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1、嵌入式系统及Linux操作系统移植概述西安科技大学 李岩松 目录 嵌入式系统定义1硬件构成及工作原理2软件构成3移植概述4ChapterChapter嵌入式系统1 嵌入到特定对象体系中 的专用计算机系统什么是嵌入式系统？集成度高非标准化接口复杂多样工控飞控机控监测服务 业导航终端 Smarthome远程呼叫PDA所有的智能手机 PAD小米手环机器 人四旋翼飞机扫地机器人机械义肢典型应用硬件构成及运行原理2ChapterChapter2.001CPU03INTERFACE05WORKING PRINCIPLE02MEM04DEVICE2.1 CPUCPU是一个嵌入式系统的 核心，对系统的性能有很
2、 大的影响。ARM/MIPS: S3C24xx,STM32,Raspberry PiMCU: AT89xx,STC89xxFPGA: Cyclone DSP: EPM71282.2 MEMRAM: SRAM,DRAMROM: EPROM,EEPROMFLASH: Nor FLASH,Nand FLASH寄存器高速缓存 SRAM主存储器 DRAM本地存储器 Flash 、ROM、磁盘网络存储器 Flash 、ROM、磁盘时 钟 周 期011050100200000002.3 INTERFACE/BUSBUS三总线解构: Dbus:数据总线 Abus:地址总线 Cbus:控制总线 容量：512K字
3、节； 数据宽度：16位； 工作电压：3.3V；SRAM接口电路IS61LV25616IS61LV256162.4 DEVICE传感器是直接与物理世界接触的感知器件，连接了片内数字世界与外部的 物理世界。是嵌入式系统的“感官”。地磁传感器温度传感器湿度度传感器加速度传感器2.5运行原理2.5.1 cpu内部运行原理注意： （1）这幅图使用于 CISC解构的冯洛伊 曼机。 （2）此时的程序是 编译后的机器码，可 以理解为汇编指令。 （3）微程序控制方 式2.5.2 微程序控制的指令运行微程序是计算机里 面的“第一推动力”。流程是解释任务的；程序（高级语言）是解释 流程的；指令是解释程序的；微程序是
4、解释指令的； 而门电路直接反映了微程序的意志。2.5.3 接口技术/三总线的应用这是一个8086利用3-8译码器控制DA芯片输出特定波形的系统。从图中可以看出，74LS138对 于8086来说，端口地址是C0HC3H（地址线）。控制线IO/M参与地址译码，地址线A0，A1悬空，导致 地址复用。（C0HC3H都对应74LS138）将74LS138的地址改为C0HA1A0软件构成3ChapterChapter3.1 3.1 嵌入式系统结构嵌入式系统结构有时也叫板级支持包 ，是一个介于硬件与 软件之间的中间层 次。硬件抽象层通过 特定的上层接口与操 作系统进行交互，向 操作系统提供底层的 硬件信息，
5、并根据操 作系统的要求完成对 硬件的直接操作 Hardware Abstraction Layer Hardware Abstraction Layer ：BSP&Device DriverBSP&Device DriverSCSISCSI DriverDriverFlashFlash DriverDriverMMUMMU DriverDriverCacheCache DriverDriverSerialSerial DriverDriverEthernetEthernet DriverDriverDeviceDevice DriversDrivers支持嵌入式系统应用的操作系统软 件,它是嵌
6、入式系统（包括硬、软件 系统）极为重要的组成部分，通常 包括与硬件相关的底层驱动软件、 系统内核、设备驱动接口、通信协 议、图形界面、标准化浏览器 Browser等 Hardware Independent SoftwareHardware Independent SoftwareTCP/IP StackTCP/IP StackI/O SystemI/O SystemRTOS librariesRTOS librariesRTOS KernelRTOS KernelFile SystemFile SystemBoot LoaderBoot Loader中间件位于操作系统和应用软件之间， 屏蔽了
7、各种操作系统提供不同应用程序 接口的事实，向应用程序提供统一的接 口，从而便于用户开发应用程序，同时 也使应用程序具有跨平台的特性。 嵌入式应用程序运行于操作系统之上，利用操作系统提供的机制完 成特定功能的嵌入式应用，不同的系统需要设计不同的嵌入式应用 程序。它是整个系统功能的体现，系统的能力总是通过应用程序表 现出来。一个嵌入式系统可简单的没有支撑软件，甚至没有操作系 统，但却不能没有应用软件，否则它就不能成为一个系统。 3.23.2嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变* *Percent of total software supplied by RTOS vendor in a ty
8、pical embedded devicePercent of total software supplied by RTOS vendor in a typical embedded device10%*Kernel30%*KernelNetworkingFile System75%*KernelNetworkingFile SystemMultiprocessingMemory ManagementNetworking UtilityWindows APIApplicationApplicationApplicationApplication90%*90%*KernelNetworking
9、File SystemMultiprocessingFault ToleranceDistributed ObjectsAdvanced NetworkingAdvanced InterconnectJavaBrowser / GUI3.33.3嵌入式操作系统分类嵌入式操作系统分类从应用领域来分面向信息家电的嵌入式操作系统面向智能手机的嵌入式操作系统，如SymbianOS、MS Mobile OS、PalmOS、Embedded Linux等面向汽车电子的嵌入式操作系统 面向工业控制的嵌入式操作系统.从实时性的角度来分l实时嵌入式操作系统：具有强实时特点，如VxWorks、QNX、 Nucle
10、ar、OSE、DeltaOS、各种ITRON OS等。l非实时嵌入式操作系统：一般只具有弱实时特点，如WinCE、版本 众多的嵌入式Linux、PalmOS等。从嵌入式系统的商业模式来分类l商用型：功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服 务，开发费用+版税。l开源型：开放源码，只收服务费，没有版税。 如 Embedded linux，RTEMS，eCOS。3.4主流嵌入式操作系统嵌入式操作系统的选择免费,实时性 好,过于简单价格昂贵,实 时性好价格较贵,实 时性一般 免费,实时性较差 性能稳定,硬件 需求小 ,可剪裁MV-Linux KURT Red-Linux RT-Linux WinCE
11、VxworksC/OS- Linux 进行实时性改进单内核改进方案双内核改进方案RTAI-Linux 价格较贵,实时性 好,不方便移植不免费,实时性 好,方便移植免费,实时性 好,方便移植开源开源免费免费支持剪裁支持剪裁BLOB 引导程序Linux 内核Rootfs 根文件系统用户应用程序 (GUI)嵌入式嵌入式LinuxLinux系统软件平台结构图设备驱动的编写JFFS2,YAFFS,TMPFSQT图形界面的建 立ViviUbootRedbootBlob支持串口下 载功能,代 码量小支持串口,网 络下载功能, 代码量大支持串口,网 络下载功能, 代码量最大支持串口, 网络下载功 能,代码量
12、小BootLoaderBLOB 引导程序Linux 内核Rootfs 根文件系统用户应用程序(GUI)嵌入式嵌入式LinuxLinux系统软件平台结构图设备驱动的编写JFFS2,YAFFS,TMPFSQT图形界面的建 立Linux内核的组成 BLOB 引导程序Linux 内核Rootfs 根文件系统用户应用程序(GUI)嵌入式嵌入式LinuxLinux系统软件平台结构图设备驱动的编写JFFS2,YAFFS,TMPFSQT图形界面的建 立ARM上Linux的文件系统设计根文件系统:CRAMFS用户文件系统:YAFFS临时文件系统:Ramfs移植概述4ChapterChapter4.1准备阶段li
13、nux kernel linux-2.6.14.1.tar.gz Skyeye skyeye-1.2-RC8-3.tar.bz2 toolchain cross-2.95.3.tar.bz2，也可以使用gcc，gdb，glibc，binutils等工具自己编译产 生。 binuils binutils-2.16.tar.gz gcc gcc-3.4.4.tar.bz2 glibc glibc-2.3.5.tar.gz glibc-linuxthreads-2.3.5.tar.gz gdb gdb-5.2.tar.bz2 u-boot u-boot1.1.4.tar.bz2 Batch（补丁）
14、ioperm.c.diff 作用：打修正ioperm()函数 flow.c.diff 作用：该补丁用于产生crti.o和crtn.o文件 t-linux.diff 作用：修改gcc一处bug 其他工具 busybox-1.1.3.tar.gz01BootLoaderBootLoader03rootFSrootFS02KernelKernel4.2 移植三部曲BootLoader是系统加电启运行的第一段软件代码，PC机中的引导加载程序由BIOS（其本质就是一段固 件程序）和位于硬盘MBR中的引导程序一起组成。BIOS在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR中的引 导程序读到系统的RAM中，然后将
15、控制权交给引导程序。引导程序的主要运行任务就是将内核映象从硬盘 上读到RAM中 然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。每种不同的CPU体系结构都有不同的BootLoader。启动加载（Boot loading）模式下载（Downloading）模式01BootLoaderBootLoader03rootFSrootFS02KernelKernel 修改Makefile 设置PATH环境变量，使其可以找到交叉编译工具链 设置flash分区 。配置内核产生.config文件。 make menuconfig 。 编译内核，生成zImage。下载zImage到开发板01BootLoaderBootLoader03rootFSrootFS02KernelKernel 建立一个目标板的空根目录 建立Linux目录树 创建linuxrc文件挂载/etc为ramfs, 并从/mnt/etc下拷贝文件到/etc目录当中挂载/proc为proc文件系统挂载/sys为sysfs文件系统。挂载其他文件系统。 相关配置文件的创建创建帐号及密码文件创建profile文件创建fstab文件。THANKS
