基于ARM7的μClinux移植及其应用研究
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摘要
嵌入式系统是一个综合应用计算机技术、电子技术和半导体技术的系统，它在各个行业都有非常广泛的应用。在微处理器系统研究方面，由于半导体工艺的发展和芯片设计水平的进步，它们的性能得到大幅度的提高，系统的规模进一步的增大，片上嵌入式软件变得越来越复杂。而将嵌入式操作系统(EOS)引入微处理器和微控制器系统，使嵌入式软件开发变得相对容易，这成为了解决软件集成问题的有效途径。
目前，嵌入式操作系统还没法形成像PC平台那样一支独秀的局面，它需要根据不同的应用来进行裁减。比较著名的商业嵌入式操作系统有国外的Windows CE、VxWorks、国内的Delta OS等，而且源代码公开的嵌入式操作系统也不断涌现，如μClinux和uC／OS等。操作系统的多样性和代码的公开性使其在不同领域得到了广泛的应用，并创造了巨大的经济价值。随着嵌入式系统和自动化技术的迅速发展，嵌入式操作系统的研究将逐渐成为嵌入式领域中的一项重要内容。
本论文主要研究了嵌入式系统的启动过程以及嵌入式操作系统μClinux在ARM7(LPC2290芯片)上的移植过程，最后在该操作系统上开发了嵌入式网络驱动程序，并通过网络实现了远程控制。
论文的第一章阐述了嵌入式系统和嵌入式操作系统，并对几种典型的嵌入式微处理器和嵌入式操作系统进行了分析。
第二章介绍了本论文使用的硬件平台，分析了嵌入式微处理器核心ARM7TDMI-S和PHILIP生产的芯片LPC2290，并简单的介绍了MagicARM试验开发平台。
第三章介绍了本论文使用的软件平台，对嵌入式操作系统μClinux进行了阐述、搭建了Linux下的交叉开发环境，最后深入的研究了嵌入式微处理器LPC2290的启动过程并在Linux下用Skyeye软件仿真了该芯片的启动过程，仿真结果证明对启动代码的开发是成功的。
第四章分析了μClinux的启动过程、中断系统，在此基础上实现了μClinux操作系统在MagicARM开发板上的移植，最后给出了μClinux的运行结果，结果表明本文的操作系统移植是正确的。
第五章对网络芯片DM9000的硬件进行了分析，并在μClinux下开发了它的驱动程序。通过网络做了一个远程控制实验，实验结果进一步验证了本文的研究取得了令人满意的效果，并且具有良好的实际应用价值。本章在最后构建了一个基于网络的测控系统，充分运用了现代的WEB服务器技术，实现了测控系统的网络化。
最后对研究工作进行总结，并给出今后研究工作的展望。
Embedded system which is widely applied in all professions is a synthesis system of the application of computer technology, electronic technology and semiconductor technology. Due to the development of semiconductor technique and the improvement of chip design level, their performance has been greatly enhanced; the scale of system has been increased; and the embedded software has become more and more complex in the microprocessor system research aspect. But when the embedded operating system (EOS) was introduced into microprocessor and micro controller system, this made the development of embedded software relatively easy, and this becomes an effective way to solve the software integration problems.
At present, embedded operating system which should be modified according to the different applications is not as outstanding as PC platform. Today, there are a lot of famous commercial embedded operating systems, such as overseas Windows CE, VxWorks, domestic Delta OS, etc., and more and more free embedded operating system are developed, likeμClinux,μC/OS, and so on. The multiplicity of operating system and the publicity of code make it to be widely applied in different domains, and this has created huge economic values. Along with the rapid development of the embedded system and the automated technology, the research of embedded operating system will gradually to become an important content in embedded domain.
This paper mainly studies the starting process of embedded system as well as the repotting process of embedded operating systemμClinux on ARM7 (the LPC2290 chip). Finally this paper develops embedded network driver on this operating system, and realizes the long-distance control through the network.
The first chapter elaborates the embedded system and embedded operating system, and analyzes some typical microprocessor and embedded operating system.
The second chapter introduces the hardware platform used by this paper, analyzes the ARM7TDMI-S core of embedded microprocessor and LPC2290 chip produced by PHILIP Company, and simply introduces the experiment development platform of MagicARM.
The third chapter introduces the software platform used by my paper, illustrates the embedded operating system--μClinux, builds an overlapping development environment forμClinnx under Linux, thoroughly studies the starting process of embedded processor--LPC2290, and simulates the starting process of this chip by Skyeye software under Linux. The simulation result has proved the development of starting code is successful.
The fourth chapter analyzes the starting process and the interruption system of theμClinux, and successful realizes the repotting of theμClinux operating system on MagicARM development board. The chapter gives an operating result forμClinux in the end, and the result shows that the repotting of operating system in this paper is correct.
The fifth chapter analyzes the hardware of network chip--DM9000 and develops its driving program underμClinux. Finally a long-distance control experiment through the network is conducted. The experimental result further confirmed that the effect obtained by the research of this article is satisfactory, and this has good practical application value. At last, this paper summarizes the previous works and gives expectations for future works.
目前，嵌入式操作系统还没法形成像PC平台那样一支独秀的局面，它需要根据不同的应用来进行裁减。比较著名的商业嵌入式操作系统有国外的Windows CE、VxWorks、国内的Delta OS等，而且源代码公开的嵌入式操作系统也不断涌现，如μClinux和uC／OS等。操作系统的多样性和代码的公开性使其在不同领域得到了广泛的应用，并创造了巨大的经济价值。随着嵌入式系统和自动化技术的迅速发展，嵌入式操作系统的研究将逐渐成为嵌入式领域中的一项重要内容。
本论文主要研究了嵌入式系统的启动过程以及嵌入式操作系统μClinux在ARM7(LPC2290芯片)上的移植过程，最后在该操作系统上开发了嵌入式网络驱动程序，并通过网络实现了远程控制。
论文的第一章阐述了嵌入式系统和嵌入式操作系统，并对几种典型的嵌入式微处理器和嵌入式操作系统进行了分析。
第二章介绍了本论文使用的硬件平台，分析了嵌入式微处理器核心ARM7TDMI-S和PHILIP生产的芯片LPC2290，并简单的介绍了MagicARM试验开发平台。
第三章介绍了本论文使用的软件平台，对嵌入式操作系统μClinux进行了阐述、搭建了Linux下的交叉开发环境，最后深入的研究了嵌入式微处理器LPC2290的启动过程并在Linux下用Skyeye软件仿真了该芯片的启动过程，仿真结果证明对启动代码的开发是成功的。
第四章分析了μClinux的启动过程、中断系统，在此基础上实现了μClinux操作系统在MagicARM开发板上的移植，最后给出了μClinux的运行结果，结果表明本文的操作系统移植是正确的。
第五章对网络芯片DM9000的硬件进行了分析，并在μClinux下开发了它的驱动程序。通过网络做了一个远程控制实验，实验结果进一步验证了本文的研究取得了令人满意的效果，并且具有良好的实际应用价值。本章在最后构建了一个基于网络的测控系统，充分运用了现代的WEB服务器技术，实现了测控系统的网络化。
最后对研究工作进行总结，并给出今后研究工作的展望。
Embedded system which is widely applied in all professions is a synthesis system of the application of computer technology, electronic technology and semiconductor technology. Due to the development of semiconductor technique and the improvement of chip design level, their performance has been greatly enhanced; the scale of system has been increased; and the embedded software has become more and more complex in the microprocessor system research aspect. But when the embedded operating system (EOS) was introduced into microprocessor and micro controller system, this made the development of embedded software relatively easy, and this becomes an effective way to solve the software integration problems.
At present, embedded operating system which should be modified according to the different applications is not as outstanding as PC platform. Today, there are a lot of famous commercial embedded operating systems, such as overseas Windows CE, VxWorks, domestic Delta OS, etc., and more and more free embedded operating system are developed, likeμClinux,μC/OS, and so on. The multiplicity of operating system and the publicity of code make it to be widely applied in different domains, and this has created huge economic values. Along with the rapid development of the embedded system and the automated technology, the research of embedded operating system will gradually to become an important content in embedded domain.
This paper mainly studies the starting process of embedded system as well as the repotting process of embedded operating systemμClinux on ARM7 (the LPC2290 chip). Finally this paper develops embedded network driver on this operating system, and realizes the long-distance control through the network.
The first chapter elaborates the embedded system and embedded operating system, and analyzes some typical microprocessor and embedded operating system.
The second chapter introduces the hardware platform used by this paper, analyzes the ARM7TDMI-S core of embedded microprocessor and LPC2290 chip produced by PHILIP Company, and simply introduces the experiment development platform of MagicARM.
The third chapter introduces the software platform used by my paper, illustrates the embedded operating system--μClinux, builds an overlapping development environment forμClinnx under Linux, thoroughly studies the starting process of embedded processor--LPC2290, and simulates the starting process of this chip by Skyeye software under Linux. The simulation result has proved the development of starting code is successful.
The fourth chapter analyzes the starting process and the interruption system of theμClinux, and successful realizes the repotting of theμClinux operating system on MagicARM development board. The chapter gives an operating result forμClinux in the end, and the result shows that the repotting of operating system in this paper is correct.
The fifth chapter analyzes the hardware of network chip--DM9000 and develops its driving program underμClinux. Finally a long-distance control experiment through the network is conducted. The experimental result further confirmed that the effect obtained by the research of this article is satisfactory, and this has good practical application value. At last, this paper summarizes the previous works and gives expectations for future works.
引文
[1] 周立功等编著，ARM嵌入式系统基础教程，北京：北京航空航天大学出版社，2005
[2] 马忠梅等编著，ARM&Linux嵌入式系统教程，北京：北京航空航天大学出版社，2004
[3] 陈坚华，基于ARMTIDMI的μClinux移植．，浙江大学信息学院2003年硕士论文，2003
[4] 杜春雷编著，ARM体系结构与编程，北京：清华大学出版社，2003．2
[5] 李岩，荣盘祥编著，基于S3C44BOX嵌入式μCLinux系统原理及应用，北京：清华大学出版社，2005．1
[6] 刘淼编著，嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发，北京：北京航空航天大学出版社，2006．5
[7] 周立功等编著，ARM嵌入式系统实验教程(三)，北京：北京航空航天大学出版社，2005
[8] 周立功等编著，ARM嵌入式系统实验教程(三)附加实验，北京：北京航空航天大学出版社，2005
[9] 周立功等编著，ARM嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例，北京：北京航空航天大学出版社，2006
[10] ARM Limited 公司, ARM Software Development Toolkit ADS Version 1.2 ADS_DeveloperGuide_D.pdf
[11] ARM Limited 公司, ARM Software Development Toolkit ADS Version 1.2 ADS_AssemblerGuide_B.pdf
[12] ARM Limited 公司, ARM Software Development Toolkit ADS Version 1.2 DDI0100E_ARM_ARM.pdf
[13] ARM Limited 公司, ARM Software Development Toolkit ADS Version 1.2 ADS_LinkerGuide_A.pdf
[14] [美]Robert Mecklenbuig著—影印本，GUN Make项目管理(第三版)，南京：东南大学出版社，2005．6
[15] 赵炯编著，Linux内核完全注释，北京：：机械工业出版社，2004．9
[16] http://www.μClinux.olg
[17] http://www.gnu.org
[18] http://www.linuxforum.net
[19] http://www.21ic.com
[20] http://www.pocketix.com
[21] http://www.skyeye.org
[22] 毛德操，胡希明编著，Linux内核源代码情景分析(上册)，杭州：浙江大学出版社，2001．9
[23] 毛德操，胡希明编著，Linux内核源代码情景分析(下册)，杭州：浙江大学出版社，2001．9
[24] SmarTraining工作室编著，Red Hat Linux9网络服务，北京：机械工业出版社，2003．10
[25] 吴明晖等编著，基于ARM的嵌入式系统开发与应用，北京：人民邮电出版社，2004．6
[26] 周立功等编著，ARM嵌入式系统软件开发实例，北京：北京航空航天大学出版社，2005
[27] 王华萍，《基于Linux的嵌入式系统研究及防火墙应用》，浙江大学信电系2002年硕士论文
[28] 詹培，《基于嵌入式Linux的路由器开发》，浙江大学信电系2002年硕士论文
[29] 王让定等编著，汇编语言与接口技术，北京：清华大学出版社，2006．1
[30] 田军营等编著，μCLinux源代码中Make文件完全解析，北京：机械工业出版社，2005．6
[31] (荷)格伦(Grune，D．)等编著，冯博琴等译，现代编译程序设计，北京：人民邮电出版社，2003．9
[32] 郁红英，冯庚豹编著。计算机操作系统．北京：人民邮电出版社，2004．4
[33] [美]Keith D．Cooper Linda Torczon著，冯速译．编译器工程．北京：机械工业出版社，2006．2
[34] [美]Randal K．Michael著；詹文军，邓波等译．精通UNIX Shell脚本编程．北京：电子工业出版社，2005．1
[35] [美]Maurice J．Bach著：陈葆钰等译．UNIX操作系统设计．北京：机械工业出版社，2000．4
[36] [美]Jonathan Corbet，Alessandro Rubini & Greg Kroab-Hartman著；魏永明等译．Linux设备驱动程序．北京：中国电力出版社，2005．11
[37] [美]Richard Petersen著；史兴华译．Linux编程起步．北京：人民邮电出版社，2001．5
[38] [美]Daniel P．Bovet & Marco Cesati著：陈莉君，冯锐，牛欣源译．深入理解Linux内核(第二版)．北京：中国电力出版社，2004
[39] [美]Arthur Griffith著；胡恩华译．GCC技术参考大全．北京：清华大学出版社，2004．7
[40] [美]K．Wall，M．Watson，M．Whirls著；王勇，王一川，林花军，甘泉译．GNU／Linux编程指南．北京：清华大学出版社
[41] [美]Alfred V．Aho，Ravi Sethi & Jeffley D．Ullman著；李建中，姜守旭译．编译原理．北京：机械工业出版社，2003．8
[42] 许宏松，吴明行，廖世恩编著．Linux应用程序开发指南：使用Gtk+／Gnome库．北京：机械工业出版社，2000．7
[43] [美]Robert Love著；陈莉君，康华，张波译．Linux内核设计与实现．北京：机械工业出版社，2004．11
[44] [美]Karim Yaghmour著；韩存兵，龚波改编．构建嵌入式Linux系统．北京：中国电力出版社，2004
[45] [英]Cameron Newbam &[美]Bill Rosenblatt著；陈炎，查石祥等译．学习bash．北京：机械工业出版社，2003．1
[46] 张崙编著．32位嵌入式系统硬件设计与调试．北京：机械工业出版社，2005．5
[47] 朱爱群主编．Linux操作系统应用与管理．北京：机械工业出版社，2005．7
[48] 陈黎，袁莉萍等编著．计算机组成原理．北京：冶金工业出版社，2004．4
[49] 何加铭主编．嵌入式32位微处理器系统设计与应用．北京：电子工业出版社，2006．1
[50] 王田苗主编．嵌入式系统设计与实例开发：基于ARM微处理器与μC／OS-Ⅱ实时操作系统(第2版)．北京：清华大学出版社，2003．10
[51] [美]Jean J．Labrosse著，邵贝贝等译．嵌入式实时噪作系统μC／OS-Ⅱ(第2版)．北京：北京航空航天大学出版社，2003．5
[52] 赵星寒，周春来，刘涛编著．ARM开发工具ADS原理与应用．北京：北京航空航天大学出版社，2006．7
[53] 周立功，张华等编著．深入浅出ARM7—LPC213x／214x(上册)．北京：北京航空航天大学出版社，2005．6
[54] 袁爱群．基于ARM的嵌入式μCliliux系统设计与Web服务器应用的实现．浙江大学硕士学位论文．2003．2
[55] 王超，胡晨等．嵌入式系统中HTIP协议的实现．电子器件，Vol．25，No．1．March．，2002
[2] 马忠梅等编著，ARM&Linux嵌入式系统教程，北京：北京航空航天大学出版社，2004
[3] 陈坚华，基于ARMTIDMI的μClinux移植．，浙江大学信息学院2003年硕士论文，2003
[4] 杜春雷编著，ARM体系结构与编程，北京：清华大学出版社，2003．2
[5] 李岩，荣盘祥编著，基于S3C44BOX嵌入式μCLinux系统原理及应用，北京：清华大学出版社，2005．1
[6] 刘淼编著，嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发，北京：北京航空航天大学出版社，2006．5
[7] 周立功等编著，ARM嵌入式系统实验教程(三)，北京：北京航空航天大学出版社，2005
[8] 周立功等编著，ARM嵌入式系统实验教程(三)附加实验，北京：北京航空航天大学出版社，2005
[9] 周立功等编著，ARM嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例，北京：北京航空航天大学出版社，2006
[10] ARM Limited 公司, ARM Software Development Toolkit ADS Version 1.2 ADS_DeveloperGuide_D.pdf
[11] ARM Limited 公司, ARM Software Development Toolkit ADS Version 1.2 ADS_AssemblerGuide_B.pdf
[12] ARM Limited 公司, ARM Software Development Toolkit ADS Version 1.2 DDI0100E_ARM_ARM.pdf
[13] ARM Limited 公司, ARM Software Development Toolkit ADS Version 1.2 ADS_LinkerGuide_A.pdf
[14] [美]Robert Mecklenbuig著—影印本，GUN Make项目管理(第三版)，南京：东南大学出版社，2005．6
[15] 赵炯编著，Linux内核完全注释，北京：：机械工业出版社，2004．9
[16] http://www.μClinux.olg
[17] http://www.gnu.org
[18] http://www.linuxforum.net
[19] http://www.21ic.com
[20] http://www.pocketix.com
[21] http://www.skyeye.org
[22] 毛德操，胡希明编著，Linux内核源代码情景分析(上册)，杭州：浙江大学出版社，2001．9
[23] 毛德操，胡希明编著，Linux内核源代码情景分析(下册)，杭州：浙江大学出版社，2001．9
[24] SmarTraining工作室编著，Red Hat Linux9网络服务，北京：机械工业出版社，2003．10
[25] 吴明晖等编著，基于ARM的嵌入式系统开发与应用，北京：人民邮电出版社，2004．6
[26] 周立功等编著，ARM嵌入式系统软件开发实例，北京：北京航空航天大学出版社，2005
[27] 王华萍，《基于Linux的嵌入式系统研究及防火墙应用》，浙江大学信电系2002年硕士论文
[28] 詹培，《基于嵌入式Linux的路由器开发》，浙江大学信电系2002年硕士论文
[29] 王让定等编著，汇编语言与接口技术，北京：清华大学出版社，2006．1
[30] 田军营等编著，μCLinux源代码中Make文件完全解析，北京：机械工业出版社，2005．6
[31] (荷)格伦(Grune，D．)等编著，冯博琴等译，现代编译程序设计，北京：人民邮电出版社，2003．9
[32] 郁红英，冯庚豹编著。计算机操作系统．北京：人民邮电出版社，2004．4
[33] [美]Keith D．Cooper Linda Torczon著，冯速译．编译器工程．北京：机械工业出版社，2006．2
[34] [美]Randal K．Michael著；詹文军，邓波等译．精通UNIX Shell脚本编程．北京：电子工业出版社，2005．1
[35] [美]Maurice J．Bach著：陈葆钰等译．UNIX操作系统设计．北京：机械工业出版社，2000．4
[36] [美]Jonathan Corbet，Alessandro Rubini & Greg Kroab-Hartman著；魏永明等译．Linux设备驱动程序．北京：中国电力出版社，2005．11
[37] [美]Richard Petersen著；史兴华译．Linux编程起步．北京：人民邮电出版社，2001．5
[38] [美]Daniel P．Bovet & Marco Cesati著：陈莉君，冯锐，牛欣源译．深入理解Linux内核(第二版)．北京：中国电力出版社，2004
[39] [美]Arthur Griffith著；胡恩华译．GCC技术参考大全．北京：清华大学出版社，2004．7
[40] [美]K．Wall，M．Watson，M．Whirls著；王勇，王一川，林花军，甘泉译．GNU／Linux编程指南．北京：清华大学出版社
[41] [美]Alfred V．Aho，Ravi Sethi & Jeffley D．Ullman著；李建中，姜守旭译．编译原理．北京：机械工业出版社，2003．8
[42] 许宏松，吴明行，廖世恩编著．Linux应用程序开发指南：使用Gtk+／Gnome库．北京：机械工业出版社，2000．7
[43] [美]Robert Love著；陈莉君，康华，张波译．Linux内核设计与实现．北京：机械工业出版社，2004．11
[44] [美]Karim Yaghmour著；韩存兵，龚波改编．构建嵌入式Linux系统．北京：中国电力出版社，2004
[45] [英]Cameron Newbam &[美]Bill Rosenblatt著；陈炎，查石祥等译．学习bash．北京：机械工业出版社，2003．1
[46] 张崙编著．32位嵌入式系统硬件设计与调试．北京：机械工业出版社，2005．5
[47] 朱爱群主编．Linux操作系统应用与管理．北京：机械工业出版社，2005．7
[48] 陈黎，袁莉萍等编著．计算机组成原理．北京：冶金工业出版社，2004．4
[49] 何加铭主编．嵌入式32位微处理器系统设计与应用．北京：电子工业出版社，2006．1
[50] 王田苗主编．嵌入式系统设计与实例开发：基于ARM微处理器与μC／OS-Ⅱ实时操作系统(第2版)．北京：清华大学出版社，2003．10
[51] [美]Jean J．Labrosse著，邵贝贝等译．嵌入式实时噪作系统μC／OS-Ⅱ(第2版)．北京：北京航空航天大学出版社，2003．5
[52] 赵星寒，周春来，刘涛编著．ARM开发工具ADS原理与应用．北京：北京航空航天大学出版社，2006．7
[53] 周立功，张华等编著．深入浅出ARM7—LPC213x／214x(上册)．北京：北京航空航天大学出版社，2005．6
[54] 袁爱群．基于ARM的嵌入式μCliliux系统设计与Web服务器应用的实现．浙江大学硕士学位论文．2003．2
[55] 王超，胡晨等．嵌入式系统中HTIP协议的实现．电子器件，Vol．25，No．1．March．，2002