当前位置: > 硕士毕业论文 > 30000字硕士毕业论文系统工程硕士论文——嵌入式Linux系统环境保护协议的研究与完成

30000字硕士毕业论文系统工程硕士论文——嵌入式Linux系统环境保护协议的研究与完成

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:30000字
论点:嵌入式,嵌入式系统,处理器
论文概述:

研究了嵌入式Linux系统的内核结构、启动过程、内核裁剪、进程管理、内核编程技术,以及嵌入式Linux文件系统的配置。

论文正文:

  1绪论        嵌入式系统的应用与开发是当今计算机行业发展的一个热点。现今嵌入式系统的应用领域主要有:国防、通信、电子、办公自动化、机顶盒、掌上电脑(或PDA)、手机软件、工业控制、信息家电等领域。随着嵌入式应用的深入,嵌入式应用系统的开发和定制变得越来越重要,而嵌入式操作系统又是嵌入式系统的核心。由于Linux是一个免费、开放源代码、协作开发的操作系统,它允许用户根据自己的实际需要进行修改和裁减,并且Linux还具有其它操作系统所难以比拟的安全性和稳定性,因此Linux成为嵌入式开发的主要操作系统之一。EPA(工业以太网)是应用于工业控制领域的以太网技术,它在技术上与商用以太网(即802.3标准)兼容,同时又满足工业控制网络通信的需求。EPA具有以下特点}\'}:1、具有较好的响应实时性;2、容错性高,在网络局部链路出现故障的情况下,能在很短的时间内重新建立新的网络链路;3、软硬件开销较小;4、开放性好;5、满足环境适应性和电磁兼容性的要求;6、可靠性高,能够长时间连续稳定运行;7、满足安全性要求;8、总线供电;9、安装方便。因为EPA标准的设计完全满足了以上工业控制网络的要求,所以EPA标准在工业控制领域得到了广泛的应用。一个优秀的开源操作系统Linux和一个完善的EPA工业以太网标准的结合,成为工业控制领域的新亮点。嵌入式系统的发展现状1.1.1嵌入式系统的概念及发展历史嵌入式系统并没有一个标准的定义,IEEE是这样定义嵌入式系统的:嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置。IEEE的定义主要是从应用领域考虑的,嵌入式系统的实质是以应用为中心,以计算机技术为基础,软、硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性,成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统f21。        嵌入式系统是面向应用的,这一点和通用计算机有着本质的区别。在满足应用的前提下尽可能的缩小体积,提高系统的反映速度。嵌入式系统主要由嵌入式处理器,相关硬件,嵌入式操作系统和应用软件等组成。嵌入式系统自底向上包含3个部分:硬件平台、嵌入式操作系统和嵌入式应用程序,如图1.1所示。硬件平台的核心是嵌入式处理器,它是指令的运算中心。此外,硬件电路还包括处理器外围电路,片外的存储器ROM,RAM和Flash,以及各种实现具体功能的转换和通信电路等等。操作系统初始化、支配、调度和协调硬件平台的各种资源,使硬件高效、稳定的运行,同时给应用程序提供调用硬件的接口。嵌入式系统发展的三个阶段[第一代是单板机,出现在20世纪70年代,只是使用8位芯片,执行一些控制逻辑。第二代是单片机,出现在20世纪80年代,单片机一般内部都集成了寄存器、ROMEPROM、总线逻辑、计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、AD和DA等各种必要功能,可以连接定时器、FlashRAM,EEPROM等外设,使其形成了一套独立的计算机系统,完成各种控制和运算任务。与单板机相比,单片机最大的特点是体积大大减少,功耗和成本下降,可靠性提高。第三代是嵌入式处理器,20世纪90年代,在分布控制、柔性制造、数字化通信和数字化家电等巨大需求的牵引下,要求嵌入式系统要有高速度、高精度、实时处理能力[#],这使得嵌入式处理器具有更高的运算能力和速度,因此处理器由8位发展到16位,再到后来的32位,现在主流的嵌入式系统大多采用32处理器,其中32位ARM体系结构已经成为一种事实上的标准。2嵌入式处理器嵌入式系统由软件和硬件两个部分构成,从硬件角度来说,嵌入式处理器是嵌入式硬件中最核心的部分,主要可分为四大类[[s],(1)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)嵌入式微控制器实际上指的是单片机,就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。与嵌入式处理器相比,微控制器最大的特点是单片化,体积大大减少,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流,比较有代表性的包括8051,MCS-251,MCS-96/196/296,P51XA,68K系列、C166/167等,以及众多专用MCL;}和兼容系列。 参考文献[1]冯冬芹,金建祥,褚健.Ethernet与工业控制网络【J].仪器仪表学报,2003, 24 (1) :23-26.李超,肖建.嵌入式Linux开发技术与应用【MJ.北京:电子工业出版社,2008.[3」李新峰,何广生,赵秀文.基于ARM9的嵌入式Linux开发技术[M].北京:电子工业出版社,2008. Vishnu Swaminathan,Krishnendu Chakrabarty.Network Flow Techniques for Dynamic VoltageScaling in Hard Real-Time Systems[J].IEEE Transactions on Computer-Aided Design ofIntegrated 周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008. Rui Wang, Shiyuan Yang. The Design of a Rapid Prototype Platform for ARM Based EmbeddedSystem[J].IEEE Transactions on consumer Electronics,2004,50(2):746-751.赵国安,郁斌,薛琳强.基于Linux嵌入式原理与应用开发[M].北京:清华大学出版社,2008.   摘要 4-5 Abstract 5-6 1 绪论 10-16     1.1 嵌入式系统的发展现状 10-13         1.1.1 嵌入式系统的概念及发展历史 10-11         1.1.2 嵌入式处理器 11-12         1.1.3 嵌入式系统软件 12-13         1.1.4 嵌入式系统开发流程 13     1.2 课题研究的背景 13-14     1.3 课题主要内容及论文结构 14-16 2 ARM微处理器体系结构 16-23     2.1 ARM体系结构及编程模型 16-19         2.1.1 ARM微处理器简介 16         2.1.2 ARM920T内部功能 16-17         2.1.3 ARM编程模型 17-19     2.2 AT91RM9200处理器简介 19-21         2.2.1 AT91RM9200片上资源 19-20         2.2.2 AT91RM9200处理器主要特性 20-21     2.3 测试平台的资源和硬件结构 21-23         2.3.1 测试平台的系统资源 21         2.3.2 DUT5000的硬件结构 21-23 3 嵌入式 Linux系统的研究 23-36     3.1 Linux内核结构 23-26         3.1.1 内核功能划分 23-24         3.1.2 嵌入式 Linux内核启动过程 24         3.1.3 配置 EPA程序嵌入 Linux内核系统 24-26     3.2 Linux进程管理体系的研究 26-28         3.2.1 进程管理与进程描述符 26-27         3.2.2 进程调度与策略 27-28     3.3 Linux内核技术的研究 28-33         3.3.1 注册中断处理程序 28-29         3.3.2 中断处理机制和中断控制 29-30         3.3.3 临界区竞争与死锁 30-31         3.3.4 内核同步方法的原子操作与自旋锁 31-32         3.3.5 内核中的时间概念 32-33         3.3.6 系统定时器与实际时间 33     3.4 Linux网络体系结构的研究 33-36         3.4.1 Linux网络设备驱动架构 33-34         3.4.2 sk_buff结构及管理 34-36 4 EPA通信协议在Linux系统上的实现 36-57     4.1 EPA系统的组成及通信过程 36-40         4.1.1 EPA简介及系统组成 36-37         4.1.2 EPA设备间的通信过程 37-40     4.2 EPA通信调度在Linux内核中的实现 40-49         4.2.1 EPA数据链路层调度的实现方法 40-41         4.2.2 在数据链路层的EPA调度规程 41-44         4.2.3 EPA调度规则的设计 44-45         4.2.4 EPA调度规则的实现 45-47         4.2.5 EPA链路层调度与Linux内核的组态 47-48         4.2.6 Linux内核中兼容EPA协议后的流量控制 48-49     4.3 EPA应用层协议的实现 49-57         4.3.1 EPA应用层协议的组成 49-50         4.3.2 套接字映射实体的实现 50-52         4.3.3 系统管理实体的实现 52-53         4.3.4 应用访问实体的实现 53-57