嵌入式Linux系统设计与开发ppt课件

1、嵌入式Linux系统设计与开发祖校锋主要内容嵌入式系统与嵌入式Linux嵌入式Linux开发平台1.1 嵌入式系统嵌入式计算机系统的定义：以运用为中心，以计算机技术为根底，软件硬件可裁剪，复合运用系统对功能、可靠性、本钱、体积、功耗的严厉要求的公用计算机系统。嵌入式系统与嵌入式Linux 嵌入式系统分类 按表现方式分硬件范畴 芯片级嵌入含程序或算法的处置器 模块级嵌入系统中的某个中心模块 系统级嵌入 按实时性要求分软件范畴 非实时系统PDA 软实时系统消费类产品 硬实时系统 制导系统等 1.1.1嵌入式系统的运用前景 美国著名未来学家尼葛洛庞帝1999年1月访华时预言： 45年后，嵌入式智能产

2、品将是继PC和因特网之后最伟大的发明。 美国汽车大王福特公司的高级经理也曾声称： 福特出卖的“计算才干曾经超越了IBM。1997年美国嵌入式系统大会的报告预测： 未来5年基于嵌入式计算机系统的全数字电视产品，就将在美国产生一个每年1500亿美圆的新市场。1.1.2 嵌入式产品分类 信息电器，包括电视机、电冰箱、微波炉、等等。 挪动计算设备，包括手机、PDA、掌上电脑等各种挪动设备。 网络设备，包括路由器、交换机、Web server、网络接入盒卡等各种网络设备。 工控、仿真等1.1.3 嵌入式系统的特点嵌入式系统的产品特征它是 面向用户产品和运用的系统；完成目的功能的最小系统；处置器功耗、体积

3、、本钱、可靠性、速度、处置才干、电磁兼容性等方面都受运用制约的系统；高可靠性和高实时性的系统；与详细产品严密结合的系统。 嵌入式系统软件的特征软件要求固化存储；软件代码高质量和高可靠性；系统软件OS很多情况情况下要求具有实时处置才干；多义务虚时操作系统是工业规范化的必然要求。嵌入式系统开发需求的开发工具和环境 普通是基于通用计算机的软硬件设备、各种逻辑分析仪和混合信号示波器等。 嵌入式系统软件需求EOS开发平台 嵌入式系统中，运用软件可以没有操作系统而直接在芯片上运转。 但是，目前嵌入式运用已不仅仅局限于原来仅面对系统级的需求，还需求面对用户级的运用，尤其是消费电子产品的需求。传统的运用循环控

4、制的嵌入式系统无法将系统软件和和运用软件分开处置，每次开发都要重新定制系统软件和运用软件，代价大，本钱高，已不能满足需求。 为了合理调度多义务，充分利用系统资源系统函数及专家函数接口，减少开发代价，必需选用短小精悍、易定制、易移植的嵌入式操作系统开发平台，从而保证系统执行的实时性和可靠性，并大大减少开发时间。1.2 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统大多任务在实时性要求很高的环境中，这样的操作系统称为实时多义务操作系统RTOS。 实时多义务操作系统RTOS定义： 一个可以在指定或者确定的时间内，完成系统功能和对外部或内部、同步或异步事件作出呼应的系统。 硬件(hardware) 硬件笼统层(Har

5、dware Abstraction Layer)I/O管理，文件系统，驱动程序 驱 动 程 序 编 程 接 口 RTOS中心系统API内存管理模块网络模块图形驱动函数库 RTOS体系构造图常用RTOS简介 VRTX Microtec Research 世界上第一个商业嵌入式实时内核，市场占有率前五名。TornadoVxworks (Wind River Systems，inc.) 美国市场占有率第一名，火星探测器采用该操作系统。 QNX(QNX Software Systems LTD) x86上最好的嵌入式实时操作系统，同时支持PowerPC，ARM，MIPS等处置器芯片。LynxOS(Ly

6、nx Real-Time systems) 老牌嵌入式实时操作系统,市场占有率前十名。 WinCE(Microsoft INC.) 微软出品，嵌入但不够实时，属于软实时系统。upSOSytem(Integrated Systems INC.)u 老资历的实时操作系统，中国市场占有率第一名。u 嵌入式LINUX完全免费的操作系统u 既有软实时系统又有硬实时系统。 1.3 嵌入式Linux操作系统Linux操作系统 正式的Linux 1.0于1994年3月诞生于芬兰赫尔辛基大学的天才大学生Linus手中。如今，Linux已成为当前最流行的免费操作系统。只需遵守GPLGNU通用公共答应证，任何人都可

7、以自在运用Linux的源程序。 Linux操作系统的特征 符合国际通用规范； 强大的兼容性； 先进的网络特征； 拥有真正的多用户、多义务才干； 具有动态衔接才干； 系统性能非常稳定； 可移植性强，非常灵敏。 Linux操作系统的开展情况及前景 Linux操作系统开展至今,曾经成为具有全部UNIX特性的POSIX兼容的操作系统，可以与各种传统的商业操作系统分庭抗礼。 据1999年IOS统计，Linux占有全球Web效力器总数的28，名列第一。 据2000年IDC统计，Linux在效力器操作系统市场中占25。1.3.1嵌入式Linux系统简介嵌入式Linux系统的特点开放源码，丰富的软件资源；功能

8、强大的内核，性能高效、稳定、多义务；支持多种体系构造；完善的网络通讯、图形和文件管理机制；支持大量的周边硬件设备，驱动丰富；大小功能都可定制，可裁剪的内核不过500k。 常见嵌入式Linux操作系统 RTLinux 美国新墨西哥理工学院开发的嵌入式硬实时操作系统。它将规范Linux中心作为其实时内核的一个进程同实时进程一同调度，从而在改动最小的情况校充分利用了Linux下现有的资源。 ucLinux ucLinux是针对微控制领域而设计的Linux系统，其最大特征就是没有MMU内存管理单元模块。ucLinux包含Linux常用的API和小于512k的内核及相关的工具，900k左右。 Embed

9、ix 嵌入式Linux行业主要厂商Lineo推出，最小需求8M内存，3M ROM或者FLASH，提供了超越25种的Linux系统效力，是一种较完好的嵌入式Linux处理方案。uXLinuxu 美国网虎公司推出，主要开发者陈盈豪，中心仅143k，而且还在不断减小中，号称世界上最小的嵌入式Linux系统。其中心采用了“超字元集的专利技术，与规范字符集兼容的同时还覆盖了12个国家和地域的字符集，在国际化方面具有得天独厚的优势。uKURTLinuxu 该OS是为多媒体运用和ATM网络运用设计的“严厉的实时系统。 Why嵌入式Linux 2000年9月份的调查如以下图所示。截至2001年7月，曾经运用或

10、将要运用嵌入式Linux的用户已达88.6%。 未来24个月嵌入式嵌入式操作系统运用的调查200 ucLinux简介ucLinx的优势 ucLinux是Linux2.0的一个分支，其最大特征就是没有MMU内存管理单元模块。 全球每年消费的CPU的数量在二十亿颗左右，超越80%运用于公用性很强的各类嵌入式系统。其中又有相当一部分面向低端市场。为降低硬件本钱及运转功耗，有一类CPU在设计中取消了内存管理单元Memory Management Unit，简称MMU功能模块。如Motorola公司的M6K系列，龙珠系列，冷火系列，ARM7TDMI系列等等。 ucLinux的特点如前所述

11、，ucLinux的最大特征就是没有MMU。 规范Linux运用虚拟存储系统，这种技术用于提供比实践的物理内存大得多的内存空间，使得运用者在编写程序程序时可以完全不思索内存空间的大小问题，从而带来了极大的方便。与此同时，内存管理活动也占用了珍贵的CPU时间比较忙的系统中大约10左右。 ucLinux取消了MMU，直接存取内存，虽然增大了进程管理的难度，对程序员提出了更高的要求，但同时也极大地添加了开发者的权益。毕竟，节省硬件的本钱才是最重要的。再者，对于低端产品来讲，只需实现特定的功能，内存管理要求完全可由开发人员思索。lucLinux的进程管理l fork()，vfork()，exec()，e

12、xit()，copy-on-writel ucLinux承继了规范Linux的特性，提供了对网络的强大支持，具有完好的TCP/IP协议栈，并对外其他一些协议提供支持，是一个相当优秀的嵌入式网络操作系统。l ucLinux支持多种文件系统，包括最常用的NFS网络文件系统，ext2第二文件扩展系统，Linux的一种规范文件系统，romfs文件系统，MS-DOS，FAT1632等。嵌入式Linux开发平台硬将平台的组成 嵌入式处置器，分为嵌入式微控制器MCU，嵌入式微处置器MPU，嵌入式DSP和SoCSystem on Chip； 存储设备，分为ROM和RAM两类； 外围设备，包括网络设备，输入设备

13、和显示设备。 2.1 硬件平台2.1.1 S3C4510B芯片简介 S3C4510B是三星公司出品的一块用在基于以太网系统的高性价、比高性能的7TDMI构架的16/32位RISC微控制器。 S3C4510B框图S3C4510B的特性如下：体系构造用于嵌入式以太网运用的集成系统；全1632位RISC构造；支持小端大端方式；ARM7TDMI内核；高性价比且基于JTAG的调试处理方案；边境扫描。系统管理81632位外部总线支持各种存储芯片和外部I/O；带总线恳求应打引脚的外部总线主控制器；可编程访问周期07个等待周期；4字深的写缓冲；存储器到外围的DMA接口。u一体的指令数据Cacheu2路相联一体

14、；u支持LRU近期最少运用交换算法；u可配置。uI2C串行口u仅主控方式任务。uEthernet控制器u突发方式的DMA引擎；u10010Mgongzuosulv;uDMA发送接纳缓冲区256256K；uMAC发送接纳FIFO缓冲区8010字节；u完全兼容IEEE802.3;u带PAUSE的全双工方式；u长短包方式；u端变换。uHDLCu10M任务速率；uModem接口；u每个HDLC有2通道DMA缓冲描画符用于发送接纳。uDMA控制器u4种数据突发方式；uUARTu基于DMA或者中断任务的2个UART模块；u支持5，6，7或者8位的串行数据接纳发送；u可编程波特率；u支持红外发送接纳。u定时

15、器u2个可编程32位定时器；u间隔触发方式任务。u可编程I/O口u18个；u输入输出公用信号方式；u中断控制器u21个中断源4个外部；u正常快中断方式(IRQ/FIQ)；u基于优先级。uPLLu外部时钟可由片内PLL加倍以提供高频系统时钟；u1040MHz；u输出频率位5倍输入时钟。三星NETStart！开发套件简介 该开发套件是三星公司为嵌入式网络运用量身订做的一块评价板，运用三星公司出品的网络控制芯片S3C4510B。2.1.2 NET-Start！评价板评价板规划评价板框图 硬件平台衔接图2.2 软件系统嵌入式系统的软件组成 Bootloader，分为主机端和目的端两个部分，主要作用包括

16、：初始化处置器；初始化必备的设备；下载系统映象；初始化操作系统系统并预备执行。 嵌入式系统内核，必需部件包括进程管理，进程间通讯，内存管理部分。 根文件系统，有ramdisk和NFS两种实现方式，而文件系统的类型那么可分为：普通文件系统，包括只读文件系统romfs，紧缩式文件系统cramfs等；日志文件系统先写日志后写数据，例如日志式FLASH文件系统JFFS和JFFS2，ext3文件系统等等。ucLinux宿主机软件环境的建立 安装cygwin或Linux，引荐安装Linux操作系统，引荐Red Hat Linux； 下载一个未编译的Linux内核和一个ucLinux补丁uclinux.or

17、g及三个最新的文件fs/binflat.c，include/linux/flat.h，lib/intflate2.c，将内核解压后打上补丁再编译即可。 运用GCC工具创建交叉编译工具，建立工具链toolchain。工具链分为两种：生成位置位置无关代码的和生成用户程序的。概略可参看。 创建coff2flt和elf2flt，flat binary文件格式。 创建C函数库。 编译genromfs程序，用以创建romfs文件系统镜像和用户程序。 宿主机软件环境的建立完成。ucLinux目的板软件环境的建立 将引导代码bootloader烧入FLASH,该代码相当于BIOS，或者Linux的引导程序GR

18、UB，用于初始化硬件环境，在找到操作系统后将控制权转出。这段代码可以在网上下载得到，我们只需稍作修正即可。 重新编译BusyBox和GUIMiniGUI或者Microwindows已移植到ucLinux中。 配置IP地址并对ineted和经过ineted启动的telnetd和httpd进展编译衔接和配置。 将镜像文件image.bin实践上是内核文件linux.bin和文件系统romdisk.bin的合并经过minicom配合bootloader下载到FLASH中。 配置gdb和stun并重新编译uc-libc。 安装NFS网络文件系统。 目的机软件环境建立终了。建立开发环境所需的几种开发调试工具minicom minicom是一个友好易用的串口通讯程序，用来监视控制串行口的信息 。串口的各种参数都可以自在配置。它具有以下特性： 自动重拨号的拨号目录；对串行设备UUCP格式的lock文件的支持；独立的脚本；言语解释器；文件捕获；多用户单独配置。 uGCC编译器和GDB调试工具u GCC编译器是一种非常强大的支持多达11种操作系统平台的的C/C+、Object C编译器，集预处置、编译、翻译和u 衔接四个过程于一身，可辨识的文件类型包括.c、.C、.cc、.cxx、.m、.i、.ii、.s、.S、.h等等，其最大的特点就是执