基于Linux的嵌入式操作系統(tǒng)研究


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摘 要
在以計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合的信息時代的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用的形勢下，3C（Computer、Communication、Consumer）合一的趨勢已經(jīng)形成，其結(jié)果必然就是將計算機(jī)工業(yè)的中心從計算產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到信息產(chǎn)品，從而出現(xiàn)信息電器的概念。在信息電器的應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域，由于需要的功能不斷的增加，嵌入式系統(tǒng)也就將成為軟件業(yè)的新寵兒。同時在計算機(jī)本身的領(lǐng)域里面，微型化和專業(yè)化成為了發(fā)展的新趨勢，同樣也需要嵌入式系統(tǒng)的支持。因此，研究與嵌入式系統(tǒng)有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)——嵌入式操作系統(tǒng)有著相當(dāng)重要的實(shí)際意義。
本論文詳細(xì)論述了作者在學(xué)士學(xué)位論文工作期間在基于Linux的嵌入式操作系統(tǒng)研究工作領(lǐng)域里所做的研究和實(shí)踐，主要圍繞著論證使用Linux改造成符合嵌入式操作系統(tǒng)條件的幾點(diǎn)要求展開討論。首先，我對嵌入式系統(tǒng)的概念和信息電器的概念做出表述，并且說明Linux的特點(diǎn)、發(fā)展?fàn)顩r河開發(fā)環(huán)境。緊接著，分三個方面論述使用Linux進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的便利，包括Linux的實(shí)時變種——RTLinux的原理、實(shí)現(xiàn)方案和編程方法；Linux網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序的分析和利用到嵌入式系統(tǒng)中的方案；實(shí)現(xiàn)Linux和RT Linux的內(nèi)核在線調(diào)試環(huán)境的途徑。其中還講到了如何利用現(xiàn)有的工作設(shè)計出一個嵌入式Linux系統(tǒng)。最后，針對現(xiàn)有的工作，提出進(jìn)一步開發(fā)出完整的、具有市場競爭力的產(chǎn)品提出開發(fā)展望。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)，Linux，信息電器，RTOS，RT Linux，Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，在線調(diào)試環(huán)境

Abstract
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 system——Embedded Operating System is the most important thing.
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
目 錄 3
第一章 緒論 6
1.1 嵌入式系統(tǒng)的歷史、現(xiàn)在和未來 6
1.2 信息電器的概念 7
1.3 國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品、水平、現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢 8
1.3.1 國際上相關(guān)產(chǎn)品、水平、現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢。 8
1.3.2 國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品、水平、現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢。 10
1.4 Linux的歷史和現(xiàn)狀 12
1.5 論文的組織介紹 14
第二章 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 16
2.1 嵌入式處理器的要求 16
2.2 RTOS的要求 17
2.2.1 RTOS的概念 17
2.2.2 RTOS的分類方法 18
2.2.3 RTOS的體系結(jié)構(gòu) 18
2.2.4 RTOS的衡量標(biāo)準(zhǔn) 20
2.3 網(wǎng)絡(luò)要求 20
2.4 用戶交互環(huán)境界面 20
2.5 小結(jié) 21
第三章 采用Linux作為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的原因 22
3.1 嵌入式處理器支持 22
3.2 實(shí)時支持 22
3.3 網(wǎng)絡(luò)支持 23
3.4 GUI開發(fā)支持 24
3.4.1 利用X Windows的便利 24
3.4.2 利用SVGALib和pThread函數(shù)庫 25
3.5 小結(jié) 26
第四章 實(shí)時Linux 27
4.1 實(shí)時Linux（RTLinux）介紹 27
4.2 RTLinux特征 28
4.2.1 小而精巧的實(shí)時內(nèi)核 28
4.2.2 模塊化的設(shè)計方案 28
4.2.3 和Linux內(nèi)核的結(jié)合 29
4.2.3.1 利用Linux內(nèi)核的好處 29
4.2.3.2 和Linux進(jìn)行通信的方法 29
4.3 RTLinux的實(shí)現(xiàn)機(jī)理 30
4.4 RTLinux的編程接口（API） 31
4.5 RTLinux的編程方法示例 32
4.5.1 需要用到的API函數(shù)： 32
4.5.1.1 任務(wù)生成和調(diào)度函數(shù) 32
4.5.1.2 時間控制函數(shù) 33
4.5.1.3 FIFO控制函數(shù) 33
4.5.2 程序原理 34
4.5.3 程序?qū)崿F(xiàn) 34
4.5.3.1 實(shí)時部分代碼 34
4.5.3.2 非實(shí)時部分 38
4.5.3.3 公用頭文件 39
4.5.4 程序執(zhí)行結(jié)果 39
4.6 嵌入式RTLinux的設(shè)計 40
4.6.1 將RTLinux嵌入EPROM中。 40
4.6.2 通過網(wǎng)絡(luò)啟動的方法設(shè)計嵌入式RTLinux。 42
4.7 小結(jié) 42
第五章 Linux對TCP/IP網(wǎng)絡(luò)支持 43
5.1 Linux網(wǎng)絡(luò)概述 43
5.2 Linux網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序的分析 44
5.2.1 Linux中網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序介紹 45
5.2.2 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中需要用到的重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 46
5.2.2.1 struct device 46
5.2.3 重要的驅(qū)動過程 46
5.2.3.1 模塊驅(qū)動方法 47
5.2.3.2 內(nèi)核啟動的驅(qū)動方法 47
5.2.3.3 網(wǎng)卡初始化函數(shù)分析 49
5.3 在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 51
5.3.1 重用Linux網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧代碼 52
5.3.2 重寫網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 52
5.3.3 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的編寫 52
5.4 小結(jié) 53
第六章 調(diào)試環(huán)境的搭建和定制 54
6.1 遠(yuǎn)程調(diào)試環(huán)境的搭建原理 55
6.1.1 GDB介紹 55
6.1.2 GDB遠(yuǎn)程調(diào)試功能介紹 55
6.1.3 GDB遠(yuǎn)程調(diào)試建立的條件 56
6.1.3.1 遠(yuǎn)程主機(jī)上stub要實(shí)現(xiàn)的函數(shù)接口 56
6.1.3.2 調(diào)試雙方數(shù)據(jù)包的傳送格式 57
6.1.3.3 調(diào)試步驟的介紹 58
6.2 Linux的內(nèi)核調(diào)試環(huán)境的搭建 58
6.2.1 串口驅(qū)動程序模塊和數(shù)據(jù)包傳送函數(shù) 59
6.2.2 stub程序的函數(shù)接口 60
6.2.3 內(nèi)核進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的路徑 61
6.2.3.1 系統(tǒng)啟動的時候向內(nèi)核傳遞參數(shù) 61
6.2.3.2 使用gdbstart將系統(tǒng)控制權(quán)交出 63
6.2.4 Linux內(nèi)核調(diào)試過程示例 64
6.3 RTLinux的調(diào)試環(huán)境的開發(fā)設(shè)想 65
6.4 小結(jié) 66
第七章 總結(jié)與展望 67
參考文獻(xiàn) 69
部分參考文獻(xiàn)
【1】 呂京建、肖海橋，面向二十一世紀(jì)的嵌入式系統(tǒng)綜述，http://www.bol-system.com/
【2】 呂京建、肖海橋，嵌入式處理器分類與現(xiàn)狀，http://www.bol-system.com/
【3】 呂京建、肖海橋，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具及RTOS平臺，http://www.bol-system.com/
【4】 實(shí)時系統(tǒng)的討論，http://lisoleg.yeah.net/
【5】 李東生，展望中國信息家電，1999，http://www.tclit.com/