华南理工大学自动化嵌入式论文

1、研 究 生 课 程 论 文(2014-2015学年第一学期)Ubuntu系统安装及内核编译和RTAI安装研究生： 提交日期： 2015年3月1日 研究生签名： 学 号学 院自动化科学与工程学院课程编号Z0111024课程名称嵌入式系统原理及其应用学位类别硕士任课教师刘少君教师评语： 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日目录摘要：3第一章、Linux系统简介41.1、Linux的诞生41.2、Linux系统的特点41.2.1、Linux和Window的比较51.3、Linux发行版本简介51.4、Ubuntu发行版本简介6第二章、WIN7硬盘下Ubuntu 14.04的安装82.1、准备工

2、作82.2、安装过程10第三章、Ubuntu 14.04的内核编译173.1、准备工作173.2、编译过程18第四章、RTAI-4.0安装254.1、RTAI介绍254.2、准备工作254.3、安装过程264.3.1、内核编译264.3.2、编译RTAI27第五章、总结30参考文献：31Ubuntu系统安装及内核编译和RTAI安装摘要：Linux已经是现代社会最热门的关键词之一，它的开放性与稳定性是现在很多小型电子设备所青睐的。现在以Linux为内核的图形界面操作系统越来越多，其中以Android为操作系统的智能手机日益增多，促使Linux越来越受大众欢迎。本文先简单介绍了Linux的发展以及

3、它的特色，然后在众多的Linux发行版本上重点介绍了Ubuntu，经过多年的发展，Ubuntu已经发展成为一个成熟的优秀的操作系统，能够满足普通人简单的娱乐与工作需要。本文详细介绍了如何在WIN7系统上应用EasyBCD引导安装Ubuntu14.04系统，在Ubuntu 14.04的基础上也清楚的讲解了Linux内核的编译过程，通过内核编译，技术人员可以按照自己的需求来配置内核，使系统工作方便快捷。最后还在内核linux-3.8.13的基础上安装了实时扩展RTAI-4.0。RTAI 是一种采用双内核机制的Linux 内核的强实时扩展。优先级高于Linux 内核，它负责处理系统的实时任

4、务。关键字：Linux简介，Ubuntu的安装，内核编译，RTAI 第一章、Linux系统简介1.1、Linux的诞生1991年，在芬兰赫尔辛基大学计算机科学系就读的学生林纳斯·本纳第克特·托瓦兹（Linus Benedict Torvalds）在Minix的基础上开始开发Linux内核。 当年的8月25日，他在新闻组“comp.os.minix.”发表了如下的著名帖子，宣告了Linux的诞生：使用minix操作系统的各位，大家好！我正在为386（486）AT clones写一个（自由的）操作系统（只是爱好而已，不会和GNU一样成为广泛且专业的操作系统）。这个计划从4月份开

5、始酝酿，现在已做好准备。我希望得到人们关于minix优缺点的任何反馈意见，因为我的操作系统和它有类似的方面（因为可行性方面的原因，两者的文件系统物理布局相同）。我刚刚把bash（1.08）和gcc（1.40）移植到了系统上，而且看来运行得很好。这意味着我可以在几个月内把它变得有实用性了。我想知道大家想要些什么特色。欢迎提任何的建议，但是我不保证我会实现你的建议。整个来说，Linux属于开放源码软件。开放源码软件是源代码完全公开的自由软件，旨在免费分享技术资讯。根据自由软件基金会的定义，自由软件（Free Software）是一种可以不受限制地自由使用、复制、研究、修改和分发的软件。自由软件的许

6、可证类型主要有GPL许可证和BSD许可证两种。自由软件可以看作是开源软件的一个子集。1.2、Linux系统的特点Linux操作系统是自由软件和开放源代码发展中最具有代表性的实例。只要遵循GNU通用公共许可证，任何人和机构都可以自由地使用Linux的所有底层源代码，也可以自由地修改和再发布。Linux的主要应用领域包括服务器、嵌入式Linux系统和桌面应用等。 Linux具有以下特点：Ø 开放性。Ø 多用户多任务，支持多进程和多线程。Ø 可靠的系统安全性。Ø 良好的用户界面。Ø 强大的网络功能。Ø 高稳定性。Ø 具有标准兼容性

7、。Ø 支持多平台。 1.2.1、Linux和Window的比较1.3、Linux发行版本简介一个内核不是一套完整的操作系统。一套基于Linux内核的完整操作系统叫做Linux操作系统，或是GNU/Linux。内核有内核版本，由不定期发布。而发行版本是在Linux内核的基础上，由开发人员添加其他组件和应用程序整合而成为实际可用的操作系统，发行版本则由各自厂商或社区发布。Linux由某个组织、公司或者个人发行，通常所说的“Linux操作系统”指的是发行版本。典型的Linux发行版包括Linux内核，一些GNU函数库和工具，命令行shell，图形界面的X Win

8、dow系统和相应的桌面环境（如KDE或GNOME），并包含多种应用软件，如办公套件、编译器、文字编辑器等。发行版面向的目标各自不同，包括对不同硬件结构的支持（如X86或POWER）、区域或语言的本地化定制版本（如Linux Deepin、红旗Linux等）、实时应用和嵌入式系统等。目前，活跃的发行版本超过300个，其中约十多种被广泛使用。很多Linux发行版不需要安装就能使用，称作LiveCD，如Damn Small Linux、Knoppix等。很多流行的发行版（如Ubuntu和Fedora）的安装介质也是LiveCD。此外，部分发行版本也支持USB闪存盘启动。以下是几个比较流行的版本的图标

9、：1.4、Ubuntu发行版本简介本文的内核编译和RTAI的安装都是基于Ubuntu发行版完成的，所以这里来介绍下它的发行版。Ubuntu是一个以桌面应用为主的GNU/Linux操作系统。其名称来自非洲南部祖鲁语“Ubuntu”一词，意思是“Humanity to others（人性待人）”、“我的存在是因为大家的存在”，类似中华文化的“仁爱”思想。Ubuntu每6个月发布一个新版，每个版本都有代号和版本号。版本号源自发布日期，例如12.04代表是2012年4月发布。普通的桌面版可以获得18个月的支持，标为LTS（Long-Term Support，长期支持）的桌面应用版可以获得更长时间的支持

10、。例如Ubuntu 12.04 LTS，其桌面应用系列可以获得三年技术支持，服务器版可以获得五年技术支持。默认的Ubuntu版本采用Gnome桌面系统，不过从11.04版开始，它采用自己开发的Unity界面。Ubuntu属于Debian系的衍生版本，虽然诞生较晚，但发展极为迅速，用户数量已经超越Red Hat系发行版本。Ubuntu使用高级软件包工具APT管理DEB软件包，其优点是发行周期和支持周期稳定，用户界面友好，文档丰富全面，特别是国内的软件包源数量较多，速度较快，Ubuntu中文社区在所有发行版本中最为活跃，可以迅速找到技术支持。服务器版本与其他发行版本相比尚属后来者，但是增长极为迅速

11、。缺点是与Debian兼容性不完善。第二章、WIN7硬盘下Ubuntu 14.04的安装2.1、准备工作1、从官网上下载unbuntu14.04 32位操作系统的镜像文件ubuntu-14.04-desktop-i386.iso。网址是：下载到的镜像文件，放在win7硬盘的根目录下，我是放在F盘，然后用解压工具把镜像文件解压，从解压出的文件夹中casper下拷出initrd.lz和vmlinuz两个文件也放在F根目录下。2、在win7系统上右键计算机->管理->磁盘管理，找一个剩余容量比较大的盘符右键压缩出30G左右的空闲空间，用于安装ubuntu系统。3、到网上下载easyBCD

12、2.2中文版并安装在win7系统上。easyBCD是一款很优秀的系统引导软件，功能强大，最关键的是傻瓜式一站式简易操作，极其适合新手使用！ 4、前面三步都做好之后，剩下的就是用easyBCD配置ubuntu安装的启动项了，打开easyBCD2.2，按照下图第1、2、3步。安装完后点配置。点击配置按钮后，会出现一个记事本文件，将下面的代码粘贴到文件尾部：title Install Ubuntu 14.04LTSroot (hd0,6)kernel (hd0,6)/vmlinuz boot=casper iso-scan/filename=/ubuntu-14.04-desktop-i386.is

13、o ro quiet splash locale=zh_CN.UTF-8initrd (hd0,6)/initrd.lz如下图所示：特别说明： 上图代码中“ubuntu-14.04-desktop-i386.iso”为你下载的ubuntu 14.04系统镜像文件名，这个文件名是可以修改的，但修改的名字一定要与导入的系统镜像文件名字一致，否则将无法引导安装；(hd0,6)表示磁盘分区，hd(0,0), hd(0,1), hd(0,2), hd(0,3)表示主分区，(hd0,4)以后的表示逻辑分区，一般我们win7下只有一个主分区C盘，则(hd0,0)表示C盘，(hd0,4)表示D盘，(hd0,5

14、)表示E盘，(hd0,6)表示F盘，我的镜像就是放在F盘里，如果你放在别的盘根目录下，请把(hd0,6)改成自己对应的分区。准备工作至此已全部完成！2.2、安装过程1、重启电脑，可以看到多了一个启动项“NeoGrub引导加载器”，选择该项enter，然后选择“Install Ubuntu 14.04LTS”。接下来如果正常的话，会刷刷的满屏幕文字，很高端的样子，等着它结束就行。如果在这一步报错，一般来说就是之前的menu.lst配置文件不对，无法访问C盘，这时只要在grub命令行处输入reboot，然后进入win7重新配置就行。2、NeoGrub引导加载器会引导进入ubuntu14.04的桌面

15、，在这个桌面上可以看到左上边有两个图标，右上角是“关机”按钮。3、对于硬盘安装，在双击桌面左上角的安装图标之前，要先在终端中输入命令，使得镜像设备不要挂载在ubuntu系统上。操作如下：按住快捷键“Ctrl+Alt+T”出现终端窗口，输入命令sudo umount l /isodevice/后，enter即可完成。4、双击桌面“安装Ubuntu14.04 LTS”图标，稍等出来一个“欢迎”面板，左侧应该选中了“中文(简体)”，如果不是就在左边选中它，然后点右下角“继续”按钮；5、检查准备情况，要求磁盘空间足够，不要连接网络，一般不勾选更新和第三方软件，直接点“继续”按钮；6、不要连接无线网络，

16、点继续；7、接下来是询问安装到哪个分区，选择最下边的“其他选项”，点“继续”按钮；8、接下来出来磁盘分区情况，这儿是安装到之前压缩出的30G左右空闲分区上；9、选中空闲分区，点击“+”按钮为Ubuntu系统创建分区，创建的分区包括大小、类型、位置、文件系统类型以及挂载点，分区类型和位置不必动，只要更改其他三个就可以了。10、我是安装下面分的区：200M ext4 /boot (启动引导区)5G ext4 / （根目录也即系统盘）5G ext4 /home（文档存储）10G ext4 /usr10G ext4 /var剩余空间 swap （缓存）检查一下分区编辑好了，点“现在安装”；11、然后出

17、来询问地区，点“继续”即可，或者在地图上找找自己所在的地区，我打的是广东省，这时下边已经开始安装了；12、接下来是键盘布局，一般是“汉语”，直接点“继续”；13、接下来是设定自己的用户名(小写字母)和密码等，从上到下依次输入即可，然后点“继续”；14、然后接着等待系统的安装，可以看一下系统的介绍；15、耐心等待完成，然后出来一个对话框，点“现在重启”完成安装，按电源键也可以呼出关机对话框；16、重新启动后，选择进入Ubuntu系统，之后会停在一个登录界面，点击自己的用户名，输入密码后按回车，进入系统；顺利的进入系统后，这就说明Ubuntu14.04安装完成。第三章、Ubuntu 14.04的内

18、核编译3.1、准备工作1、下载最新的稳定版Linux内核源码：下载地址是/，现在最新的稳定版本是3.18.3。可以在WIN7系统上下载下来，然后进入Ubuntu系统把下载文件复制到/home文件夹下。也可以直接在Ubuntu系统上下载，下载好后文件是保存在/home/liuhai/下载目录下面。2、内核编译的整个过程都要在root权限下进行，按住快捷键“Ctrl+Alt+T”，在终端中输入命令：sudo i，然后输入密码就行了。3、为了安装新内核，需要安装一些必要的工具。在终端中输入命令：sudo apt-get install libncurses5-

19、dev（使用make menuconfig命令时要用到）。4、把下载好的内核文件包，移动到/usr/src目录下，以后的编译工作都在这个目录下进行。先到内核文件的存储文件夹：cd /home/liuhai/下载，然后再使用mv指令移动linux-3.18.3.tar.xz到/usr/src，最后回到/usr/src目录下，解压内核文件包，解压命令为：xz d linux-3.18.3.tar.xztar xvf linux-3.18.3.tar解压结果如下图，会在/usr/src目录下多出一个linux-3.18.3的目录，里面就是内核3.18.3的所有重要信息了。3.2、编译过程1、按快捷键

20、“Ctrl+Alt+T”，在终端里面输入命令：uname a，从出来的信息中我们可以看到，当前系统内核是3.13.0版本，下面开始我们的编译过程2、在root权限下进入目录/usr/src/linux-3.18.3，清除残留的.config和.o文件，输入命令：make mrproper(如果是第一次编译可以不执行此步骤)；3、把当前内核的配置文件.config复制到文件夹linux-3.18.3下面，我们新内核的配置就按照这个内核来，方便又快捷，避免自己配置搞错。4、复制完.config文件到linux-3.18.3目录下后，回到linux-3.18.3目录，输入命令：make menuco

21、nfig，如果自己完全清楚的话，可以根据菜单提示，选择编译配置选项，并保存为配置文件.config。5、但我是直接加载（load）复制过来的.config文件，在出现的配置界面选择加载；6、要加载的文件就是.config，点ok即可；7、然后回到配置界面，选择保存（save）；8、保存的文件名也是.config，点ok即可，然后内核的编译将会按照这个文件来配置。9、确定依赖性，命令：make dep，提示没有必要，可能是加载以前配置文件的原因，清理编译中间文件，命令：make clean；10、生成新内核，命令：make bzImage，时间20分钟左右；11、生成modules，命令：mak

22、e modules，时间大概2个小时；12、安装modules，命令：make modules_install；之后并建立要载入ramdisk的映像文件，命令：mkinitramfs -o /boot/initrd-linux-3.18.3.img，如果你的系统是跑在虚拟机里，那么建立映像这一步一定需要。13、最后一步，安装内核，命令：make install，安装问内核之后，我们可以看到grub引导程序自动生成，不需要我们再配置grub引导文件了。14、重启系统，从grub菜单中选中新内核引导Ubuntu启动，可以在终端中输入命令：uname a，检查一下编译过后内核变成了3.18.3，编译

23、成功。第四章、RTAI-4.0安装4.1、RTAI介绍早期的Linux系统没有实时能力，就连基本的内核态任务抢占也没有。如果谈论Real-Time Linux系统，首先要谈论RTLinux，它是第一个实时Linux系统，并且现在比较流行。RTAI是Real-Time Application Interface的缩写。从名称中可以看出RTAI是一套用户可以使用的实时任务调用接口。RTAI实际上是RTLinux的变种，由于RTLinux在移植时比较困难，因此RTLinux的一部分开发人员建立了RTAI系统，RTAI也采用了架空Linux内核的机制。RTAI是完全开源的实时系统，它的源代码可以从RT

24、AI官方网站免费获取。现在RTAI的使用范围比RTLinux广泛的多。4.2、准备工作1、那些编译工具之前内核编译的时候已经安装了，如果没安装的这里要安装，命令：sudo apt-get install build-essential kernel-package libncurses5-dev；2、 登陆/下载最新的RTAI压缩包rtai-4.0.1-tar.bz2,把压缩包解压到/usr/src目录下，这里主要要查看与RTAI补丁包相匹配的内核包的型号，进入/rtai-4.0.1/base/arch/x86/patches目录，查看当下文件，可以看到支持

25、的内核版本最新的是hal-linux-3.8.13-x86-4.patch，故需要下载linux-3.8.13版本的内核。3、登陆/pub/linux/kernel/下载内核linux-3.8.13的压缩包，同样解压到/usr/src目录下。4.3、安装过程4.3.1、内核编译1、切换到root权限：sudo -i2、进入内核解压包并为内核打上相应的RTAI补丁：cd /usr/src/linux-3.8.13；patch -p1 -b< /usr/src/rtai-4.0.1/base/arch/x86/patches/hal-linux-3.8

26、.13-x86-4.patch。3、配置linux内核，配置菜单有很多中，在Ubuntu下推荐使用图形化的配置菜单，这就要求安装ncurse库，之前已经安装了。和上一章节的内核编译一样，先执行命令：make mrproper 清除目录下所有配置文件和先前生成的核心时的中间文件；make menuconfig 出现配置界面；4、配置内核要格外的细心和耐心，一步一步配置。在此只列出一些较重要的选项进行说明：（1）、General setup ->Local version-a ppend to kernel release =-rtai-4.0.1-wr；本地版本-附加内核版本，此处填-rt

27、ai-4.0.1-wr，表明我们已经给新内核配置了RTAI，这样会在新内核的启动向导中出现3.8.13rtai-4.0.1-wr的选项。General setup ->Create deprecated sysfs files（NEW）->no（2）、Enable loadable module support ->（允许可装载的模块支持）->Module versioning support(模块支持的版本)=no 不同的内核在使用同一模块时区别于搭原有的模块，此处不选。Enable loadable module support ->Module unload

28、ing（模块卸载）这个选项可以卸载不再使用的模块，如果不选将不能卸载任何模块。（3）、Processor type and features ->（处理器的类型和特性）->Symmetric multi-processing support（对多处理器支持）=no 如果有多个CPU或CPU是多核的就选上。此时“Enhanced Real Time Clock Support”选项就必须开启，“Advanced Power Management”选项必须关闭。Processor type and features ->Interrupt pipeline =yesProcess

29、or type and features ->Subarchitecture Type（子构架类型）=PC-compatible 标准的PC或兼容机。Processor type and features ->Processor family（处理器系列）=core2/newer xeon 根据实际CPU选择Processor type and features ->Generic x86 support（通用的x86支持）=no CPU能在上述“Processor family”中找到就可不选Processor type and features ->Multi-co

30、re scheduler support（针对多核CPU进行调度策略优化） =yesProcessor type and features ->Preemption Model（内核抢占模式）-> Preemption Kernel（Low-Latency Desktop）（适合运行实时程序的主动内核抢占）->yes（4）Power management options（ACPI,APM）-> Power Management support（电源管理选项）=no 电源管理有ACPI和APM两种标准且不能同时使用，即使关闭该选项，x86上运行的Linux也会在空闲时发出

31、HLT指令将CPU进入睡眠状态Power management options（ACPI,APM）->CPU Frequency scaling（CPU变频控制）->CPU Frequency scaling Power management options=no CPU变频控制允许在运行中改变CPU主频，达到省电和降温的目的，但是这个驱动不会自动改变CPU的时钟速度，选择no其他的设置可以保持默认，保存设置为配置文件.config。若需要更进一步精简内核，则需要对配置的各类信息和自己的计算机硬件有详细的了解。5、确定依赖性，命令：make dep6、清理编译中间文件，命令：make clean7、生成新内核，命令：make bzImage8、生成modules，命令：make modules9、安装modules，命令：make modules_install10、建立要载入ramdisk的映像文件，命令：mkinittramfs -o /boot/initrd-linux-3.8.13.img 11、安装内核，命令：make install12、安装完后重启。命令：reboot4.3.2、编译RTAI启动3.8.13的新内核后，打开终端，接下来编译RTAI，