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嵌入式系统实验平台的设计与实现

作　者: 沈卓立
导　师: 慕春棣
学　校: 清华大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 嵌入式系统 uClinux 图形用户界面 电子书
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 382次
引　用: 5次
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内容摘要


一个依靠自己独立的处理器完成特定功能的计算机系统称为嵌入式系统。本文详细论述了一个典型的嵌入式系统的总体设计方案，该系统是针对嵌入式系统研究设计的实验平台，同时也兼顾实用的目的，可以很方便的扩展为嵌入式手持产品。该平台在硬件上采用DragonBall EZ328处理器作为中央处理器，具有4M闪存和4M DRAM。针对该嵌入式系统硬件平台的特性，软件部分设计采用uClinux作为操作系统，microwindows作为平台的图形户界面，为开发各种应用程序提供API函数。本文介绍了如何针对特定的硬件平台建立一整套基于m68k的gcc交叉编译工具，以及如何实现包括程序监控、文件传输、Flash烧写等功能在内的开发环境。本文详细剖析了uClinux内核，分析了它针对嵌入式应用所采用的与标准Linux不同的实现方式。uClinux针对多数嵌入式处理器没有MMU单元的特点，通过对普通Linux版本虚拟内存管理模块的精简，实现了一个简洁高效的内核文件。同时，本文详细论述了uClinux向DragonBall EZ实验平台的移植过程：通过对体系结构相关的汇编代码的修改使系统顺利的从目标平台上引导。本文还介绍了对uClinux系统的扩展，包括实现日志型文件系统JFFS和特殊的字符设备——按键的驱动。本文详细分析了嵌入式图形用户界面Microwindows系统的结构体系，Microwindows通过分层设计的思想，为系统向不同嵌入式平台的移植提供了非常好的基础。同时本文详细论述了Microwindows向DragonBall EZ实验平台的移植过程：通过对编译配置文件的设置，调用交叉编译工具生成m68k体系的可执行文件；通过针对uClinux进程管理和内存管理的特殊系统调用改写系统相应部分的源代码，以便采用应用程序能够在uClinux系统上顺利运行。 最后，本文给出了嵌入式实验平台的一个应用实例：电子书功能样机。该样机采用Microwindows API开发文本格式的阅读器，同时与中断接口相连的按键提供对用户各种操作的支持。通过该样机可以方便的浏览文本格式的文档。

全文目录


第一章 引言  9-17
  1．1 嵌入式系统的发展  9-14
    1．1．1 嵌入式CPU的发展概况  10-11
    1．1．2 嵌入式操作系统的发展  11-12
    1．1．3 嵌入式图形用户界面的发展  12-14
  1．2 课题的意义  14-15
  1．3 平台的设计与选型  15-17
第二章 平台的硬件环境  17-25
  2．1 嵌入式微处理器  17-20
  2．2 存储器  20
  2．3 LCD显示（Liquid-CrystalDisplay）  20-23
  2．4 串行通信端口  23
  2．5 电源  23
  2．6 按键  23
  2．7 模式转换  23-24
  2．8 指示灯  24
  2．9 扩展接口  24-25
第三章 编译开发环境的建立与Bootloader的设计  25-31
  3．1 编译开发环境的建立  25-28
    3．1．1 binutils工具包的安装  26
    3．1．2 gcc-2．95．3的安装  26-27
    3．1．3 转换器elf2flt的安装  27
    3．1．4 genromfs工具的安装  27-28
    3．1．5 uC-libc的安装  28
  3．2 Bootloader的设计与实现  28-31
    3．2．1 硬件平台的通信  28-29
    3．2．2 硬件平台初始化程序  29
    3．2．3 硬件平台监控程序  29-31
第四章 嵌入式操作系统——uClinux  31-52
  4．1 uCLinux  31-38
    4．1．1 虚拟内存管理与MMU  31-32
    4．1．2 标准Linux内核虚拟内存管理的实现  32-35
    4．1．3 uClinux与标准Linux的区别  35-38
  4．2 uCLinux的移植  38-43
    4．2．1 crt0．S文件  38-42
      4．2．1．1 主要寄存器的修改  38-40
      4．2．1．2 LCD控制器的初始化  40-42
    4．2．2． ld文件  42-43
  4．3 JFFS——对uClinux的扩展  43-47
    4．3．1 JFFS的设计目标及实现  43-45
      4．3．1．1 存储形式  43-44
      4．3．1．2 操作  44
      4．3．1．3 废物收集  44-45
      4．3．1．4 内务处理  45
    4．3．2 加载  45-46
    4．3．3 实现过程  46-47
  4．4 特殊字符设备——按键  47-52
    4．4．1 主设备号和次设备号  47-48
    4．4．2 文件操作  48
    4．4．3 阻塞型I/O操作和睡眠队列  48-49
    4．4．4 中断处理  49-50
    4．4．5 按键驱动程序的实现  50-52
第五章 图形用户界面——Microwindows  52-60
  5．1 Microwindows体系结构剖析  52-56
    5．1．1 分层设计  52
    5．1．2 设备驱动  52-53
    5．1．3 MicroGUI——设备无关的图形引擎  53
    5．1．4 应用程序编程接口（API）  53-56
      5．1．4．1 消息传递机制  54
      5．1．4．2 窗口的创建和清除  54-55
      5．1．4．3 窗口显示、隐藏和移动  55
      5．1．4．4 窗口绘制  55-56
  5．2 Microwindows的移植  56-60
    5．2．1 对配置文件的修改  56-57
    5．2．2 针对uClinux所作的修改  57-58
    5．2．3 中文化处理  58-60
第六章 电子书——平台的应用实例  60-63
  6．1 电子书产品的定位  60
  6．2 电子书功能样机的性能指标  60-62
  6．3 电子书功能样机的设计  62-63
第七章 结论  63-65
  7．1 本文贡献  63-64
  7．2 后续工作  64-65
参考文献  65-67
致谢  67-68
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文  68
  个人简历  68
  研究成果  68
  硕士研究生期间发表的学术论文  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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