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嵌入式系统内核软件的研究

作　者: 卢俊岭
导　师: 李孝安
学　校: 西北工业大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 嵌入式系统 BIOS POST Logo DiskOnChip Linux
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 207次
引　用: 2次
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内容摘要

系统BIOS技术是直接操作计算机硬件设备的底层核心技术。合理裁减系统BIOS，加快系统BIOS启动速度，对满足某些时间约束苛刻的嵌入式应用将具有重要的作用和意义。本文结合横向课题“嵌入式计算机专用软件”，围绕着加快系统BIOS启动速度的目标，重点对系统BIOS技术展开了深入的研究工作，实现了BIOS模块的裁减、添加和修改，并对Linux系统的启动和在DiskOnChip中的集成进行了研究。为了实现嵌入式系统BIOS快速启动，本文首先详细剖析了嵌入式486系统BIOS的整体功能结构，重点分析研究了系统BIOS的POST过程和操作系统引导过程的实现。结合嵌入式系统BIOS的特点，分析比较了三种与嵌入式系统BIOS有关的项目研究。在此基础上，提出了对系统BIOS进行适当裁减的具体方案，并通过实验验证了该方案的可行性。分析了已有的系统BIOS的开发与调试平台，根据实际情况自行搭建了一种较为实用的调试与开发平台，并总结了实验中采用的灵活有效的调试手段。在不影响原有BIOS的功能和性能的基础上，实现了系统BIOS模块的添加。根据客户的需求，在系统BIOS中添加开机Logo画面的实现代码。图象的解压缩和显示都考虑了加快显示速度，取得了较好的效果。为了构造完整的嵌入式系统及其应用，选择了linux操作系统作为软件平台。本文主要讨论了Linux系统的启动，总结比较了两种在DiskOnChip中集成Linux的实现方法，为进一步实现基于特定平台的嵌入式应用打下了良好的基础。

全文目录

第一章绪论  9-13
  1.1 论文的研究背景和目的  9
  1.2 国内外的研究和应用现状  9-10
  1.3 论文的主要研究内容  10-11
    1.3.1 嵌入式系统 BIOS的分析  10
    1.3.2 嵌入式系统BIOS模块的裁减、添加与调试  10-11
    1.3.3 嵌入式Linux的构造  11
  1.4 论文的组织结构  11-13
第二章 BIOS  13-18
  2.1 BIOS简介  13-14
    2.1.1 BIOS的概念  13
    2.1.2 BIOS在系统中所处的层次  13-14
  2.2 系统BIOS的功能  14-15
  2.3 BIOS的存储设备  15-16
  2.4 流行的BIOS系统软件及双BIOS技术  16-17
    2.4.1 流行的BIOS系统软件  16
    2.4.2 双BIOS技术  16-17
  2.5 BIOS的开发方式  17
  2.6 本章小结  17-18
第三章嵌入式系统BIOS  18-23
  3.1 嵌入式系统  18-20
    3.1.1 嵌入式系统概念  18
    3.1.2 嵌入式系统的特点  18-19
    3.1.3 嵌入式系统的关键技术  19
    3.1.4 嵌入式系统软件的特点  19
    3.1.5 嵌入式系统软件开发过程  19-20
  3.2 嵌入式系统BIOS研究  20-22
    3.2.1 TinyBIOS  21
    3.2.2 OpenBIOS  21-22
    3.2.3 LinuxBIOS  22
  3.3 本章小结  22-23
第四章系统BIOS分析与研究  23-58
  4.1 系统BIOS分析的硬件平台  23
  4.2 系统BIOS支持的部分技术规格  23-26
    4.2.1 Super I/O  23-24
    4.2.2 LPC  24
    4.2.3 SM Bus  24
    4.2.4 USB  24-25
    4.2.5 GP I/O  25
    4.2.6 SMM  25-26
    4.2.7 APM  26
    4.2.8 ACPI  26
  4.3 逆向工程与反汇编  26-27
    4.3.1 逆向工程技术  26-27
    4.3.2 反汇编程序和工具  27
    4.3.3 反汇编系统BIOS  27
  4.4 系统BIOS的总体描述  27-31
    4.4.1 系统BIOS的功能结构划分  27-28
    4.4.2 系统重启  28-31
  4.5 系统BIOS的检测与引导  31-32
    4.5.1 系统BIOS的POST过程  31-32
    4.5.2 系统BIOS的引导过程  32
  4.6 系统BIOS使用的内存区域  32-40
    4.6.1 系统内存布局及I/O空间  32-35
    4.6.2 中断向量表IVT(Interrupt Vector Table)  35-37
    4.6.3 BIOS数据区BDA(BIOS Data Area)  37
      4.6.3.1 基本BIOS数据区  37
      4.6.3.2 扩展BIOS数据区  37
    4.6.4 特殊区域  37-40
      4.6.4.1 FlashROM的地址映射  37-38
      4.6.4.2 复位地址  38-39
      4.6.4.3 BIOS程序入口点(Program Entry Point)  39
      4.6.4.4 影射内存(Shadow RAM)  39-40
  4.7 存储器的检测  40-47
    4.7.1 存储器的测试  40-45
      4.7.1.1 基本存储器的测试  40-45
      4.7.1.2 扩展存储器的测试  45
    4.7.2 保扩模式及其测试  45-47
      4.7.2.1 实模式与保护模式  45
      4.7.2.2 BIOS涉及的保护模式术语  45-47
      4.7.2.3 实模式切换到保护模式  47
      4.7.2.4 保护模式切换到实模式  47
  4.8 扩展ROM的检测  47-50
    4.8.1 扩展ROM的编写规范  48
      4.8.1.1 ROM表头的结构含义  48
      4.8.1.2 ROM的规范要求  48
    4.8.2 扩展ROM的查找与调用  48-50
  4.9 系统BIOS的组件系统  50-54
    4.9.1 软盘系统BIOS  50
      4.9.1.1 软盘BIOS初始化  50
      4.9.1.2 软盘BIOS服务  50
    4.9.2 硬盘系统BIOS  50-51
      4.9.2.1 硬盘BIOS初始化  50-51
      4.9.2.2 硬盘BIOS服务  51
    4.9.3 键盘系统BIOS  51-52
      4.9.3.1 低级键盘BlOS  51-52
      4.9.3.2 中级键盘BIOS  52
    4.9.4 CMOS存储器与BIOS界面设置  52-53
      4.9.4.1 CMOS存储器及其访问  52-53
      4.9.4.2 BIOS界面设置  53
    4.9.5 特定功能的支持  53-54
      4.9.5.1 看门狗时钟  53-54
      4.9.5.2 固态盘  54
  4.10 系统BIOS的软件计时  54-55
  4.11 系统BIOS的校验  55-56
    4.11.1 CMOS的校验  55-56
    4.11.2 BIOS代码的校验  56
  4.12 系统BIOS的移植  56-57
  4.13 本章小结  57-58
第五章系统BIOS模块的裁减、添加与调试  58-67
  5.1 系统BIOS的裁减  58-59
  5.2 系统BIOS的Logo模块的添加  59-63
    5.2.1 PCX图象文件格式及其解压缩算法  59-60
    5.2.2 16色图象的象素显示  60-61
    5.2.3 BIOS代码中Logo模块的添加  61-63
  5.3 系统BIOS的调试  63-66
    5.3.1 系统BIOS的开发与调试平台  63-64
    5.3.2 系统BIOS的调试方法  64-66
  5.4 本章小结  66-67
第六章嵌入式Linux的构造  67-71
  6.1 嵌入式Linux  67
  6.2 嵌入式Linux规划  67-68
  6.3 嵌入式Linux系统启动分析  68-69
  6.4 Linux在DiskOnChip中的集成  69-70
    6.4.1 Linux内核的裁减  69
    6.4.2 Linux在DiskOnChip中的集成方法  69-70
  6.5 本章小结  70-71
第七章总结与展望  71-73
  7.1 研究结果  71
  7.2 研究展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-76

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