1、湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计（ 论 文 ）题目 嵌入式汽车定位系统开发研究作者学院专业学号指导教师湖南科技大学本科生毕业设计（论文）I摘 要Linux 操作系统作为自由软件的代表，性能优良，是 PC 服务器和嵌入式系统应用最广泛的操作系统，近年来，显现了巨大的市场价值和广阔的应用前景。而本文主要讲述的是在汽车行驶记录仪方面的应用。本文的工作主要集中在以下方面：首先，进行了移植环境的设计与搭建，安装和配置了交叉编译器；其次，设计并实现了系统的 bootloader，主要内容是将基于 S3C2410处理器的 U-BOOT 移植到移植到 ARM9-2440EP 硬件环境下；最后，将 Linu
2、x 内核进行编译与移植。全文详细论述了嵌入式 Linux 移植的流程，给出了搭建嵌入式开发环境，基于硬件平台 ARM920T 的 bootloader, Linux 内核的移植及根文件系统的实现方案，为整个系统的后续开发打下坚实的基础。关键字：linux federal10 系统， uboot 移植，内核移植。湖南科技大学本科生毕业设计（论文）IIABSTRACTLinux operating system as the representative of free software, excellent performance, is a PC server and embedded sys
3、tems the most widely used operating system in recent years, revealing a huge market value and broad application prospects.This article is about the vehicle location system in the application.Transplantation in the Linux system, the first transplant carried out the design and build environment, insta
4、llation and configuration of the cross-compiler.Secondly, a design and implementation of the system bootloader, main contents, including transplantation of open source software U-BOOT, since the processor S3C2410 in the U-BOOT only SMDK2410 board of standards support in use must be transplanted toAR
5、M9-2440EP hardware environment, and finally, in the following steps to achieve the whole process.This is a linux system using the terminal command modified by gcc cross-compiler, and generates a target need uboot, kernel, logo, and file system image file required, and the windows XP system to downlo
6、ad and byDNW and Super Terminal will be programmed into the target image file TQ2440 download mode, restart the development board NANDFlash mode until you see the system interface, you can begin to enter the development stage.Embedded Linux text discusses in detail the process of transplantation is
7、given to build the embedded development environment, hardware platform based on ARM920Ts bootloader, Linux kernel and root file system migration implementations.Keywords: linux federal10 system, uboot transplantation, kernel porting.湖南科技大学本科生毕业设计（论文）i目 录第一章 绪 论 .- 1 -1.1 嵌入式系统的概述 .- 1 -1.1.1 嵌入式系统的组
8、成 .- 2 -1.1.2 嵌入式系统的特点 .- 3 -1.1.3 嵌入式系统的开发 .- 4 -1.2 嵌入式系统的车载定位系统应用 .- 5 -1.3 智能导航系统功能框图 .- 6 -第二章 基于 ARM9 微处理器的硬件和软件总体设计概述 .- 9 -2.1 导航终端系统硬件设计 .- 9 -2.1.1 导航用户终端系统硬件设计框图 .- 12 -2.1.2 基于 ARM9 的嵌入式车载导航开发板底板电路原理图 .- 13 -2.1.3 ARM920T 开发板核心原理图 .- 13 -2.2 导航终端系统驱动程序的组成框图 .- 12 -2.3 开发环境的设计与创建 .- 15 -2
9、.3.1 主机系统的硬件配置及操作系统 .-24-2.3.2 搭建开发和移植环境 .- 15 -2.3.3 目标系统 .- 18 -第三章 BOOTLOADER 设计与实现 .- 19 -3.1 BOOTLOADER 原理与作用 .- 19 -3.2 U-BOOT 的设计与实现 .- 20 -3.2.1 简介 U-BOOT .- 21 -3.2.2 U-BOOT for S3C2440 模块结构分析 .- 21 -3.2.3 U-BOOT 执行流程 .- 21 -3.2.4 面向目标板的 U-BOOT 代码修改和移植 .- 21 -3.3 U-BOOT 烧录和运行 .- 24 -第四章 LIN
10、UX 内核移植与烧写 .- 26 -4.1 LINUX 内核结构与启动流程图 .- 26 -4.2U-BOOT 引导内核代码的启动过程 .- 28 -4.3 内核的烧写过程 .- 28 -第五章 LINUX 根文件系统移植与烧写 .- 26 -湖南科技大学本科生毕业设计（论文）ii5.1 Linux 文件系统基本概念 .- 29 -5.2 嵌入式 Linux 根文样系统内容设计与实现 .- 31 -5.3U-BOOT 对 YAFF/YAFF2 文件系统下载的支持 .- 35 -5.4Linux 根文件系统和 logo 的烧录过程 .- 35 -第六章 结束语 .- 38 -参 考 文 献 .-
11、 39 -致 谢 .- 40 -湖南科技大学本科生毕业设计（论文）- 1 -第 1 章：绪论嵌入式系统是热门的 IT 应用领域之一。嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。像我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、网络等应用的功能也进行了优化。1.1 嵌入式系统概述1.1.1 嵌入式系统的组成嵌入式系统一般可以分成四个部分:嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件，如图 1-1 所示。图 1.1 嵌入式系统的组成(1)嵌入式处理器嵌入式系统
12、的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，嵌入式处理器具有面向用户，面向产品，面向应用的特点，因此，嵌入式处理器与通用处理器最大的区别在于，嵌入式 CPU 大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中。针对不同应用和不同半导体工艺，目前各类嵌入式处理器的变种计有 1000 余种，大致可分为:嵌入式微处理器:ARM,PowerPC,68000,MIPS,386EX；嵌入式微控制器:8051,MC68HC05,MC68HC11,68300 等；嵌入式 DSP 处理器:TMS320 系列，DSP56000 系列；嵌入式 SOC(片上系统):OMAP,M-Core；目前嵌入式处理器有向高度集成的嵌入式片上系统S
13、ystem On Chip,SOC)发展的趋势。(2)嵌入式外围设备在嵌入系统硬件系统中，除了嵌入式处理器以外，用于完成存储、通信、调试、湖南科技大学本科生毕业设计（论文）- 2 -显示等辅助功能的其他部件，事实上都可以算作嵌入式外围设备。目前常用的嵌入式外围设备按功能可以分为存储设备、通信设备和显示设备三类。目前存在的绝大多数通信设备都可以直接在嵌入式系统中应用，包括 RS-232 接口(串行通信接口) 、USB(通用串行总线接口), Ethernet 以太网接口)、工 IC(现场总线)等等。存储设备主要用于各类数据的存储，分易失型存储和非易失型存储器两种，同步动态存储器(Synchrono
14、us DRAM)和 FLASH 是两者的代表。FLASH 凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优点，在嵌入式领域内得到了广泛应用。目前存在的绝大多数通信设备都可以直接在嵌入式系统中应用，包括 RS-232 接口(串行通信接口) 、USB(通用串行总线接口), Ethernet 以太网接口)、工 IC(现场总线)等等。由于嵌入式应用场合的特殊性，通常使用的是液晶显示器(LCD)和触摸板(Touch Panel)等外围显示设备。也有很多嵌入式系统没有显示设备。(3)嵌入式操作系统嵌入式操作系统是专门负责管理存储器分配、中断处理、任务调度等功能的软件模块，是用来支持嵌入式应用的系统
15、软件，是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动程序、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形用户界面(GUI)等。从 20 世纪 80 年代开始，市场上出现各种各样的商用嵌入式操作系统，这些操作系统大部分都是为专用系统开发的，现在逐步演化成了多种形式的商用嵌入式操作系统百家争鸣的局面。这些操作系统有 VxWorks,Neculeus,pSOS,QNX,Linux 和WindowsCE 等。1.1.2 嵌入式系统的特点根据前面对嵌入式系统的描述可以看出嵌入式系统的几个重要特征:(1)嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式 CPU 与通用型的 CPU 最大不同就是嵌入式 CPU
16、大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用 CPU 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋子小型化，移动能力大大增强，跟网络的祸合也越来越紧密。(2)嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了官必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。(3)嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是
17、和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。为了提高执行速度湖南科技大学本科生毕业设计（论文）- 3 -和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。(4)嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。1.1.3 嵌入式系统的开发由于嵌入式系统是一种根据特定用途所专门开发的系统，它只完成预期要完成的功能，所以其开发过程和开发环境同传统的软件开发相比有着显著的不同。(1)开发流程在嵌入式系统的应用开发中，整个系统的开发过程如图 1-2
18、 所示。嵌入式系统发展到今天，对应于各种微处理器的硬件平台一般都是通用的、固定的、成熟的，这就大大减少了由硬件系统引入错误的机会。此外，由于嵌入式操作系统屏蔽了底层硬件的复杂性，使得开发者通过操作系统提供的 API 函数就可以完成大部分工作，因此大大简化了开发过程，提高了系统的稳定性。嵌入式系统的开发者现在已经从反复进行硬件平台设计的过程中解脱出来，从而可以将主要精力放在满足特定的需求上。图 1.2 嵌入式系统的开发流程(2)开发环境采用交叉开发环境(Cross Development Environment)是嵌入式应用软件开发时的一个显著特点，首先在通用计算机上编写程序，然后通过交叉编译生
19、成目标平台上可以运行的二进制代码格式，最后再下载到目标平台上的特定位置运行。交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌入式应用软件的环境.，它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用宿主机/目标机模式，如图 1-3 所示。湖南科技大学本科生毕业设计（论文）- 4 -图 1.3 交叉开发模式宿主机是一台通用计算机(如 PC 机或者工作站)，它通过串口或者以太网接口与目标机通信。宿主机的软硬件资源比较丰富，不但包括功能强大的操作系统(如 Linux)，而且还有各种各样优秀的开发工具(如 WindRiver 的 Tornado, GNU 的开源软件 GDB 等)，能够大大提高嵌入式应用软件的开发速度和效
20、率。目标机一般在驱动开发和应用软件开发期间使用，它可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是能够替代实际运行环境的仿真系统，但软硬件资源通常都比较有限。嵌入式系统的交叉开发环境一般包括交叉编译器、交叉调试器和系统仿真器，其中交叉编译器用于在宿主机上生成能在目标机上运行的代码，而交叉调试器和系统仿真器则用于在宿主机与目标机间完成嵌入式软件的调试。在采用宿主机/目标机模式开发嵌入式应用软件时，首先利用宿主机上丰富的资源和良好的开发环境开发和仿真调试目标机上的软件，然后通过串口或者网络将交叉编译生成的目标代码下载到目标机的存储单元上，并在监控程序或者操作系统的支持下利用交叉调试器进行分析和调试，最
21、后目标机在特定环境下脱离宿主机运行。目前常用的交叉开发环境主要有开放和商业两种类型。开放的交叉开发环境的典型代表是 GNU 工具链，目前己经能够支持 x86,ARM,MIPS, PowerPC 等多种处理器。商业的交叉开发环境则主要有 Metrowerks CodeWarrior，ARM Software，Development Toolkit，Windver Tornado 等等。1.2 嵌入式系统在车载定位系统中的应用全球定位系统(GPS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收
22、集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98% 的24 颗 GPS 卫星星座己布设完成。 GPS 监控（以上海市连图信息科技 GPS 车载终端设备为例）是结合了 GPS 技术、无线通信技术(GSM/GPRS/CDMA)、图像处理技术及 GIS 技术，用于对移动的人、宠物、车及设备进行远程实时监控的一门技术。 全球定位系统在车辆管理上的应用，被称作车辆定位系统。 GPS 车辆管理系统功能简单描述 （1）实时监控： GPS 车辆管理系统应用了移动 GPRS 为监控数据的载体，真正湖南科技大学本科生
23、毕业设计（论文）- 5 -的实现了对车辆的全天候实时监控（速度、方向等） ，监控频率可达到1秒级。 （2）行驶信息管理： 系统可对车辆以往的行驶数据信息进行下载、回放、保存等。 （3）车辆超速报警： 管理员可单独或是设定全部车辆的行驶上下限速度，当车辆行驶速度超过该限制时，系统即会提示车辆超速报警，并伴有声音和窗口弹出窗口提示。 （4）自建图层：管理员可以通过文字和图象在地图上自行标注公司的以及工地的方位；也可以自行构建道路上没有的路线，更好的完善地图来管理车辆。 （5）文字调度管理：管理可通过文字方式向某一辆车或是某一群车辆发送文字调度信息。发送的信息将保存下来，以供日后查证。 （6）超速报警统计：通过系统提供的行驶数据保存功能，在事后可将某车的在某天某日某一段时间的行车数据进行回放，并可生成报表供打应，该功能可作考核用。 （7）行车线路跟踪：可对单独一辆或是全部车辆进行实时记录行驶路线功能，当车辆驶过后就会在地图上划出一条黑线，管理员可直观的看到车辆的行驶路线情况。 （8）区域报警功能：可以设定禁区，当车进入禁区监控处发出警报提醒。定制行驶路线，当驾驶员驶离预定的驾驶路线发出报警。 （9）里程油耗统计：通过系统提供的行驶数据保存功能，可将某车的在某天某日某一段时间的行车公里数及所耗油量，可生成报表供打印，该功能可作参考。1.3智能导航系统功能框图
