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基于嵌入式智能家居遠(yuǎn)程控制器設(shè)計(jì) 摘要 本文研究了基于linux嵌入式操作系統(tǒng)，以使用arm2440為CPU的ARM9嵌入式開發(fā)板為硬件基礎(chǔ)，以LINUX REDHAT 5為系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，以arm-linux-gcc 4.3.2為交叉編譯環(huán)境以Friendly ARM Mini2440 Development Board為系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，制定系統(tǒng)，包括嵌入式操作系統(tǒng)linux內(nèi)核的定制、bootloader的移植、linux內(nèi)核的移植、文件系統(tǒng)的移植，并將其進(jìn)行解析，將相應(yīng)的命令根據(jù)通信協(xié)議轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制信號(hào)，接入控制電路從而控制相應(yīng)的電器。本裝置采用了四盞燈模擬家中的各種電器，通過遠(yuǎn)程的機(jī)算機(jī)來控制家里的電器。 功能模塊設(shè)計(jì) 本課題所用環(huán)境 友善之臂 主要設(shè)計(jì)方法 Bootloader Bootloader Bootloader Bootloader Bootloader的種類 Bootloader的實(shí)現(xiàn)大致可以分為以下幾類 ： 1.Vivi 由三星提供，韓國(guó)mizi 公司原創(chuàng)，開放源代碼，必須使用arm-linux-gcc 進(jìn)行編譯，目前已經(jīng)基本停止發(fā)展，主要適用于三星S3C24xx 系列ARM 芯片，用以啟動(dòng)Linux 系統(tǒng)，支持串口下載和網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)啟動(dòng)等常用簡(jiǎn)易功能。 Bootloader的種類 2. U-Boot: 由三星提供，韓國(guó)mizi 公司原創(chuàng)，開放源代碼，必須使用arm-linux-gcc 進(jìn)行編譯，目前已經(jīng)基本停止發(fā)展，主要適用于三星S3C24xx 系列ARM 芯片，用以啟動(dòng)Linux 系統(tǒng)，支持串口下載和網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)啟動(dòng)等常用簡(jiǎn)易功能。 Bootloader的種類 3. Blob Blob(Boot Loader Object)是由Jan-Derk Bakker and Erik Mouw發(fā)布的，是專門為StrongARM 構(gòu)架下的LART設(shè)計(jì)的Boot Loader。Blob支持SA1100的LART主板，但用戶也可以自行修改移植。 Blob也提供兩種工作模式，在啟動(dòng)時(shí)處于正常的啟動(dòng)加載模式，但是它會(huì)延時(shí) 10 秒等待終端用戶按下任意鍵而將 Blob 切換到下載模式。如果在 10 秒內(nèi)沒有用戶按鍵，則 Blob 繼續(xù)啟動(dòng) Linux 內(nèi)核。 Bootloader的移植 將vivi 的源代碼包復(fù)制到某一個(gè)目錄，進(jìn)入該目錄，運(yùn)行以下命令： #tar xvzf vivi.tgz 執(zhí)行該命令將把vivi 源代碼解壓到目錄，進(jìn)入vivi 源代碼目錄，執(zhí)行： #make clean #make menuconfig 一般不需要更改任何配置，直接退出，然后執(zhí)行“make”開始編譯，執(zhí)行結(jié)果如下： #make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- 此時(shí)已經(jīng)在當(dāng)前目錄下生成了 vivi，把vivi 燒寫到目標(biāo)板的NandFlash 運(yùn)行。 配置和編譯 linux 內(nèi)核 內(nèi)核的主要概念 內(nèi)核，即操作系統(tǒng)。它為底層的可編程部件提供服務(wù)，為上層應(yīng)用程序提供執(zhí)行環(huán)境。內(nèi)核裁剪就是對(duì)這些功能進(jìn)行裁剪，選取滿足特定平臺(tái)和需求的功能。不同的硬件平臺(tái)對(duì)內(nèi)核要求也不同，因此從一個(gè)平臺(tái)到另一個(gè)平臺(tái)需要對(duì)內(nèi)核進(jìn)行重新配置和編譯。操作系統(tǒng)從一個(gè)平臺(tái)過渡到另一個(gè)平臺(tái)。Linux是一款平臺(tái)適應(yīng)性強(qiáng)，且容易裁剪的操作系統(tǒng)。因此Linux在嵌入式系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 linux內(nèi)核的組成部分 Linux內(nèi)核移植過程 （1）將所有文件復(fù)制到工作目錄下，然后解壓內(nèi)核文件和編譯器文件。 （2）為內(nèi)核打補(bǔ)丁。 （3）修改Makefile，修改編譯環(huán)境。 （4）修改machine ID。如果這一步省略，會(huì)在移植到開發(fā)板后Bootloader引導(dǎo)的時(shí)候出現(xiàn)機(jī)器ID錯(cuò)誤的現(xiàn)象。出錯(cuò)的ID號(hào)將以十六進(jìn)制給出，將其轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，替換mach-types文件中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)。這里移植后報(bào)的錯(cuò)誤是0xFB，即對(duì)應(yīng)十進(jìn)制251。 （5）制作uImage文件。在內(nèi)核目錄下建議一個(gè)名為mkimage的文件 （6）對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置。執(zhí)行make at91rm9200dk_defconfig實(shí)際上就是完成對(duì)內(nèi)核的配置。 （7）編譯內(nèi)核生成映像文件。 Linux內(nèi)核移植過程 文件系統(tǒng)的配置與移植 文件系統(tǒng)簡(jiǎn)單的說就是一種目錄結(jié)構(gòu)，由于 linux操作系統(tǒng)的設(shè)備在系統(tǒng)中是以文件的形式存在，將這些文件進(jìn)行分類管理以及提供和內(nèi)核交互的接口，就形成一定的目錄結(jié)構(gòu)也就是文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)是為用戶反映系統(tǒng)的一種形式，為用戶提供一個(gè)檢測(cè)控制系統(tǒng)的接口 文件系統(tǒng)的配置與移植 根文件系統(tǒng)是linux啟動(dòng)時(shí)使用的第一個(gè)文件系統(tǒng)，沒有根文件系統(tǒng)性，linux將無法正常啟動(dòng)。 根文件系統(tǒng)由一系列目錄組成，目錄中包括了應(yīng)用程序，C庫(kù)以及相關(guān)的配置文件。 文件系統(tǒng)的配置與移植 Linux支持多種文件系統(tǒng)，常用的基于存儲(chǔ)設(shè)備的文件系統(tǒng)類型包括：jffs2， yaffs， cramfs， 等。本次設(shè)計(jì)采用的是yaffs2。 　 yaffs2是專為嵌入式系統(tǒng)使用NAND型閃存而設(shè)計(jì)的一種日志型文件系統(tǒng)。與jffs2相比，它減少了一些功能(例如不支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮)，所以速度更快，掛載時(shí)間很短，對(duì)內(nèi)存的占用較小。另外，它還是跨平臺(tái)的文件系統(tǒng)，除了Linux和eCos，還支持WinCE， pSOS和ThreadX等。 文件系統(tǒng)移植過程 1.創(chuàng)建根文件系統(tǒng)的目錄 2.創(chuàng)建設(shè)備文件 3.安裝/etc 4.編譯內(nèi)核模塊 5.安裝內(nèi)核模塊 6.配置busybox 7.編譯，安裝busbox 8.制作yaffs 文件系統(tǒng)映象 Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā) Led驅(qū)動(dòng)的開發(fā)： mini2440 開發(fā)板上所用到的4 個(gè)LED 的硬件資源 要操作所用到的 IO 口，就要設(shè)置它們所用到的寄存器。低電平亮，高電平滅。 Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā) 驅(qū)動(dòng)程序在 Linux 內(nèi)核里扮演著特殊的角色. 它們是截然不同的“黑盒子”， 使硬件的特殊的一部分響應(yīng)定義好的內(nèi)部編程接口. 它們完全隱藏了設(shè)備工作的細(xì)節(jié). 用戶的活動(dòng)通過一套標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)用來進(jìn)行， 這些調(diào)用與特別的驅(qū)動(dòng)是獨(dú)立的; 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的角色就是將這些調(diào)用映射到作用于實(shí)際硬件的和設(shè)備相關(guān)的操作上. 這個(gè)編程接口是這樣， 驅(qū)動(dòng)可以與內(nèi)核的其他部分分開建立， 并在需要的時(shí)候在運(yùn)行時(shí)“插入”。 Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā) Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)SE6紅軟基地

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