QT0012 基于Linux的嵌入式操作系统研究38300 2-QQ49910.doc

摘 要在以计算机技术、通讯技术相结合的信息时代的快速发展和互联网的广泛应用的形势下，3C（Computer、Communication、Consumer）合一的趋势已经形成，其结果必然就是将计算机工业的中心从计算产品转移到信息产品，从而出现信息电器的概念。在信息电器的应用开发领域，由于需要的功能不断的增加，嵌入式系统也就将成为软件业的新宠儿。同时在计算机本身的领域里面，微型化和专业化成为了发展的新趋势，同样也需要嵌入式系统的支持。因此，研究与嵌入式系统有关的关键技术嵌入式操作系统有着相当重要的实际意义。 本论文详细论述了作者在学士学位论文工作期间在基于Linux的嵌入式操作系统研究工作领域里所做的研究和实践，主要围绕着论证使用Linux改造成符合嵌入式操作系统条件的几点要求展开讨论。首先，我对嵌入式系统的概念和信息电器的概念做出表述，并且说明Linux的特点、发展状况河开发环境。紧接着，分三个方面论述使用Linux进行嵌入式系统开发的便利，包括Linux的实时变种RTLinux的原理、实现方案和编程方法；Linux网络设备驱动程序的分析和利用到嵌入式系统中的方案；实现Linux和RT Linux的内核在线调试环境的途径。其中还讲到了如何利用现有的工作设计出一个嵌入式Linux系统。最后，针对现有的工作，提出进一步开发出完整的、具有市场竞争力的产品提出开发展望。 关键词：嵌入式系统，Linux，信息电器，RTOS，RT Linux，Linux网络驱动程序，在线调试环境 2Abstract With the development of Computer technology and Communication technology in Information times and the board application of Internet, it is clear that 3C (Computer, Communication and Consumer) will converge in the near future which will lead the focus of Computer Industry from the Compute product to Information product. It is the concept of Information Appliance. In the application and development field of Information Appliance, Embedded Operating System will be the most favorite thing in Software Development field. At the same time, in the field of computer science itself, the micromation and specialization is the new direction of the computer world. It also want the support of Embedded System. So, the research of the key technique of embedded systemEmbedded Operating System is the most important thing. This thesis presents the authors work in research of the Linux-based Embedded Operating System for his bachelor degree. Most of the thesis focus the requirement of transforming Linux to Embedded System. Firstly, it describes the concepts of embedded system and Information Appliance, and presents the characteristic and development environment of Linux. Then describe three aspects of the key techniques of using Linux as the development tools of Embedded system Including the real-time variant of LinuxRT Linux and its principle, implementation and the programming; the network coding in Linux kernel and the analysis of Linux network device drivers and the online debug environment of Linux Kernel and RTLinux Kernel. I have also involved the implementation of embed Linux/RTLinux in a floppy to simulate the embedded environment. In the last part of this thesis, I give the suggestions and prospect of the development of a mature embedded system which have the most competition ability in China market base on the current work. Keyword: Embedded Operating System, Linux, Information Appliance, RTOS, RT Linux, Linux Network Device Drivers, Online Kernel debug environment 目 录第一章 绪论11.1 嵌入式系统的历史、现在和未来11.2 信息电器的概念21.3 国内外嵌入式系统的相关产品、水平、现状和技术发展趋势21.3.1 国际上相关产品、水平、现状和技术发展趋势21.3.2 国内相关产品、水平、现状和技术发展趋势41.4 Linux的历史和现状51.5 论文的组织介绍7第二章 嵌入式系统的特点82.1 嵌入式处理器的要求82.2 RTOS的要求82.2.1 RTOS的概念92.2.2 RTOS的分类方法92.2.3 RTOS的体系结构102.2.4 RTOS的衡量标准102.3 网络要求102.4 用户交互环境界面112.5 小结11第三章 采用Linux作为嵌入式系统开发的原因123.1 嵌入式处理器支持123.2 实时支持123.3 网络支持133.4 GUI开发支持133.4.1 利用X Windows的便利133.4.2 利用SVGALib和pThread函数库143.5 小结14第四章 实时Linux154.1 实时Linux（RTLinux）介绍154.2 RTLinux特征164.2.1 小而精巧的实时内核164.2.2 模块化的设计方案164.2.3 和Linux内核的结合164.3 RTLinux的实现机理174.4 RTLinux的编程接口（API）174.5 RTLinux的编程方法示例184.5.1 需要用到的API函数184.5.2 程序原理194.5.3 程序实现194.5.4 程序执行结果244.6 嵌入式RTLinux的设计254.6.1 将RTLinux嵌入EPROM中254.6.2 通过网络启动的方法设计嵌入式RTLinux264.7 小结26第五章 Linux对TCP/IP网络的支持275.1 Linux网络概述275.2 Linux网络设备驱动程序的分析275.2.1 Linux中网络驱动程序介绍285.2.2 网络驱动程序中需要用到的重要的数据结构285.2.3 重要的驱动过程295.3 在嵌入式系统中实现网络协议栈325.3.1 重用Linux网络协议栈代码325.3.2 重写网络协议栈325.3.3 网络驱动程序的编写325.4 小结33第六章 调试环境的搭建和定制346.1 远程调试环境的搭建原理346.1.1 GDB介绍346.1.2 GDB远程调试功能介绍356.1.3 GDB远程调试建立的条件356.2 Linux的内核调试环境的搭建376.2.1 串口驱动程序模块和数据包传送函数376.2.2 stub程序的函数接口376.2.3 内核进入调试状态的路径386.2.4 Linux内核调试过程示例416.3 RTLinux的调试环境的开发设想426.4 小结42第七章 总结与展望44参考文献46致谢471.5 论文的组织介绍 本文对基于Linux的嵌入式系统开发进行解释，并且针对几个关键技术做出讨论。论文的组织结构为： 第一章是对嵌入式系统的综述、Linux的特点以及介绍。 第二章是介绍嵌入式系统的特点，从处理器、实时系统、网络、用户交互接口等方面进行介绍。 第三章是说明采用Linux作为我们嵌入式系统开发的原因，从嵌入式系统的特点的角度进行讨论。 第四章是Linux的实时系统变种RTLinux的原理、实现和编程的介绍。