嵌入式Linux系统的研究及其在串口通信中的应用

1、嵌入式 lin u x 系统的研究及其在串口通信中的应用竹林, 祝忠明通信与信息系统系, 四川 成都 610059)成都理工大学(摘要: 研究了典型的嵌入式 li nux 操作系统, 概述了如何构建嵌入式 li nux 开发环境, 分析了 li nux 内核的修改和剪裁, 并在开发板上实现串口通信。 关键字: 嵌入式系统; l i nux; 内核; 裁剪resear ch and application of embedded linux system based on armzhu lin, zhu zhong- ming( chengdu university of technology,

2、 chengdu 610059, china)abstr act : typical embedded linuxoperating systems are studied,it is summarized how to build a development con-dition of the embedded linux and analyzed deeply how to modify and tailor the linux kernel and serial communicationare realized on the developing board.keywor ds: em

3、bedded; operating; system; linux; kernel; ailor引言1tem call) 的界面访问内核结构。在 linux 中, 可以动态装入和卸载内核中的部分模块。linux 内核由 5 个 部分组成: 进程管理、内存管理、文件系统管理、进 程间通信和网络接口。典型的嵌入式 linux 操作系统有 2 类: 第一类linux 内核进行修改和剪裁以满足系统的需求,是 移 植 技 术 中 的 关 键 。 本 文 主 要 研 究 了 如 何 对linux 操作系统进行修改和剪裁, 并在开发板上实现 了串口通信。如 clinux, 其是为了支持没有 mmu(内存管理单

4、元) 的处理器而对标准 linux 作出的修正。clinux保留了 linux 的大部分优点: 稳定良好的移植性、优 秀的网络功能、支持各种文件系统以及标准丰富的 api 等。第二类是将 linux 开发成实时系统尤其是 硬( firm) 实时系统, 应用于一些关键的 控制场合,如 rtlinux。嵌入式操作系统分析2li nuxlinux 系统内核的分析: linux 系统使用了单一内核结构,即操作系统中所有的系统相关功能都被封装在内核中。程序通过一套称作系统调用( sys-3基于arm 平台的3. 3 内核的修改和剪裁内核的初始化分为以下几个阶段: ( 1) 内核的入口 stextstex

5、t 是 bootloader 所调用的内核入口, 从 stext进入后, 将完成一些针对程序运行环境的建立。嵌入式系统的研究li nux3. 1 嵌入式平台及开发环境的建立hfrk2410 开 发 板 是 基 于 s3c2410 高 性 能( 2)内核的初始化函数 start_kernelarm处 理 器 的 嵌 入 开 发 平 台 , cpu采 用start_kernel 是内核初始化的主体。在调用这个s3c2410arm920t。开发过程为: linux 下建立交叉编译器, 在 windows 操作系统中用 ads 开发工具实 现启动程序, 在 linux 操作系统下, 用交叉编译器进 行

6、 linux 内核、库函数及应用程序的编译。函数的时候,和堆栈。系统已经有了一个初始化的页目录表( 3) 内核的初始化线程 init在 start_kernel 中, 通过创建了一个内核进程来 执行 init 函数, 进行初始化。3. 2 boot loader 代码分析嵌入式系统中, boot loader 是在操作系统内核 或用户应用程序运行之前运行一段小程序, 可以初 始化硬件设备、建立内存空间的映射图, 从而将系统( 4)系统的初试化程序修改内核启动部分源代码: 主要是修改 make-file 文件, 以及加上 nand flash 的支持和 mtd 分区 表 的 填 写 。 目 的

7、是 指 定 目 标 cpu 的 体 系 结 构 为 arm 及交叉编译器前缀为 arm- linux- , 并在内核启 动时能初始化 nand flash。修改的步骤为:( 1) 下载并解压 linux 内核( 2) 修改 makefile 文件#arch?=$(subarch)修改为 arch:=arm。的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统内核或用户应用程序准 备好正确的 环境。大多数 boot loader 都包含 2 种不同 的操作模式: 启动加载 (loading) 模式。boot loading)模式和下载(down启动加载模 式: 也称为“自 主”模式。即 boo

8、tloader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系 统加载到 ram 中运行, 整个过程并没有用户的介 入。这种模式是 boot loader 的正常工作模式, 在嵌 入式产品发布的时候, bootloader 必须 工作在这种 模式下。下载模式: 在这种模式下, 目标机上的 boot- loader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主 机下载文件。从主机下载的文件通常首先被 boot-loader 保 存 到 目 标 机 的 ram 中 , 然 后 再 被 boot-( 3)修改相关的文件修改 archarmmach- s3c2410devs.c 文件增加头文件定义:#include

9、#include#include增 加 nand flash 分 区 信 息 , 将 分 区 信 息 和bootloader 程序一致。修改 archarmmach- s3c2410mach- smdk2410.c文件做 完 以 上 修 改 再 经 内 核 编 译 后 就 可 以 在hfrk2410开发板上运行了。loader 写到目标机上的闪存( flash)类固态存储设备中。bootloader 的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用; 此外, 以后的系统更新 也会使用 bootloader 的这种工作模式。工作于这种模式下的 bootloader 通常都会向其终端用户提供一(

10、 4)编译内核编译内核需要 3 个步骤, 分别是创建内核依赖次为: make dep, make zimage, make modules。编 译 完 成 以 后 , 会 生 成 镜 像 文 件 arch/arm/boot/zimage, 把这个文件下载到开发板上, 就会看到 linux2.6 的内核启动信息, 即完成了 linux2.6 内核 移植的第一步。pcmcia control ioctl(obsolete)(new)支持的可执行文件格式: 支持 elf, elf 是开放 平台下最常用的二进制文件, 它支持不同的硬件平 台。userspace binary formats- - *k

11、ernel support for elf binaries( 5) 加载 yaffs2 文件系统(file system, yaffs)( 6) 内核的剪裁yet another flash设备驱动: 支持 mtd 分区, 支持 nand flash、网卡 cs8900device drivers- - - memory technology device(mtd)support*mtd partitioning support*direct char device access to mtd devices *caching block device access to mtd devic

12、es nand flash device drivers- - - *nand device support*nand flash support for s3c2410/s3c2440 soc *s3c2410 nand driver debugnetwork device support- - ethernet(10 or 100mbit)- - cs8900 support使用 linux 自身的配置工具, 编译定制内核。根据功能对内核进行剪裁, 要达到的目标是: 保证串口 下载调试信息, 提供必要的系统操作, 支持应用程序 正常运行, 即完成串口通信。配置的 linux 内核如 下:c

13、ode maturity level options- - - 代码成熟等级选项( 不选)promptcode/driversfor development and/or incomplete默认情况下是选择的, 这将会在设置界面中显示还在开发或者还没有完成的与驱动。通用设置选项: 支持处理器在程序之间同步和 交换信息、支持热插拔general setup- - *system vipc*support for hot- pluggable devices可加载模块: 使用模块支持、支持模块卸载、支 持内核自动加载部分模块loadable module support- - *enable l

14、oadable module support *module unloading*automatic kernel module loading 总线支持配置: 有关 pcmcia 不选 bus support- - pccard(pcmcia/cardbus)support- - enable pccard debugging16- bit pcmcia support(new)load cis updates from userpace (experim- ental)(new)( 7)建立根文件系统根文件系统的作用是存放了各种工具、应用程序、init 程序、必需的库和需要加载的模块。根文

15、件系统采用 cramfs 格式,建立。并使用工具软件 busybox 来通过以上步骤, 内核已经正常启动, 首先检测硬件平台, 然后初始化网卡、usb 以及其他硬件, 最终 挂载文件系统 yaffs, 显示 linux 命令行的提示符。4基于 arm平台的嵌入式 li nux 在串口通信中的应用该 系 统 只 设 计 了 一 路 与uart0相 连 的rs- 232c 接口电路, 通过 9 芯的 d 型插头, 与外设可方便的连接, 同时设计了数据发送与接收的状态 指示 led, 当有数据通过串行口传输时, led 闪烁, 便于用户掌握其工作状态, 以及进行软、硬件的调。试。串口通信的程序流程图

16、如图 1 所示。nbyte=write(fd,buffer,length);写数据:char buff1024;int len=1024;int readbyte=read(fd,buff,len);( 4) 关闭串口close(fd);5结束语在嵌入式系统平台的开发使用过程中,经常使用串行接口与 pc 主机进行通信。在此平台上, 可以运行嵌入式 linux 操作系统,使用串口下载应用程序等。由此可见, 在嵌入式系统中实现串口通信, 可延伸系统的应用触角,扩大系统的数据采集和过程控制的范围参考文献1马忠梅 等.arm&linux 嵌入式教程m.北京: 北京 航空航天大学出版社, 2004.2孙天泽 等.嵌入式设计及 linux 驱动开发指南m.北京: 电子工业出版社, 2002.3毛德操.linux 内核源代码情景分析m.杭州: 浙江 大学出版社, 2001.4李善平 等.linux 与嵌入式系统m. 北京: 清华大 学出版社, 2003.5陈莉君.linux 操作系统内核分析m.北京: 人民邮 电出版社, 2000.6张斌, 高波.linux 网络编程. 北京m: 清华大学出 版社, 2000.7胥静. 嵌入式系统设计与开发实例详解基于arm 的应用m.北京: 北京图 1 串口通信的程序流程图( 1) 使用标准的文件打开函数操作来打开串口:int fd;/* 以读写方式打