的整体性能。 1 3 工业气动打印机的发展趋势 由于近几年微处理器技术、精密控制技术、嵌入式技术和软件工程等的进步， 当前工业气动打印机的发展趋势主要有以下几个方面 3 7 】： 智能化和微型化 随着嵌入式技术的发展，工业气动打印机的智能化、微型化成为了研究热点 和重点。智能化和微型化主要体现为：打印过程的实时监控和即时反馈；打印工 作的人性化操作；根据要求自主打印；自动定位、跟踪打印状态；错误信息即时 处理和报警等方面。 高精度 产品标记效果的清晰度是工业气动打印机的主要指标，而随着打印控制精度 的提高，产品标记打印的质量也会相应提升。 高效率 未进行路径优化的传统打印机按照字符路径逐点打印，空走行程较多，从而 导致打印效率低下。通过对打印轨迹的跟踪和优化，最大限度的缩短空走行程来 提高打印效率。 打印内容的高适应性 由于传统的工业气动打印机只能编辑和打印有限的字符和图形，而不能支持 任意图形，从而导致了打印内容的局限性。通过对控制软件的改进，使其支持更 多常用的图形打印，例如a u t o c a d 、c o r e l d r a w 等的图形，以适应各种图形文件格 式的打印。 1 4 课题的研究内容 本课题通过对国内外工业气动打印机的历史、研究现状和发展趋势进行了深 入分析，针对当前工业气动打印机的不足，根据其未来的发展趋势以及不同的设 计方案进行了对比论证，提出了一种新的系统方案。采用上下位机分离的控制方 式，使用a r m 9 作为上位机处理器，并基于嵌入式l i n u x 和q t e 开发主控软件； 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 下位机主控制由低功耗微处理器m s p 4 3 0 代替常用的单片机，完成对打印机械结 构的控制。具体工作如下： 制定了新的系统方案，完成系统硬件设计； 研究并实现了l i n u x 操作系统的裁减、移植与调试； 基于l i n u x 的驱动程序的开发与移植； 研究并实现了q t e 图形界面框架的裁减与移植； 实现了基于q t e 的打印控制软件的各个功能，主要包括图形界面、打印实 时演示、打印轮廓的提取、数据通信等功能； 增强了打印内容适应性，支持a u t o c a d ，c o r e ld r a w 输出图形直接打印， 支持矢量字体； 提高了软件的用户体验，支持对打印内容的拖拽缩放，网络共享等功能； 提出了全新的打印控制模型，将部分功能下放至下位机m s p 4 3 0 ，提高了控 制的精确性； 提出了路径优化模型，提高了打印效率。 1 5 论文结构 本论文的内容安排如下： 第一章在查阅大量国内外相关文献的基础上，分析了工j i k 气动打印机的行业 背景、研究意义、国内外研究现状以及发展趋势，然后介绍了本课题本人的主要 工作内容。 第二章针对系统的性能需求，设计出了整体方案，并选择了各软硬件平台和 开发工具。 第三章对系统硬件的总体做了简单介绍，并逐一介绍各个重要模块的设计与 实现。 第四张介绍了b o o t l o a d e r 的移植，嵌入式l i n u x 系统的裁减与移植，并着重 介绍了l c d 与触摸屏驱动程序的移植与开发。 第五章介绍了q t e 的裁减与移植、基于q t e 的打印控制软件的设计和下位 机控制软件的设计，也是本课题的主要内容。 第六章对全文的总结和未来工作的展望。 重庆大学硕士学位论文 2 总体方案设计 2 总体方案设计 随着嵌入式技术的迅速发展，特别是近几年触摸屏的普及，市场急需一种具 有良好用户体验和功能更加全面的工业打印机。由于u s b 设备、网络接口等的普 及，市场也要求打印机能够更加全面的对这些接口兼容。以前的便携式工业打印 机多基于a r m 7 等低端处理器，导致系统处理能力有限，存在图形化界面粗糙、 不支持中文输入、响应速度慢、接口单一和操作不方便等诸多缺剧引。现在研制的 嵌入式高速气动工业打印机在系统整体性能提高的同时，也改进了以上几个问题， 带来良好的用户体验，提高了产品的市场竞争力。 2 1 系统工作原理与性能需求 在分析和选择系统方案之前，首先我们必须了解一下整个气动工业打印机的 基本工作原理和系统的主要性能需求。 2 1 1 系统工作原理 嵌入式高速气动工业打印机大致有以下几个主要部分组成： 主控装置：它是打印机的核心部件，主要包括微控制器、打印机控制软件 ( 与用户交互) 、打印数据存储( 包括本地存储和网络存储) 和数据通信( 与打印 机控制器通信) 等组成； 打印驱动装置：它服从主控器的控制，完成实际的打印工作，主要有机械 执行装置、控制器微处理器、步进电机、电磁阀等组成； 辅助设备：为整个系统的正常工作提供支撑作用，主要包括电源、空气压 缩机、机械夹具等。 图2 1 系统结构 f i g 2 1s y s t e ms t r u c t u r e 重庆大学硕士学位论文 2 总体方案设计 嵌入式高速气动工业打印机的系统如图所示，系统的主要操作流程为：用户 通过上位机的打印机控制软件输入需要打印的内容，主要有v i n 码，中文字符， 英文字母，各种自定义图形等，然后可以对其进行各种编辑，包括裁减、缩放、 旋转、定位、打印预览等操作。完成编辑后，再设置打印参数，主要有旋转参数、 打印方式、打印速度、空走速度、开关气延时等，然后便可以直接打印。 系统的打印流程为：首先上位机控制软件通过对输入内容的分析、轮廓提取、 路径优化，包括曲线拟合等，最终转变为打印指令发送给下位机控制器执行，下 位机通过直线插补、驱动步进电机和电磁阀完成打印，在机械装置执行打印操作 的同时上位机会实时模拟当前的打印位置和状态。 2 1 2 系统性能需求和技术指标 本课题的主要目的是研制一种高速、高精确度、良好的人机交互、人性化的 软件设计、可平滑升级的多功能嵌入式工业气动打印机，并且满足客户长期需求， 具有良好的市场竞争力。 为了满足以上要求，系统的主要功能可以分为以下几个部分【l 。3 5 。7 j ： 良好人机交互功能：精美的图形化界面，人性化的操作，直观方便的参数 设置，各种文字、图形和简单图像的编辑、显示和预览，支持c a d 图形文件，支 持主流矢量字体( 如t t f 字体) 。 打印控制功能：可以打印各种文字、图形、v i n 码、流水号，字符大小、 间距可调，支持扇形、圆形排列，打印速度可控，打印深度可调( 通常为0 0 2 2 0 m m ) ， 支持旋转打印模式，支持多平面打印模式。 完善的数据管理：支持本地保存和网络保存两种存储方式，提供独立的数 据管理功能，提供打印日志和各种用户权限管理。 丰富的接口：提供串口、u s b 和网口，方便前期调试和后期使用；支持u s b 键盘、u s b 鼠标以及各种u 盘和读卡器，方便数据共享。 独立的对针功能：可以独立的对打印针头进行对准和校正，能够显示针头 的坐标和状态；提供实时的针头硬复位。 本系统最终会面向市场和客户，在实现以上功能的同时，需满足国家相关质 量规定和以下几点基础技术指标：标记范围，标准型为1 5 0 x 1 0 0 m m ，根据不同的 机械结构可调；标记速度：5 m m 9 0 m m s ，速度可调；标记深度：深度可调，一般 为o 1 5 m m ；标记工件硬度： 18 ) & 0 x f f f c ， b o o t _ p a r a m s = $ 3 c 2 4 1 0 一s d r a m p a + o x l 0 0 ， i n i t - i r q = s 3c 2 4 x x _ i n i t _ i r q ， m a p _ i o= a r m 2 4 4 0 _ m a p _ i o ， i n i tm a c h i n e = a r m 2 4 4 0m a c h i n ei n i t ， 重庆大学硕士学位论文4 嵌入式l i n u x 系统的移植 t i m e r2 & s 3 c 2 4 x x _ t i m e r , m a c h i n e e n d 修改m a c h i n ei d 。在m a c h m y 2 4 4 0 c 文件中定义的最后一个宏 m a c h i n es t a r t 的第一个参数m y 2 4 4 0 为架构名，它必须与 a r c h a r m t o o l s m a c h - t y p e s h 中的架构名相同，它也对应一个唯一的m a c h i n ei d ， 而且i d 必须与b o o t l o a d e r 传递过来的i d 相同才能正常启动l i n u x 内核。 修改l c d 配置。主要包括修改l c d 背光和l c d 参数。系统使用的为三星 3 5 英寸屏液晶屏，大小为3 2 0 x 2 4 0 ，需要修改文件a r c h a 删m a c h s 3 c 2 4 4 0 m a c h a r m 2 4 4 0 c 。 s t a t i cs t r u c ts 3c 2 410 f b _ d i s p l a ya r m 2 4 4 0 1 c dc f g _ _ i n i t d a t a2 n 曲t _ m a r g i n = 8 ， h s y n c _ l e n = 6 ， u p p c r m a r g i n 2 8 1 0 w e r m 嘶n 2 3 v s y n c _ l e n2 10 ， ) ； s t a t i cs t r u c ts 3c 2 410 t b m a c h i n f oa r m 2 4 4 0 一f b i n f o i n i t d a t a2 d e f a u l t _ d i s p l a y = 0 g p c c o n = 0 x a a 9 5 5 6 9 9 ， g p d u p _ m a s k = 0 x t i t t i i f f , 1 p c s e l = 0 x f 8 2 ， ) ； 4 3 3l i n u x 内核裁减与编译 完成对内核主要部分的修改之后，进入内核裁减。l i n u x 内核裁减实际上是对 内核配置，裁减掉不需要的内容，由于内核结构庞大，内容复杂，需要熟悉和了 解配置的各个具体含义。在终端中，常用的四种配置方法：m a k ec o n f i g 、m a k e o l d c o n f i g 、m a k em e n u c o n f i g 和m a k ex c o n f i g ，其中使用最多的是m a k em e n u c o n f i g 。 内核配置可以参考m i n l 2 4 4 0 开发板n e c 3 5 英寸的配置，将它的配置文件复 制到内核根目录下，操作如下： 拌c dl i n u x 2 6 2 9 # c pa r c h a x m c o n f i g s m i n i 2 4 4 0 _ n 35 c o n f i g # m a k em e n u c o n f i g m a k em e n u c o n f i g 提供基于n c u r s e s 图形界面的配置界面，如下图所示，在该 界面下对针特定的开发板进行相应的内核配置。 重庆大学硕士学位论文 4 嵌入式l i n u x 系统的移植 图4 4 内核配置 f i g 4 4k e r n e lc o n f i g u r a t i o n 进入如上图所示的配置界面后，按e n t e r 键进入下一级选项，s p a c e 键选中或 者取消对某一项配置的选中，如果该选项前面是”【】，表示它具有两种状态：选中或 者不选，如果该选项前面是”则表明它有三种状态：选中、不选或者编译为模 块，其中“幸，表示选中，“m ”表示作为模块编译内核，“【 ，表示不选。开发板的主要 配置如下【l 圳： q l o a d a b l em o d u l es u p p o r t 配置可加载模块的支持。由于有些驱动采用动态方 式加载，所以要配置该选项，配置后可以使用l s m o d 、i n s m o d 和r m m o d 等工具。 ) s y s t e m t y p e 处理器的内核选择，加入内核对$ 3 c 2 4 4 0d m a 的支持。配置 中大部分标注为$ 3 c 2 4 1 0 ，因为2 4 1 0 与2 4 4 0 的很多寄存器地址和设置完全相同。 ( 亘) d e v i c ed r i v e r s 设备驱动配置。主要包括l c d 驱动、触摸屏、u s b 鼠标和 键盘、网卡驱动、按键驱动、串口驱动、y a f f 2 s 文件系统支持等驱动的配置。 l c d 相关配置，由于m i n l 2 4 4 0 采用n e c 3 5 显示屏，而本系统选用三星3 5 屏，配置中修改如下： g r a p h i c ss u p p o r ts u p p o r tf o rf r a m eb u f f e rd e v i c e s $ 3 c 2 4 1 0l c df r a m e b u f f e r s u p p o r t l c ds e l e c t3 5i n c h3 2 0 x 2 4 0s a m s u n gl c d y a f f s 2 文件系统配置，首先要在m t d 中配置m t dp a r t i t i o n i n gs u p p o r t 和 n a n dd e v i c es u p p o r t ，然后进入f i l es y s t e m s 配置对y a f f s 2 的支持。 网卡驱动配置，首先配置网络协议，进入n e t w o r k i n gs u p p o r t 配置t c p i p 协 议，使用k e r n e ll e v e la u t o c o n f i g u r a t i o n ；然后进入d e v i c ed r i v e r sn e t w o r kd e v i c e s u p p o r t 选择网卡驱动d m 9 0 0 0 。 完成内核的配置之后便可以编译内核，首先清除以前编译过的残留文件，再 编译内核z l m a g e 文件。 # r n a k ec l c a n 2 4 重庆火学硕士学位论文 4 嵌入式l i n u x 系统的移植 # m a k ez l m a g e 编译几分钟后，在a r c h a r m b o o t 目录下生成z i m a g e 压缩后的内核映像文件。 内核在启动之后会在指定的地址读取根文件系统，所以在内核编译完后还需要建 立文件系统才能正常启动l i n u x 。 4 4l i n u x 文件系统的移植 根文件系统是l i n u x 的一个核心组成部分，它包含了内核所需的可执行文件和 系统管理文件，如各种库文件、工具文件、脚本以及配置文件等，以树形结构进 行组织。嵌入式常用的根文件系统包括j f f s 2 、y a f f s 2 、c r a m f s 和n f s 等， l i n u x 通过虚拟文件系统v f s 对各类文件系统进行统一管理，v f s 为各类文件系 统提供了统一的操作和a p i 。 本设计采用y a f f s 2 文件系统，它是专为嵌入式系统设计的一种基于 n a n d f l a s h 的日志型文件系统，具有速度快、挂载时间短和内存占用小等诸多特点 【4 l 4 2 1 。而且日志结构的文件系统提供了损耗平衡和掉电保护，从而可以避免意外 掉电对文件系统的一致性和完整性的影响【4 3 1 。y a 凰文件系统结构如下 4 24 4 】： f i l ei o v f s y a f f sd i r e c t v 刎 y a f f s g u t s 矿 h n d 。 n o rr e c o r d n a n dr e c o r d j n o rf l a s h n a n df 1 a s hn a n de m l j l a t o r 图4 5 y a f f s 结构 f i g 4 5y a f f ss t r u c t u r e 文件系统的具体移植步骤如下： 在内核配置中添加y a f f s 2 的支持 修改配置如下： f i l es y s t e m s 术 m i s c e l l a n e o u sf i l e s y s t e m s y a f f s 2f i l es y s t e ms u p p o r t 一术一 5 1 2b y t e p a g ed e v i c e s 重庆大学硕士学位论文4 嵌入式l i n u x 系统的移植 一幸一 2 0 4 8b y t e ( o rl a r g e r ) p a g ed e v i c e s 宰 a u t o s e l e c ty a f f s 2f o r m a t 聿 c a c h es h o r tn a m e si nr a m 编译安装b u s y b o x b u s y b o x 用于制作可执行命令工具集，它将l i n u x 常用命令( 如l s 、c d 等) 和 工具( 如m o u n t 、t e l n e t 等) 结合到一个单独的可执行程序，虽然没有包含全部的 命令，但是对于嵌入式应用足够了，同时也缩小了文件系统的空间 1 9 1 。b u s y b o x 的配置与l i n u x 内核配置类似，采用工具m a k em e n u c o n f i g ，如下图所示。根据系 统实际需求配置b u s y b o x ，具体的配置信息这里不一一列举。 图4 6 b u s y b o x 配置 f i g 4 6b u s y b o xc o n f i g u r a t i o n 完成配置后修改b u s y b o x 跟目录下的m a k e f i l e ： c r o s s c o m p i l e ? 2a l t l l - l i n u x a r c h = a l t n 在b u s y b o x 跟目录下执行m a k e 和m a k ei n s t a l l 命令，安装完成后在 b u s y b o x i n s t a l l i | 录下生成：b i n ，l i n u x r c ，s b i n ，u s r 四个目录。 创建文件系统 新建一个r o o t2 6 2 9 目录，把b u s y b o x i n s t a l l 目录下的文件和目录 全部复制过来，然后再创建文件系统所需的其他目录。 # r n k d i rr o o t 2 6 2 9 # c p r f b u s y b o x _ i n s t a l l 丰r o o t - 2 6 2 9 # c dr o o t 一2 6 2 9 # m k d i rd e ve t ch o m el i bm n to p tp r o ct m pv a r 重庆大学硕士学位论文 4 嵌入式l i n u x 系统的移植 在文件系统中添加必须的文件，如d e v 目录中的设备节点，e t c 目录的g r o u p 系统用户配置文件，i n i t t a b 系统i r d t 进程配置文件和l i b 目录库文件等，并修改权 限为7 7 7 ( + x + w + r ) 。 完成根文件系统的建立后，利用m k y a f f s 2 i m a g e 工具制作文件系统映像文件。 m k y a f f s 2 i m a g er o o t 一2 6 2 9r o o t 一2 6 2 9 i m g 将l i n u x 内核映像和文件系统映像通过u b o o t 下载到f l a s h 中便可以启动 l i n u x 系统。需要注意的是由于u b o o t 不支持z l m a g e 或者b z l m a g e 内核文件格式， 需要将预先编译好的z l m a g e 通过m k i m a g e 工具制作成u b o o t 支持的u l m