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基于Linux的嵌入式操作系统研究


本文共计44页，38311字；

摘 要
在以计算机技术、通讯技术相结合的信息时代的快速发展和互联网的广泛应用的形势下，3C（Computer、Communication、Consumer）合一的趋势已经形成，其结果必然就是将计算机工业的中心从计算产品转移到信息产品，从而出现信息电器的概念。在信息电器的应用开发领域，由于需要的功能不断的增加，嵌入式系统也就将成为软件业的新宠儿。同时在计算机本身的领域里面，微型化和专业化成为了发展的新趋势，同样也需要嵌入式系统的支持。因此，研究与嵌入式系统有关的关键技术——嵌入式操作系统有着相当重要的实际意义。
本论文详细论述了作者在学士学位论文工作期间在基于Linux的嵌入式操作系统研究工作领域里所做的研究和实践，主要围绕着论证使用Linux改造成符合嵌入式操作系统条件的几点要求展开讨论。首先，我对嵌入式系统的概念和信息电器的概念做出表述，并且说明Linux的特点、发展状况河开发环境。紧接着，分三个方面论述使用Linux进行嵌入式系统开发的便利，包括Linux的实时变种——RTLinux的原理、实现方案和编程方法；Linux网络设备驱动程序的分析和利用到嵌入式系统中的方案；实现Linux和RT Linux的内核在线调试环境的途径。其中还讲到了如何利用现有的工作设计出一个嵌入式Linux系统。最后，针对现有的工作，提出进一步开发出完整的、具有市场竞争力的产品提出开发展望。

关键词：嵌入式系统，Linux，信息电器，RTOS，RT Linux，Linux网络驱动程序，在线调试环境

Abstract
With the development of Computer technology and Communication technology in Information times and the board application of Internet, it is clear that 3C (Computer, Communication and Consumer) will converge in the near future which will lead the focus of Computer Industry from the Compute product to Information product. It is the concept of Information Appliance. In the application and development field of Information Appliance, Embedded Operating System will be the most favorite thing in Software Development field. At the same time, in the field of computer science itself, the micromation and specialization is the new direction of the computer world. It also want the support of Embedded System. So, the research of the key technique of embedded system——Embedded Operating System is the most important thing.
目 录
摘 要 1
Abstract 2
目 录 3
第一章 绪论 6
1.1 嵌入式系统的历史、现在和未来 6
1.2 信息电器的概念 7
1.3 国内外嵌入式系统的相关产品、水平、现状和技术发展趋势 8
1.3.1 国际上相关产品、水平、现状和技术发展趋势。 8
1.3.2 国内相关产品、水平、现状和技术发展趋势。 10
1.4 Linux的历史和现状 12
1.5 论文的组织介绍 14
第二章 嵌入式系统的特点 16
2.1 嵌入式处理器的要求 16
2.2 RTOS的要求 17
2.2.1 RTOS的概念 17
2.2.2 RTOS的分类方法 18
2.2.3 RTOS的体系结构 18
2.2.4 RTOS的衡量标准 20
2.3 网络要求 20
2.4 用户交互环境界面 20
2.5 小结 21
第三章 采用Linux作为嵌入式系统开发的原因 22
3.1 嵌入式处理器支持 22
3.2 实时支持 22
3.3 网络支持 23
3.4 GUI开发支持 24
3.4.1 利用X Windows的便利 24
3.4.2 利用SVGALib和pThread函数库 25
3.5 小结 26
第四章 实时Linux 27
4.1 实时Linux（RTLinux）介绍 27
4.2 RTLinux特征 28
4.2.1 小而精巧的实时内核 28
4.2.2 模块化的设计方案 28
4.2.3 和Linux内核的结合 29
4.2.3.1 利用Linux内核的好处 29
4.2.3.2 和Linux进行通信的方法 29
4.3 RTLinux的实现机理 30
4.4 RTLinux的编程接口（API） 31
4.5 RTLinux的编程方法示例 32
4.5.1 需要用到的API函数： 32
4.5.1.1 任务生成和调度函数 32
4.5.1.2 时间控制函数 33
4.5.1.3 FIFO控制函数 33
4.5.2 程序原理 34
4.5.3 程序实现 34
4.5.3.1 实时部分代码 34
4.5.3.2 非实时部分 38
4.5.3.3 公用头文件 39
4.5.4 程序执行结果 39
4.6 嵌入式RTLinux的设计 40
4.6.1 将RTLinux嵌入EPROM中。 40
4.6.2 通过网络启动的方法设计嵌入式RTLinux。 42
4.7 小结 42
第五章 Linux对TCP/IP网络支持 43
5.1 Linux网络概述 43
5.2 Linux网络设备驱动程序的分析 44
5.2.1 Linux中网络驱动程序介绍 45
5.2.2 网络驱动程序中需要用到的重要的数据结构 46
5.2.2.1 struct device 46
5.2.3 重要的驱动过程 46
5.2.3.1 模块驱动方法 47
5.2.3.2 内核启动的驱动方法 47
5.2.3.3 网卡初始化函数分析 49
5.3 在嵌入式系统中实现网络协议栈 51
5.3.1 重用Linux网络协议栈代码 52
5.3.2 重写网络协议栈 52
5.3.3 网络驱动程序的编写 52
5.4 小结 53
第六章 调试环境的搭建和定制 54
6.1 远程调试环境的搭建原理 55
6.1.1 GDB介绍 55
6.1.2 GDB远程调试功能介绍 55
6.1.3 GDB远程调试建立的条件 56
6.1.3.1 远程主机上stub要实现的函数接口 56
6.1.3.2 调试双方数据包的传送格式 57
6.1.3.3 调试步骤的介绍 58
6.2 Linux的内核调试环境的搭建 58
6.2.1 串口驱动程序模块和数据包传送函数 59
6.2.2 stub程序的函数接口 60
6.2.3 内核进入调试状态的路径 61
6.2.3.1 系统启动的时候向内核传递参数 61
6.2.3.2 使用gdbstart将系统控制权交出 63
6.2.4 Linux内核调试过程示例 64
6.3 RTLinux的调试环境的开发设想 65
6.4 小结 66
第七章 总结与展望 67
参考文献 69
部分参考文献
【1】 吕京建、肖海桥，面向二十一世纪的嵌入式系统综述，http://www.bol-system.com/
【2】 吕京建、肖海桥，嵌入式处理器分类与现状，http://www.bol-system.com/
【3】 吕京建、肖海桥，嵌入式系统开发工具及RTOS平台，http://www.bol-system.com/
【4】 实时系统的讨论，http://lisoleg.yeah.net/
【5】 李东生，展望中国信息家电，1999，http://www.tclit.com/