嵌入式實習報告

嵌入式系統(tǒng)實習匯報學院：計算機與信息學院專業(yè)：電子信息工程班級：1111學號：111123姓名：王金民指導老師：嚴朝軍彭文標嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用概述在今日，嵌入式ARM技術(shù)已經(jīng)成為了一門比較熱門的學科，無論是在電子類的什么領(lǐng)域，你都可以看到嵌入式ARM的影子。假如你還停留在單片機級別的學習，那么實際上你已經(jīng)落下時代腳步了，ARM嵌入式技術(shù)正以幾何的倍數(shù)高速發(fā)展，它幾乎滲透到了幾乎你所想到的領(lǐng)域。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性能強、功耗低、可靠性高以及面向行業(yè)詳細應(yīng)用等突出特性，目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍事國防、消費電子、信息家電、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等各個領(lǐng)域。嵌入式的廣泛應(yīng)用可以說是無所不在。linux系統(tǒng)linux系統(tǒng)重要是由顧客空間和內(nèi)核空間再加上外部的硬件平臺構(gòu)成，顧客空間就是顧客應(yīng)用程序的運行空間，重要包括兩方面的內(nèi)容：顧客應(yīng)用程序和GNU

C

Library(glibc)。而內(nèi)核空間有三方面的內(nèi)容，一是系統(tǒng)調(diào)用接口，它作為顧客空間和內(nèi)核空間互相轉(zhuǎn)移的一種方式，二是內(nèi)核空間，三是體系有關(guān)內(nèi)核代碼，在linux內(nèi)核代碼中，可以看到arch目錄下有許多子目錄，其中每一種子目錄代表一種硬件平臺。

而為何要把linux系統(tǒng)劃分為顧客空間和內(nèi)核空間呢？重要是一旦顧客空間和內(nèi)核空間沒有分開，那顧客將擁有很大的權(quán)限去操控內(nèi)核或顧客應(yīng)用程序的瓦解將會導致系統(tǒng)的瓦解，而linux系統(tǒng)是運用cpu的模式分級來分別運行顧客空間和內(nèi)核空間，這樣就可以使操作系統(tǒng)得到充足的保護。而現(xiàn)代的cpu一般實現(xiàn)了不一樣的工作模式，以ARM處理器為例實現(xiàn)了7種運行模式，分別為：1）顧客模式(usr)：ARM微處理器正常程序執(zhí)行模式2）系統(tǒng)模式(sys)：運行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)3）中斷模式(irq)：用于通用的中斷處理4）外部中斷模式(fiq)：用于高速數(shù)據(jù)傳播或通道處理5）數(shù)據(jù)訪問終止模式(abt)：當數(shù)據(jù)或指令預取終止時進入該模式，可用于虛擬存儲及存儲保護6）管理模式(svc)：操作系統(tǒng)使用的保護模式7）未定義指令中斷模式(und)：當未定義的指令執(zhí)行時進入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真ARM微處理器的運行模式可以通過軟件變化，也可以通過外部中斷或異常處理變化，除顧客模式外，其他模式都是非顧客模式或特權(quán)模式，除顧客模式和系統(tǒng)模式外，其他模式都是異常模式，常用于處理異常或中斷，以及需要訪問受保護的系統(tǒng)資源等狀況。同步顧客空間和內(nèi)核空間是程序執(zhí)行的兩種不一樣狀態(tài)，通過系統(tǒng)調(diào)用和硬件中斷去實現(xiàn)顧客空間到內(nèi)核空間的轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)調(diào)用是積極的，硬件中斷是被動的，例如鍵盤按下或者串口中斷。接下來說說linux的內(nèi)核架構(gòu)，它重要是包括7大構(gòu)成部分1.內(nèi)存管理

內(nèi)存管理的重要作用是使多種進程能安全高效的共享內(nèi)存區(qū)域，一般使用如下兩個手段：①內(nèi)存映射：將物理內(nèi)存映射到虛擬內(nèi)存中，變有限為無限②有效管理：使用多種內(nèi)存管理算法（如伙伴算法），減少內(nèi)存揮霍2.虛擬文獻系統(tǒng)

vfs隱藏了多種文獻系統(tǒng)的詳細細節(jié)，為文獻操作提供統(tǒng)一的接口3.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

它為linux提供了完善豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)4.進程管理

進程管理的重點是創(chuàng)立進程、停止進程，并控制它們之間的通信。進程管理還包括控制活動進程怎樣共享cpu，即進程調(diào)度。5.設(shè)備驅(qū)動

設(shè)備驅(qū)動也是內(nèi)核的一部分，它不一樣于內(nèi)核的其他部件，并且獨立于內(nèi)核的其他部件，同步它是與設(shè)備交互的唯一模塊，一般由第三方廠商開發(fā)，一種驅(qū)動程序不與其他驅(qū)動程序交互；內(nèi)核與驅(qū)動程序之間也僅通過一種嚴格定義的接口交互。6.系統(tǒng)調(diào)用接口

SCI層為顧客空間提供了一套原則的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)來訪問Linux內(nèi)核，搭起了顧客空間到內(nèi)核空間的橋梁。7.體系有關(guān)部分

Linux內(nèi)核源代碼采用樹形構(gòu)造進行組織，非常合理地把功能有關(guān)的文獻都放在同一種子目錄下，使得程序更具可讀性。下面簡介下這些目錄的構(gòu)成arch目錄arch是architecture的縮寫。內(nèi)核所支持的每種CPU體系，在該目錄下均有對應(yīng)的子目錄。每個CPU的子目錄，又深入分解為boot,mm,kernel等子目錄，分別包括控制系統(tǒng)引導，內(nèi)存管理，系統(tǒng)調(diào)用等。其下子目錄有|

--x86

/*英特爾cpu及與之相兼容體系構(gòu)造的子目錄*/|

|--boot

/*引導程序*/|

|

|--compressed

/*內(nèi)核解壓縮*/|

|--tools

/*生成壓縮內(nèi)核映像的程序*/|

|--kernel

/*有關(guān)內(nèi)核特性實現(xiàn)方式，如信號處理、時鐘處理*/|

|--lib

/*硬件有關(guān)工具函數(shù)*/block目錄

部分塊設(shè)備驅(qū)動程序crypto目錄加密、壓縮、CRC校驗算法documentation內(nèi)核的文檔drivers目錄（重點）設(shè)備驅(qū)動程序fs目錄寄存多種文獻系統(tǒng)的實現(xiàn)代碼。每個子目錄對應(yīng)一種文獻系統(tǒng)的實現(xiàn)，公用的源程序用于實現(xiàn)虛擬文獻系統(tǒng)vfs。|

|--devpts

/*

/dev/pts虛擬文獻系統(tǒng)*/|

|--ext2

/*第二擴展文獻系統(tǒng)*/|

|--fat

/*MS的fat32文獻系統(tǒng)*/|

|--isofs

/*ISO9660光盤cd-rom上的文獻系統(tǒng)*/include目錄

內(nèi)核所需要的頭文獻。與平臺無關(guān)的頭文獻在include/linux

子目錄下，與平臺有關(guān)的頭文獻則放在對應(yīng)的子目錄中。

init目錄內(nèi)核初始化代碼ipc目錄進程間通信的實現(xiàn)代碼kernel目錄Linux大多數(shù)關(guān)鍵的關(guān)鍵功能都是在這個目錄實現(xiàn)。（調(diào)度程序，進程控制，模塊化）lib目錄庫文獻代碼mm目錄mm目錄中的文獻用于實現(xiàn)內(nèi)存管理中與體系構(gòu)造無關(guān)的部分（與體系構(gòu)造有關(guān)的部分在哪里實現(xiàn)？arch）net目錄網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實現(xiàn)代碼|

|--802

/*802無線通訊協(xié)議關(guān)鍵支持代碼*/|

|--appletalk

/*與蘋果系統(tǒng)連網(wǎng)的協(xié)議*/|

|--ax25

/*AX25無線INTERNET協(xié)議*/|

|--bridge

/*橋接設(shè)備*/|

|--ipv4

/*IP協(xié)議族V4版32位尋址模式*/|

|--ipv6

/*IP協(xié)議族V6版*/samples某些內(nèi)核編程的范例scripts配置內(nèi)核的腳本securitySElinux的模塊sound音頻設(shè)備的驅(qū)動程序usrcpio命令實現(xiàn)virt內(nèi)核虛擬機Linux內(nèi)核的配置與編譯Linux內(nèi)核具有可定制的長處，配置內(nèi)核的目的是裁剪掉不必要的文獻和目錄，獲得一種最簡樸的又能滿足顧客開發(fā)的操作系統(tǒng)，以解除嵌入式開發(fā)過程中所碰到的存儲空間有限的困擾。內(nèi)核配置與編譯的詳細環(huán)節(jié)如下：1.清除臨時文獻、中間文獻和配置文獻1）make

clean

Remove

most

generated

files

but

keep

the

config即清除大部分生成的文獻但保留配置文獻2）make

mrproper

Remove

all

generated

files

+

config

files即清除所有生成的文獻尚有配置文獻3）make

distclean

Mrproper

+

remove

editor

backup

and

patch

files即實現(xiàn)make

mrproper命令的同步刪除編輯器備份文獻和補丁文獻2.確定目的系統(tǒng)的軟硬件配置狀況，例如cpu類型，網(wǎng)卡型號，所需支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。3.使用如下命令之一配置內(nèi)核：1）

make

config:基于文本模式的交互式配置2）make

menuconfig:基于文本模式的菜單型配置3）make

oldconfig:使用已經(jīng)有的配置文獻（.config），不過會問詢新增的配置選項4）make

xconfig:圖形化的配置（需安裝圖形化系統(tǒng)）Make

menuconfig是最為常用的內(nèi)核配置方式

假如一種.config文獻已經(jīng)存在，它將使用該文獻設(shè)置那些默認的值4.編譯內(nèi)核

編譯內(nèi)核一般也需要幾種環(huán)節(jié)，一是清除此前編譯通過的殘留文獻；二是編譯內(nèi)核image文獻和可加載模塊；三是安裝模塊。下面是編譯內(nèi)核的詳細環(huán)節(jié)。①make

dep

命令用在內(nèi)核2.4或之前，用于建立源文獻之間的依賴關(guān)系，在執(zhí)行內(nèi)核配置命令之后使用，不過在2.6內(nèi)核中已經(jīng)取消該命令，該功能由內(nèi)核配置命令實現(xiàn)。②make

clean

命令用于刪除前面留下來的中間文獻，該命令不會刪除.config等配置文獻。這個環(huán)節(jié)是可選的，它的目的是清除原先編譯過而殘留的.com和.o（obj文獻）。假如是剛下載的源代碼，那么這一步就可以省略了，不過假如已經(jīng)編譯多次內(nèi)核，這一步是必要的，否則背面也許會出現(xiàn)諸多莫名其妙的小問題。③make

zImage命令用于編譯生成壓縮形式的內(nèi)核鏡像，當編譯成功后，就會在arch\arm\boot\目錄下生成zImage文獻，大小一般為幾百KB。對于嵌入式Linux內(nèi)核而言，直接將生成的zImage下載到嵌入式目的板的flash中即可。對于較大的內(nèi)核，假如用make

zImage編譯，系統(tǒng)會提醒使用make

bzImage命令來編譯，bzImage是big

zImage的縮寫，可用于生成較大的壓縮內(nèi)核，例如桌面Linux系統(tǒng)內(nèi)核。④在配置菜單的過程中，有些選項被選擇為模塊的，即選項前為[M]，并且在回答Enable

loadable

module

support(CONFIG_MODULES)時選了Yes的，則接下來就還要用命令make

modules

來編譯這些可加載模塊，并用make

modules_install將make

modules生成的模塊文獻復制到對應(yīng)目錄，桌面Linux內(nèi)核一般是在/lib/modules目錄下。⑤制作init

ramdiskmkinitrd

initrd-$version

$version例：mkinitrd

initrd-2.6.29

2.6.29$version

可以通過查詢/lib/modules下的目錄得到Ramdisk是將一部分固定大小的內(nèi)存當做分區(qū)來使用。它并非一種實際的文獻系統(tǒng)，二是一種將實際的文獻系統(tǒng)裝入內(nèi)存的機制，并且可以作為根文獻系統(tǒng)。將某些常常被訪問而又不會更改的文獻（如只讀的根文獻系統(tǒng)）通過ramdisk放在內(nèi)存中，可以明顯的提高系統(tǒng)的性能。在linux的啟動階段，initrd提供了一套機制，可以將內(nèi)核映像和根文獻系統(tǒng)一起載入內(nèi)存。⑥cp

arch/x86/boot/bzImage/boot/vmlinuz-$version$version

為所編譯的內(nèi)核版本號（拷貝initrd-2.6.29到/boot下，將arch/x86/boot/bzImage更名為vmlinuz-2.6.29移動到/boot下）⑦修改/etc/grub.conf

或者/etc/lilo.conf（GNU

GRUB（簡稱

GRUB

）是一種來自GNU項目的多操作系統(tǒng)啟動程序。GRUB是多啟動規(guī)范的實現(xiàn)，它容許顧客可以在計算機內(nèi)同步擁有多種操作系統(tǒng)，并在計算機啟動時選擇但愿運行的操作系統(tǒng)。GRUB可用于選擇操作系統(tǒng)分區(qū)上的不一樣內(nèi)核，也可用于向這些內(nèi)核傳遞啟動參數(shù)。）這時重啟Linux操作系統(tǒng)，在進入內(nèi)核時按下回車鍵進入內(nèi)核選擇界面，選擇自己編譯的內(nèi)核，即可進入自己編譯的內(nèi)核的操作系統(tǒng)，用uname

-r

可以查看目前內(nèi)核版本。嵌入式linux文獻系統(tǒng)的制作與移植

文獻系統(tǒng)包括兩個層次的含義：1.按照固定格式組織的目錄與文獻2.在特定的存儲介質(zhì)上管理這些目錄和文獻需要的數(shù)據(jù)當我們在linux下輸入ls

/

的時候，見到的目錄構(gòu)造以及這些目錄下的內(nèi)容都大同小異，這是由于所有的linux發(fā)行版在對根文獻系統(tǒng)的布局上都遵照FHS（Filesystem

Hierarchy

Standard）原則的提議規(guī)定。各個目錄名稱及其寄存的內(nèi)容：/bin

必備的顧客命令，例如ls、cp等/sbin

必備的系統(tǒng)管理員命令，例如ifconfig、reboot等/dev

設(shè)備文獻，例如mtdblock0、tty1等/etc

系統(tǒng)配置文獻，包括啟動文獻，例如inittab等/lib

必要的鏈接庫，例如C鏈接庫、內(nèi)核模塊/home

一般顧客主目錄/root

root顧客主目錄/usr/bin

非必備的顧客程序，例如find、du等/usr/sbin

非必備的管理員程序，例如chroot、inetd等/usr/lib

庫文獻/var

守護程序和工具程序所寄存的可變，例如日志文獻/proc

用來提供內(nèi)核與進程信息的虛擬文獻系統(tǒng)，由內(nèi)核自動生成目錄下的內(nèi)容/sys

用來提供內(nèi)核與設(shè)備信息的虛擬文獻系統(tǒng)，由內(nèi)核自動生成目錄下的內(nèi)容/mnt

文獻系統(tǒng)掛接點，用于臨時安裝文獻系統(tǒng)

/tmp

臨時性的文獻，重啟后將自動清除根文獻系統(tǒng)是Linux啟動時使用的第一種文獻系統(tǒng)。沒有根文獻系統(tǒng)，Linux將無法正常啟動。根文獻系統(tǒng)由一系列目錄構(gòu)成，目錄中包括了應(yīng)用程序、C庫、以及有關(guān)的配置文獻。

那怎樣制作一種根文獻系統(tǒng)呢？重要包括如下環(huán)節(jié)：1、創(chuàng)立根文獻系統(tǒng)的目錄如：mkdir

bin

sbin

lib

etc

dev

proc

sys

usr

mnt

tmp

var2、創(chuàng)立設(shè)備文獻cd

devmknod

-m

666

console

c

5

1mknod

-m

666

null

c

1

3cd

..3、安裝/etctar

-xzvf

etc.tar.gz

/xxx/rootfs/etc4、配置busybox進入busybox目錄執(zhí)行make

menuconfig進入

Busybox

Settingsbuild

Options->選中

“Build

busybox

as

a

static

binary”,

靜態(tài)鏈接Cross

Compiler

prefix

(arm-linux-)Installation

Options->選中

“Don‘t

use

/usr”,

選中該項可以防止busybox被安裝到宿主系統(tǒng)的/usr目錄下，破壞宿主系統(tǒng)Busybox

Installation

Prefix

(/nfsroot/rootfs)該選項表明編譯后的busybox的安裝位置7、編譯、安裝busyboxmake

ARCH=arm

CROSS_COMPILE=arm-linux-

make

install前提是系統(tǒng)中安裝好了交叉編譯工具arm-linux-gcc至此一種粗略的根文獻系統(tǒng)制作完畢，下面就需要移植到開發(fā)板中。我們懂得ARM嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成為：1）bootloader

引導加載器2）kernel

操作系統(tǒng)內(nèi)核3）rootfs

根文獻系統(tǒng)

(帶GUI,QTopia)

在系統(tǒng)加載完內(nèi)核后就會去啟動根文獻系統(tǒng)，而啟動根文獻系統(tǒng)這個過程被bootargs這個參數(shù)控制，因此我們需要修改這個參數(shù)以使系統(tǒng)運行我們的根文獻系統(tǒng)，但這之前我們需要在宿主機上將根文獻系統(tǒng)共享出來。我們先在linux系統(tǒng)中配置好nfs服務(wù)器，并且在設(shè)置配置文獻exports將根文獻系統(tǒng)所在途徑共享出來，接下來在ARM開發(fā)板啟動時控制超級終端進入shell界面，在這里輸入命令p