《嵌入式操作系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)

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《嵌入式操作系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院

第一章課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、目的任務(wù)

本設(shè)計(jì)的目的在于使學(xué)生全面理解實(shí)踐已學(xué)的相關(guān)課程內(nèi)容，深刻理解嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的全過程。從硬件的角度把握嵌入式開發(fā)板的組成，接口部件的結(jié)構(gòu)和與宿主機(jī)間的連接，從軟件的角度把握嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的全過程。使學(xué)生通過自己的實(shí)踐，初步了解和把握一個(gè)實(shí)用嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)步驟，綜合應(yīng)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識和編程手段獨(dú)立完成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)內(nèi)容。

2、設(shè)計(jì)內(nèi)容

基礎(chǔ)試驗(yàn)（必做）——嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建擴(kuò)展試驗(yàn)（從以下三個(gè)試驗(yàn)中任選一個(gè)）

試驗(yàn)一——利用Autotools工具自動生成Makefile文件試驗(yàn)二——使用BusyBox制作根文件系統(tǒng)試驗(yàn)三——使用GTK+進(jìn)行圖形界面編程3、時(shí)間安排時(shí)間：第17周

第一天確定題目、查找相關(guān)資料，安裝系統(tǒng)；其次到第四天為試驗(yàn)和程序設(shè)計(jì)、完善總結(jié)、撰寫報(bào)告，第五天辯論。

4、工作要求

（1）愛護(hù)試驗(yàn)開發(fā)板，為避免燒壞開發(fā)板，對開發(fā)板的任何插拔工作，都必需在

斷電之后進(jìn)行。

（2）明確試驗(yàn)要求和步驟，在進(jìn)行試驗(yàn)之前詳細(xì)閱讀開發(fā)板配套手冊和相關(guān)資

料。

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（3）在本設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生應(yīng)隨時(shí)做實(shí)習(xí)筆記，記錄每天的工作內(nèi)容及結(jié)果，同

時(shí)還應(yīng)規(guī)劃出次日的實(shí)習(xí)計(jì)劃與解決問題的方案。

5、成績評定

設(shè)計(jì)終止時(shí)，由指導(dǎo)老師對學(xué)生進(jìn)行全面考核，評分按五級分制（優(yōu)、良、中、及格、不及格）評定成績，評分依據(jù)以下幾個(gè)方面。

(1)平日成績

包括遵守紀(jì)律狀況，實(shí)習(xí)中的工作態(tài)度，實(shí)習(xí)日記的記錄狀況等。(2)設(shè)計(jì)中試驗(yàn)結(jié)果的成績

教師要把關(guān)，確認(rèn)試驗(yàn)結(jié)果是由試驗(yàn)人做出的。如不能按設(shè)計(jì)要求做出試驗(yàn)結(jié)果的，要予以扣分；對于有創(chuàng)新的試驗(yàn)及結(jié)果者，應(yīng)給予好的成績。對于以下狀況之一者，要嚴(yán)格進(jìn)行處理。

①.照抄他人，自己沒有消化者，應(yīng)給予“不及格〞。②.嚴(yán)重遲到早退，應(yīng)給予“不及格〞。

③.實(shí)習(xí)不認(rèn)真，違反試驗(yàn)室規(guī)定者，應(yīng)給予“不及格〞。④.缺勤大于整個(gè)工作時(shí)間的25%以上者，應(yīng)給予“不及格〞。⑤.實(shí)習(xí)報(bào)告不認(rèn)真者，至少不能給“優(yōu)〞和“良〞的成績。6、參考資料

（1）熊茂華、熊昕編著.嵌入式Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及應(yīng)用編程.清華大學(xué)出版社.2023年5月第1版

（2）深圳友堅(jiān)恒天科技公司開發(fā)板配套光盤中用戶手冊：

idea6410開發(fā)板linux使用手冊ubuntu-UserManual_v0.18UT6410-Android2.1_manual（3）相關(guān)國嵌、申嵌視頻資料

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7、設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告）

（1）正文：正文內(nèi)容層次序號為：1、1.1、1.1.1??。正文內(nèi)容一般為：①.選題背景：說明本課題應(yīng)解決的主要問題及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求；簡述本設(shè)計(jì)

的指導(dǎo)思想。

②.方案論證：說明設(shè)計(jì)原理并進(jìn)行方案選擇，說明為什么要選擇這個(gè)設(shè)計(jì)方案

以及所采用方案的特點(diǎn)。

③.過程(設(shè)計(jì)或試驗(yàn))論述：對設(shè)計(jì)工作的詳細(xì)表述。要求層次明顯、表達(dá)確鑿。④.結(jié)果分析：對研究過程中所獲得的主要的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象進(jìn)行定性或定量分析，

得出結(jié)論和推論。

⑤.結(jié)論或總結(jié)：對整個(gè)研究工作進(jìn)行歸納和綜合。

（2）圖紙要求：圖面整齊，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字解釋必需使用工程字書寫。提倡學(xué)生使用計(jì)算機(jī)繪圖。

（3）曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、流程圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)徒手畫，必需按國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制（應(yīng)盡可能采用計(jì)算機(jī)輔助繪圖）。

課程設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告）要求文字通順，語言流暢，無錯(cuò)別字，不得使用鉛筆書寫。按教務(wù)處印制的統(tǒng)一格式封皮裝訂。有條件的可用B5紙打印。

課程設(shè)計(jì)說明書（報(bào)告）中圖表、公式一律采用阿拉伯?dāng)?shù)字連續(xù)編號。圖序及圖名置于圖的下方；表序及表名置于表的上方；說明書（報(bào)告）中的公式編號，用括號括起來寫在右邊行末，其間不加虛線。

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其次章嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程

2.1嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般流程

當(dāng)前，嵌入式開發(fā)已經(jīng)逐步規(guī)范化，在遵循一般工程開發(fā)流程的基礎(chǔ)上，嵌入式開發(fā)有其自身的一些特點(diǎn)，下圖為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般流程。主要包括系統(tǒng)需求分析（要求有嚴(yán)格規(guī)范的技術(shù)要求）、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件/軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測試，最終發(fā)布產(chǎn)品。

系統(tǒng)需求分析，規(guī)格說明書體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成系統(tǒng)測試產(chǎn)品2.1.1．系統(tǒng)需求分析

確定設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)，并提煉出設(shè)計(jì)規(guī)格說明書，作為正式設(shè)計(jì)指導(dǎo)和驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)的需求一般分功能性需求和非功能性需求兩方面。功能性需求是系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的基本功能，如輸入輸出信號、操作方式等；非功能性需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗、

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體積、重量等因素。2.1.2．體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

描述系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)所述的功能性和非功能性需求，包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。一個(gè)好的體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。2.1.3．硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)（硬件、軟件、執(zhí)行裝置并行設(shè)計(jì)）

基于體系結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)的軟件、硬件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，設(shè)計(jì)往往是并行的。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大部分工作集中在軟件設(shè)計(jì)上，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代軟件工程經(jīng)常采用的方法。2.1.4．系統(tǒng)集成

把系統(tǒng)的軟件、硬件和執(zhí)行裝置集成在一起，進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)單元設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤。2.1.5．系統(tǒng)測試

對設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行測試，檢查是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式最大特點(diǎn)是軟件、硬件綜合開發(fā)。這是由于嵌入式產(chǎn)品是軟硬件的結(jié)合體，軟件針對硬件開發(fā)、固化、不可修改。

2.2基于Linux的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

假使在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)中使用Linux技術(shù)開發(fā)，根據(jù)應(yīng)用需求的不同有不同的配置開發(fā)方法，但是，一般狀況下，在遵照一般嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程的同時(shí)，都需要經(jīng)過如下的過程。

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2.2.1.開發(fā)目標(biāo)板硬件

設(shè)計(jì)目標(biāo)板硬件選型及器件布局。2.2.2.建立一套交織編譯工具

建立一套交織編譯工具，能夠在宿主機(jī)上產(chǎn)生目標(biāo)板上運(yùn)行的目標(biāo)代碼。通過網(wǎng)絡(luò)下載相應(yīng)的GCC交織編譯器進(jìn)行安裝(譬如，arm-1inux-gcc、arm-uclibc-gcc)，或者安裝產(chǎn)品廠家提供的相關(guān)交織編譯器；并配置開發(fā)主機(jī)，使其與目標(biāo)板建立通信，配置MINICOM，一般的參數(shù)為波特率115200Baud/s，數(shù)據(jù)位8位，中止位為1，無奇偶校驗(yàn)，軟件硬件流控設(shè)為無。在Windows下的超級終端的配置也是這樣。MINICOM軟件的作用是作為調(diào)試嵌入式開發(fā)板的信息輸出的監(jiān)視器和鍵盤輸入的工具。配置網(wǎng)絡(luò)主要是配置NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，需要關(guān)閉防火墻，簡化嵌入式網(wǎng)絡(luò)調(diào)試環(huán)境設(shè)置過程。2.2.3.移植一個(gè)適合的引導(dǎo)加載程序到目標(biāo)板上，用于初始化目標(biāo)板和加載內(nèi)核

從網(wǎng)絡(luò)上下載一些公開源代碼的BOOTLOADER，如U-BOOT、VIVI、ARM-BOOT等，根據(jù)具體芯片進(jìn)行移植修改。有些芯片沒有內(nèi)置引導(dǎo)裝載程序，就需要編寫開發(fā)板上FLASH的燒寫程序，可以在網(wǎng)上下載相應(yīng)的燒寫程序，也有Linux下的公開源代碼的J-FLASH程序。假使不能燒寫自己的開發(fā)板，就需要根據(jù)自己的具體電路進(jìn)行源代碼修改。這是讓系統(tǒng)可以正常運(yùn)行的第一步。假使用戶購買了廠家的仿真器比較簡單燒寫FLASH，雖然無法了解其中的核心技術(shù)，但對于需要迅速開發(fā)自己的應(yīng)用的人來說可以極大提高開發(fā)速度。

2.2.4.移植一個(gè)適合的Linux內(nèi)核到目標(biāo)板上

假使有專門針對所使用的CPU移植好的Linux操作系統(tǒng)那是再好不過，下載后再添加特定硬件的驅(qū)動程序，然后進(jìn)行調(diào)試修改，對于帶MMU的CPU可以使用模塊方式調(diào)試驅(qū)動，否則只能編譯進(jìn)內(nèi)核進(jìn)行調(diào)試。

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2.2.5.建立一個(gè)根文件系統(tǒng)

可以從http：//.下載使用BUSYBOX軟件進(jìn)行功能裁減，產(chǎn)生一個(gè)最基本的根文件系統(tǒng)，再根據(jù)自己的應(yīng)用需要添加其他的程序。由于默認(rèn)的啟動腳本一般都不會符合應(yīng)用的需要，所以就要修改根文件系統(tǒng)中的啟動腳本，它的存放位置位于/etc目錄下，包括：/etc/init.d/rc.S、/etc/profile、/etc/.profile等，自動掛裝文件系統(tǒng)的配置文件/etc/fstab，具體狀況會隨系統(tǒng)不同而不同。根文件系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中一般設(shè)為只讀，需要使用mkcramfsgenromfs等工具產(chǎn)生燒寫映像文件。2.2.6.開發(fā)特定外設(shè)的驅(qū)動程序

為特定外設(shè)編寫驅(qū)動程序并添加進(jìn)內(nèi)核運(yùn)行。2.2.7.開發(fā)上層的應(yīng)用程序

開發(fā)上層應(yīng)用程序之后，可以將其放入根文件系統(tǒng)中運(yùn)行，也可以放入YAFFS、JFFS2文件系統(tǒng)中，有的開發(fā)不使用根文件系統(tǒng)，也可直接將應(yīng)用程序和內(nèi)核設(shè)計(jì)在一起。

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第三章課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

基礎(chǔ)試驗(yàn)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)而言，配置宿主機(jī)-目標(biāo)板開發(fā)環(huán)境、建立適合的開發(fā)工具鏈、對內(nèi)核進(jìn)行配置和移植等工作是進(jìn)一步進(jìn)行上層應(yīng)用程序開發(fā)的不可或缺的重要步驟。當(dāng)前Internet上具有豐富的Linux相關(guān)開發(fā)源代碼可供用戶下載和使用，其中包括編譯器等開發(fā)工具鏈，各種協(xié)議的支持軟件工具，以及操作系統(tǒng)自身。如何使用這些資源是本試驗(yàn)的重要內(nèi)容。通過本試驗(yàn)，旨在使學(xué)生能夠：

1.把握開發(fā)主機(jī)與嵌入式開發(fā)板通信的方法2.把握嵌入式開發(fā)工具鏈的構(gòu)造過程3.把握燒寫鏡像文件到開發(fā)板的方法4.把握相關(guān)鏡像文件配置和編譯的過程二、試驗(yàn)環(huán)境要求1）開發(fā)板準(zhǔn)備：1.Idea6410開發(fā)板

2.交織串口線（雙母頭）：用于連接開發(fā)板COM0和PC機(jī)COM口進(jìn)行調(diào)試用3.USB數(shù)據(jù)線：用于下載鏡像4.電源適配器：用于給開發(fā)板供電5.SD卡：用于初次燒寫時(shí)，從SD啟動

6.USB接口SD讀卡器：用于在PC端燒寫啟動代碼至SD卡中2）主機(jī)環(huán)境準(zhǔn)備：

在虛擬機(jī)VMware中安裝ubuntu10.04三、試驗(yàn)準(zhǔn)備

1．參照手冊UT6410-Android2.1_manual和Ubuntu安裝資料中方法在虛擬機(jī)VMware中安裝ubuntu10.04

2.學(xué)習(xí)“1體驗(yàn)篇〞視頻，參照“1體驗(yàn)篇〞中視頻的開發(fā)板連線方法將目標(biāo)板與主機(jī)相連

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四、試驗(yàn)步驟

1.開發(fā)主機(jī)和嵌入式開發(fā)板間的通信

嵌入式內(nèi)核和應(yīng)用軟件經(jīng)過編譯和鏈接后，可以下載到嵌入式系統(tǒng)中，同時(shí)在程序運(yùn)行過程中需要用戶通過控制終端輸入命令，并向用戶顯示特定信息。這就需要在開發(fā)主機(jī)和嵌入式系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。

串行接口是開發(fā)主機(jī)和嵌入式系統(tǒng)通信的基本手段，可以通過串行接口為嵌入式系統(tǒng)中Linux建立一個(gè)控制終端，也可以完成內(nèi)核和應(yīng)用程序的下載。

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中四種常見串口調(diào)試工具有：超級終端、SecureCRT、DNW、minicom

通過學(xué)習(xí)“1體驗(yàn)篇〞視頻和相關(guān)資料，把握開發(fā)主機(jī)和嵌入式開發(fā)板間串口的通信的方法。

2.把握嵌入式開發(fā)工具鏈的構(gòu)造過程

交織編譯工具鏈?zhǔn)侵冈谝粋€(gè)體系結(jié)構(gòu)平臺下開發(fā)另一個(gè)平臺下運(yùn)行的程序所需的編譯工具集。目前主機(jī)一般采用x86指令系統(tǒng)，而默認(rèn)的編譯器配置是將高級語言程序編譯為x86指令系統(tǒng)。交織編譯工具就是要將高級語言程序編譯成為嵌入式系統(tǒng)中特定處理器的指令系統(tǒng)（如ARM指令系統(tǒng)）。

交織編譯工具鏈包括匯編器，高級語言編譯器，連接工具和make工具等。交織開發(fā)環(huán)境的建立實(shí)際上就是在通用PC機(jī)上安裝一個(gè)交織開發(fā)工具鏈，這一過程包括如下步驟：

①