arm嵌入式linux培訓(xùn)班_嵌入式Linux的風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)

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arm嵌入式linux培訓(xùn)班_嵌入式Linux的風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng),   

0引言

為了適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，同時(shí)考慮到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈活性、可伸縮性以及可裁剪性，一種以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪的嵌入式操作系統(tǒng)隨之誕生。這種嵌入式系統(tǒng)能適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用系統(tǒng)。而在眾多嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux以其體積小、可裁減、運(yùn)行速度快、網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)良、源碼公開(kāi)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。特別是2.6內(nèi)核版本的Linux更是在實(shí)時(shí)性能方面有了很大的提高，因此在工業(yè)控制場(chǎng)合得到了越來(lái)越多的重視和應(yīng)用。

本文正是在這一背景下，為基于S3C2410的嵌入式平臺(tái)（擴(kuò)充了多種外圍設(shè)備，包括：LCD、A/D、網(wǎng)絡(luò)芯片等等）構(gòu)建出一個(gè)基于Linux2.6.16內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以滿(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需求。

1系統(tǒng)構(gòu)架

本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)是以32位高性能嵌入式處理器S3C2410A作為系統(tǒng)的CPU，其工作頻率最高為203 MHz，具有強(qiáng)大的處理能力。另外，還擴(kuò)展有多種外圍設(shè)備，如：分辨率為640×480的26萬(wàn)色TFT液晶顯示屏、串口、USB口、網(wǎng)口、64MB Flash、64MB SDRAM等等�？梢猿浞譂M(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需求。

本硬件平臺(tái)的軟件構(gòu)架主要分為以下幾個(gè)部分：BSP層、操作系統(tǒng)層以及應(yīng)用層，圖1所示是其軟件構(gòu)架圖。本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)是由嵌入式微處理器及其外圍設(shè)備所構(gòu)成的。硬件抽象層（BSP）是存儲(chǔ)在硬件平臺(tái)ROM或Flash上的負(fù)責(zé)與硬件底層交流的硬件驅(qū)動(dòng)程序，主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，并將收集的硬件信息傳遞到接下來(lái)運(yùn)行的操作系統(tǒng)內(nèi)核中去。操作系統(tǒng)內(nèi)核通過(guò)BSP來(lái)管理系統(tǒng)硬件資源，并為上層軟件提供進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等服務(wù)。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)與用戶(hù)進(jìn)行交流。

  

  

在完成系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計(jì)以后，就可以針對(duì)硬件平臺(tái)進(jìn)行具體的構(gòu)建了，其工作主要包括以下幾個(gè)部分：BootLoader移植、內(nèi)核移植以及文件系統(tǒng)的建立等，其中內(nèi)核移植包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、LCD和USB等驅(qū)動(dòng)的移植。文中針對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)給出了相關(guān)程序的移植。

2 Boot Loader移植

Boot Loader （引導(dǎo)加載程序）是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼。這段小程序用于初始化硬件設(shè)備和建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。

目前，較流行的BootLoader主要有U-boot和Vivi等。本設(shè)計(jì)主要是以S3C2410為控制器的硬件平臺(tái)，因此可以選用帶有網(wǎng)絡(luò)功能的Vivi作為系統(tǒng)的Boot Loader。作為引導(dǎo)程序的Vivi一般分為stage1和stage2兩大部分。stage1主要是根據(jù)CPU的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)備初始化等工作，通常都用短小精悍的匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，而stage2則通常用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，且代碼會(huì)具有更好的可讀性和可移植性。為了使Vivi更適合本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行部分修改。

（1）修改編譯器

首先要把Vivi中Makefile的有關(guān)編譯的選項(xiàng)指向安裝好的3.4.1版本的交叉編譯工具鏈，將編譯所需的Linux文件夾“UNUX-INCLUDE-DIR=”指向交叉編譯器所在的文件夾“LINUX-INCLUDE-DIR=/usr/local/arm/3.4.1/include”，并將“CROSS-COMPILE=”項(xiàng)修改為“CROSS-COMPILE=/usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-”。

（2）修改啟動(dòng)參數(shù)

接著根據(jù)硬件平臺(tái)的實(shí)際情況要修改Vivi中Flash分塊情況。本系統(tǒng)將Flash劃分成四個(gè)部分：第一部分用來(lái)存放系統(tǒng)的Vivi：第二部分用來(lái)存放Vivi以及Linux操作系統(tǒng)的啟動(dòng)參數(shù);第三部分用來(lái)存放嵌入式Linux操作系統(tǒng);最后一部分用來(lái)存放文件系統(tǒng)。具體的地址及塊大小分配如表1所列。

  

  

修改完以上兩項(xiàng)就可以對(duì)Vivi進(jìn)行編譯了，之后通過(guò)JTAG將生成的二進(jìn)制代碼燒寫(xiě)到Flash的第一部分，即完成了Vivi的移植。

3內(nèi)核移植

內(nèi)核移植和BootLoader移植一樣要根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)來(lái)進(jìn)行。根據(jù)本嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，需修改內(nèi)核Makefile文件、設(shè)置Flash分區(qū)、配置與編譯內(nèi)核等，并完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、LCD以及USB等驅(qū)動(dòng)的移植，下面簡(jiǎn)單介紹一下針對(duì)本硬件平臺(tái)的相關(guān)移植工作。

（1）內(nèi)核編譯與移植

在交叉編譯內(nèi)核之前，要先對(duì)編譯選項(xiàng)進(jìn)行配置。執(zhí)行“make menuconfig”指令，進(jìn)人Syetem Type選項(xiàng)，選擇對(duì)S3C2410系統(tǒng)板的支持，然后配置File System和Block device，接下來(lái)使用“make dep”指令設(shè)置依賴(lài)關(guān)系，之后便可以使用“make zImage”指令進(jìn)行編譯。編譯內(nèi)核交叉編譯時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。最終會(huì)生成一個(gè)文件zImage，這就是編譯成功后的ARM Linux內(nèi)核文件。將編譯好的內(nèi)核鏡像文件寫(xiě)入到Flash中，即完成了內(nèi)核的移植。

（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移植嵌工控機(jī)是嵌入式, 嵌入式正點(diǎn)原子, 嵌入式系統(tǒng)國(guó)外文獻(xiàn), 嵌入式網(wǎng)絡(luò)編程面試, 半嵌入式臉盆臺(tái)上, 嵌入式原理實(shí)驗(yàn)總結(jié), 嵌入式分屏顯示, 海同網(wǎng)校嵌入式, 嵌入式仿真測(cè)試, 三一重工嵌入式, mcgs嵌入式編程, 嵌入式馬桶toto, c嵌入式是什么, 做嵌入式怎么找兼職, 學(xué)嵌入式要很聰明嗎, c語(yǔ)言還是嵌入式, 臺(tái)州嵌入式養(yǎng)老, 嵌入式碩士工資多少, 嵌入式工程師發(fā)展, 三級(jí)嵌入式報(bào)名, 嵌入式流媒體服務(wù)器, 嵌入式圖表F11, 嵌入式熱板價(jià)格,

系統(tǒng)中采用CS8900A作為網(wǎng)絡(luò)芯片，最高支持10 Mb/s的傳輸率，它使用S3C2410的nGCS3作為片選線(xiàn)，IRQ_EINT9作為外部中斷信號(hào)線(xiàn)。其驅(qū)動(dòng)移植方法如下：

1）在linux/driver/net/arm目錄下加入芯片的驅(qū)動(dòng)程序文件cs8900.h和cs8900.c：

2）在SMDk2410_init函數(shù)中完成相應(yīng)寄存器設(shè)置;在cs8900_probe（）函數(shù)中對(duì)S3C2410的網(wǎng)絡(luò)控制寄存器進(jìn)行設(shè)置：加入_raw_writel（0x221ldll0,S3C2410_BWSCON）;和_raw_writel（0x1f7c,S3C2410_BANKCON3）;兩個(gè)語(yǔ)句;

3）將網(wǎng)卡的物理地址（0x19000000）映射到vSMDK2410_ETH_IO所指向的虛擬地址上去，即在/arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c文件中的smdk2410_iodesc []結(jié)構(gòu)數(shù)組中添加如下內(nèi)容：{vSMDK2410_ETH_IO，0x19000000，SZ_1M，MTl_DEVICE};

4）配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的Makefile、Kconfig文件，并對(duì)頭文件做部分修改。

（3） LCD移植

在2.6.16內(nèi)核中已經(jīng)包含了S3C2410的LCD驅(qū)動(dòng)程序，因此，移植的主要工作是要根據(jù)驅(qū)動(dòng)程序及LCD屏的實(shí)際情況進(jìn)行初始化。S3C2410自帶5個(gè)LCD控制器，每個(gè)控制器有不同的功能，必需對(duì)每個(gè)控制器的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置才能順利地啟動(dòng)LCD，這些參數(shù)包括：液晶屏類(lèi)型（TFT屏或CSTN屏）、顏色位數(shù)、垂直度、水平度、控制信號(hào)線(xiàn)的極性以及液晶屏的分辨率等等。[!--empirenews.page--]

本系統(tǒng)采用的是SHARP 8.0英寸的TFT液晶屏。參考該液晶屏手冊(cè)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置各個(gè)寄存器的參數(shù)如表2所列。

  

  

設(shè)置好液晶屏的參數(shù)后，再在平臺(tái)初始化函數(shù)smdk2410_devices[]_initdata中啟動(dòng)液晶屏。最后，修改drivers/video目錄下的Kconfig和drivers/video目錄下的Makefile文件。

4文件系統(tǒng)建立

每種操作系統(tǒng)都有適合自己的文件系統(tǒng)，如：Windows一般采用FAT32或NTFS文件系統(tǒng)格式，Linux采用EXT2或EXT3文件系統(tǒng)格式，而嵌入式Linux操作系統(tǒng)是建立在一種稱(chēng)為YAFFS2（YAFF文件系統(tǒng)的改進(jìn)版）的針對(duì)嵌入式Linux的文件系統(tǒng)之上。因此可根據(jù)本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)及所采用的Linux內(nèi)核。構(gòu)建出YAfTS2文件系統(tǒng)，步驟如下：

（1）在內(nèi)核中建立YAFFS2目錄fs/yaffs2，并把下載的YAFFS2代碼（可以從網(wǎng)上下載開(kāi)源的YAFFS2的源碼）復(fù)制到該目錄下面;

（2）修改Kconfig和Makefile，使其可以配置YAFFS2;

（3）在YAFFS2目錄中生成Makefile和Kconfig文件;

（4）根據(jù)表1在內(nèi)核中修改NAND分區(qū);

（5）配置內(nèi)核時(shí)，應(yīng)選中MTD支持和YAFFS2支持;

（6）編譯內(nèi)核并將其下載到開(kāi)發(fā)板的Flash中;

（7）制作根文件系統(tǒng)下載到Flash的指定地址（地址如表1所示）。

至此，就搭建好了風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需要的軟硬件平臺(tái)。圖2所示是基于搭建好的平臺(tái)并使用Qt/Embeded開(kāi)發(fā)的風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的截圖。

  

  

5結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)一個(gè)特定的目標(biāo)平臺(tái)，介紹了如何構(gòu)建基于Linux 2.6.16的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，介紹了移植的主要技術(shù)和整個(gè)流程，并在Qt/Embedd下開(kāi)發(fā)了風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控軟件。掌握這些移植和開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)于開(kāi)發(fā)嵌入式Linux應(yīng)用系統(tǒng)十分重要，同時(shí)對(duì)于開(kāi)發(fā)其它類(lèi)型的嵌入式系統(tǒng)也具有一定的參考意義。