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嵌入式机电控制系统启动过程时间分析及优化实现技术

作　者: 郭鹏
导　师: 鄢萍
学　校: 重庆大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 嵌入式系统 机电控制 快速启动 Linux
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 88次
引　用: 1次
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内容摘要


随着计算机技术及集成电路技术的发展,高端的机电控制系统也越来越复杂,呈现出系统集成度高和需要处理大规模数据等特点。面对机电控制系统的迅猛发展,传统的可编程逻辑控制器(PLC)已经不能满足其需求,而具有微内核、系统精简、高实时性、专用性强等特点的嵌入式机电控制系统在复杂的机电控制领域体现出巨大优势,在一些领域已经完全取代了传统的PLC。嵌入式机电控制系统作为一种专用计算机系统,其应用环境决定了嵌入式机电控制系统必须具备上电快速启动的特性,本文对基于实时Linux的嵌入式机电控制系统的启动过程进行分析,提出快速启动的优化方案并予以实现。本文首先介绍了目前机电控制系统和嵌入式系统的发展现状,分析了机电控制系统的发展方向,并对机电控制系统在工业自动化应用过程当中出现的问题进行了研究。其次,针对嵌入式机电控制系统的软件架构进行了分析,并将系统的启动过程大致分为bootloader、内核加载、根文件系统挂载三个阶段。在bootloader阶段,对嵌入式系统两种启动方案的引导过程进行了分析。在内核的加载阶段,研究了嵌入式实时Linux内核的架构及主要子系统,并对内核加载过程进行了分析。在根文件系统挂载阶段,分析了基于flash的嵌入式Linux的文件系统架构,并对CRAMFS、YAFFS2、JFFS2文件系统的挂载和基本工作原理进行了研究。然后,在对嵌入式机电控制系统启动过程的分析、优化的基础上,针对嵌入式机电控制系统启动耗费时间较多的环节,结合嵌入式机电控制系统具体的应用环境,对启动方案进行优化,对内核进行必要的裁剪和配置,对混合文件系统进行实现。最后,介绍了嵌入式机电控制系统的应用,对优化后的嵌入式机电控制系统进行验证,验证结果表明:优化后的嵌入式机电控制系统在满足可靠性和稳定性的基础上,有效缩短了系统的启动时间。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 课题的提出及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-16
    1.2.1 机电控制系统的发展现状  9-12
    1.2.2 嵌入式系统的发展现状  12-15
    1.2.3 国内外研究现状分析  15-16
  1.3 课题来源  16
  1.4 论文研究的主要内容  16-17
  1.5 本章小结  17-18
2 嵌入式机电控制系统启动过程时间分析  18-41
  2.1 嵌入式机电控制系统的软件架构与启动过程  18-20
    2.1.1 嵌入式机电控制系统的软件架构  18-19
    2.1.2 嵌入式机电控制系统的启动过程  19-20
  2.2 嵌入式机电控制系统bootloader 分析  20-25
    2.2.1 Flash 存储器的工作原理及特点  20-21
    2.2.2 基于NOR flash 的引导过程时间分析  21-23
    2.2.3 基于NAND flash 的引导过程时间分析  23-25
  2.3 嵌入式机电控制系统内核剖析  25-30
    2.3.1 嵌入式实时Linux 内核架构  25-27
    2.3.2 嵌入式实时Linux 内核主要子系统  27-28
    2.3.3 嵌入式实时Linux 内核的启动过程时间分析  28-30
  2.4 嵌入式机电控制系统文件系统分析  30-38
    2.4.1 基于flash 的嵌入式Linux 文件系统架构  30-32
    2.4.2 CRAMFS 文件系统及其挂载时间分析  32-35
    2.4.3 JFFS/JFFS2 文件系统及其挂载时间分析  35-37
    2.4.4 YAFFS2 文件系统及其挂载时间分析  37-38
  2.5 嵌入式机电控制系统快速启动方案分析  38-40
  2.6 本章小结  40-41
3 嵌入式机电控制系统快速启动优化及实现  41-64
  3.1 嵌入式机电控制系统的开发环境  41-45
    3.1.1 嵌入式机电控制系统的硬件平台结构  41-44
    3.1.2 嵌入式系统软件开发环境  44-45
  3.2 基于NOR flash 的bootloader 快速启动方案实现  45-50
    3.2.1 存储空间地址规划  45-46
    3.2.2 NOR flash 驱动实现  46-48
    3.2.3 内核快速引导实现  48-50
  3.3 嵌入式Linux 内核的优化与实现  50-53
    3.3.1 内核裁剪与配置  50-51
    3.3.2 内核的编译  51-52
    3.3.3 内核的安装及模块的装载与卸载  52-53
  3.4 嵌入式Linux 文件系统的优化与实现  53-60
    3.4.1 根文件系统的微型化  53-56
    3.4.2 存储设备管理  56-58
    3.4.3 混合文件系统的实现  58-60
  3.5 嵌入式机电控制系统的应用  60-61
  3.6 优化验证  61-63
  3.7 本章小结  63-64
4 结论  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
附录  69
  A 作者在攻读硕士学位期间参加的科研课题  69
  B 作者在攻读学位期间发表或录用的论文目录  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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