基于arm嵌入式系統的通信設計-資料下載頁

　　

【正文】 ，根文件系統也有多種選擇。在目前的嵌入式開發過程中，ROMfs 是使用最多的文件系統。ROMfs 文件系統比較簡單，文功能緊湊，并且是只讀的。在 ROMfs 中，文件數據是按照順尋存放的。uClinux 系統可以直接運行，這樣做的最大的優勢是節約RAM 空間，提高運行速度。因此，根據系統的設計需求，選用 ROMfs 根文件系統。當然，為了支持它，在內核的配置中需要內核支持 romfs 文件系統，并且在內核配置完畢后建立虛擬 ram 盤，提供用戶接口。 應用程序庫uClinux 運行效率高，是一個小型化的嵌入式 Linux 系統，這就要求相應的應用程序庫具有較高的運行效率。glibc 是 gnu 發布的 libc 庫，主要是基于 C 語言的，這個庫較大而且比較全面，不適應 uClinux。因此需要進行相應的簡化，這就是 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 20 頁uClibc 應用程序庫。在 uClinux 中，采取靜態連接，目的是為了節約內存和片上資源，滿足嵌入式系統的設計需要。. 內核編譯嵌入式系統應用非常專業化，功能模塊相對比較單一。隨著 uClinux 內核版本的升級，內核功能越來越強大，體系結構也越來越復雜。由于存儲空間的限制，為了提高運行性能，必須根據需要對內核進行精簡，定制一個符合嵌入式系統的操作平臺。uClinux 可以通過裁剪，把不需要的功能模塊剪掉，留下應用需要的模塊，減少系統運行的復雜想，讓系統更加健壯和安全。同時，嵌入式芯片的資源有限，內存一般都比較小，裁剪后，內核往往會更加簡練，所占用的存貯空間也會很小。由于 uClinux 的內核采取了模塊化的設計方式，設計時可以根據自己的需要，在內核編譯的過程中，靈活選擇所需要的模塊，節約資源，減少代碼量，提高內核的運行速度和效率，這也是嵌入式系統的一個明顯的優勢。 uClinux 的安裝在 上下載版本為 的 uClinux 源碼包 uClinuxdist，將它復制到系統的目錄盤下，并進行相應的解壓縮：輸入指令，并運行：tar 就會看到，在系統的目錄盤下，會出現 uClinux 的源代碼目錄，也就是uClinuxdist 這個文件夾。由于本系統所用 SmartARM2200 開發板，這個開發板為 ARM7 的 LPC2200 芯片，是 philips 公司設計制造的。為了適應這個芯片的特性，登陸 philips 官方網站，并且查找和下載以下這個文件：下載后，復制到系統的目錄下，輸入以下指令，并執行：cat 執行完成后，在編譯 uClinux 內核是，選擇系統的內核配置的時候，可以找到 LPC2200 的選項。 配置 uClinux安裝完成后，可以通過 make config，make xconfig 來配置 uClinux，也可以通過 make menuconfig 來配置。各命令使用范圍不一樣，但效果是相同的，各命令說明如表 所示。 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 21 頁表 uClinux 的配置方式make config 命令行方式，適用于控制臺和圖形終端make menuconfig 文本菜中方式，適用于控制臺和圖形終端make xconfig X 窗口圖形界面方式，僅適用于圖形終端文本菜單這種配置方式，可以在終端控制臺上來使用，也可以通過圖形終端進行使用。為了使得配置具有更強的直觀性，系統設計采用了文本菜單這種配置方式。配置 uClinux 和文件系統具體的操作方法如下 [24]：（1）通過已經建立的終端或者控制臺，找到 uClinux 源代碼所在的目錄，系統為：//usr/src/uClinuxdist ，執行命令：cd /usr/src/uClinuxdist（2）如果不是進行第一次編譯，需要先清除以前編譯產生的輔助文件和目標文件，以保證編譯的正確性。如果是第一次編譯則可省略。執行命令：make distclean（3）通過文本菜單方式配置 uClinux執行命令：make menuconfig執行了 make menuconfig 語句后，將會出現如圖 配置內核界面。圖 配 置 內 核 界 面 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 22 頁界面中有提示使用“↑” “↓”選擇配置模塊，使用空格鍵選擇或者取消，使用“→” “←” ，選擇命令，最后使用回車鍵 Enter 執行命令。第一項可進行廠商/產品設置，選擇第二項則進行內核版本和函數庫設置，各選項的含義以及設置如表 所示。表 uClinux 中 各 個 選 項 的 描 述選項 描述 設置Vendor/Product 廠商/產品選擇 PHILIS/LPC2200Kemel 選擇版本 LinuxLibc 選擇函數庫 uClibcDefault all Settings 默認設置 恢復默認設置時選擇Updata Default 默認廠商配置 根據需要選擇在設計的時候，根據系統需求，以及所選用的芯片廠商等信息，進行系統的配置，主要是根據以上信息描述，進行設置。進入 Linux 內核配內核資源的界面，如圖 所示。圖 內 核 資 源 界 面配置完畢后選擇 Exit，然后在提示下是否保存的時候選擇保存， 配置完畢后，選擇 Exit，在對話提示選擇保存。 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 23 頁（4）建立源代碼文件依賴關系( 第一次必須執行)執行命令：make dep（5）編譯內核執行命令： make第（4）和第（5）進行內核的編譯，執行的時間會比較長。執行結束后，會得到我們需要的兩個目錄：ROMfs 文件和 images 內核文件。在 ROMfs 文件中存放嵌入式系統運行所需要的應用程序。Images 內核文件主要存放那個內核目錄。 經過以上程序，uClinux 的內核編譯全部完成。 構建文件系統構建文件系統就是在物理設備上構建文件組織和目錄，便于系統進行文件的組織和管理，它是 uClinux 系統處理數據的基礎條件。uClinux 系統的所有有效數據，包括用程序、庫、系統文件和用戶文件都按照目錄存放在文件系統中。uClinux 系統的文件系統，在組織上按照樹狀結構的方式進行組織，也就是頂部是根目錄，從根向下進行分支，通常把文件系統的最頂端成為根目錄。uClinux 系統通常只有一個文件樹，這個文件樹以樹根“/”作為起點，其它的文件和外部設備按照樹的形式，掛結在這個文件樹上 [25]。uClinux 根目錄下可以見到以下結構：/bin/home/etc/mnt/lost+found/tmp /dev/sbin /var /boot /root/lib /proc /usr設計中選擇的 ROMFS 文件系統，主要是考慮到系統的存貯結構。因為這種文件系統的內核比較小，通常情況下只有 4000 字節左右，可以有效的節約系統的資源。內核在連接的時候，只需要連接到 ROMFS 文件系統，后面用模塊裝載工具把其它相關的模塊和文件系統裝載進來，而不是所有的文件和模塊全部掛接。 ROMFS 文件系統的底層結構也是非常的簡單，也可以用來進行塊設備的操作。ROMFS 文件系統的構成，它的文件系統頭由 16 字節組成，文件系統名由 4 字節組成，文件系統的大由 4 字節組成，其次還有 4 字節的校驗和 4 字節的卷標名。然后就是文件的頭和數據了，文件頭也是由 16 字節組成，開始的是文件模式信 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 24 頁息，通常占用 4 比特的，后面的 28 比特，是這樣分配的：4 字節為下后一個文件的地址偏移量，4 字節為文件的鏈接信息、4 字節為文件大小、4 字節為文件的校驗和。從后面的第 16 字節開始，顯示的是文件名和相關其數據 [26]。ROMFS 是一種只讀的文件系統，由于它是只讀的，就決定了這個文件系統是非常小的。如果設計中需要一種可寫的文件系統，那么，就需要尋找一種可以在RAM 上使用的可寫文件系統。在設計中，根據需要選擇了 RAMFS 文件系統，這種文件系統可以用于 RAMDISK 文件系統的寫操作，它與 CRAMFS 的結合可以適合大多數嵌入式系統的需求。制作 ramdisk 具體步驟如下 [27]：一般在內核編譯時，支持 ramdisk 的內核選項：CONFIG BLK DEV RAM,CONFIG RD RELEASE BLOCKS, CONFIG BLK DEV IlVITRD：同時在 PC 機上按照如下的方法來制作：（1）制作映象文件建立虛擬成塊的文件 執行命令：dd if=/dev/zero of= bs=1024 count=500格式化生成的塊設備： 文件執行命令：mke2fs –m0 –F （2）配置根文件系統，將 和 加載到主機文件系統執行命令：mount ram /o loop執行命令：mount rom/o loop建立在 ramfs 中需要的目錄，也就是在 ram 目錄下建立子目錄。執行命令：mkdir ram/bin執行命令：mkdir ram/dev執行命令：mkdir ram/etc執行命令：mkdir ram/var拷貝必須的文件到 ramfs 中執行命令：cp –a rom/etc/* ram/etc/執行命令：cp –a rom/bin/sh ram/bin/執行命令：cp –a rom/bin/init ram/bin/int創建設備節點：執行命令： mknod ram/dev/ttS0 c 4 64執行命令： mknod ram/dev/console c 51執行指令的說明：第一條指令創建設備 ttyS0,即第 0 個串口設備，主設備的號為 4，從設備的號為 64，第二條指令是建立字符設備 console,即控制 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 25 頁臺，主設備號為 5 從設備號為 1。最后卸載 和 的修改已經保存。執行命令： umount ram執行命令： umount rom到此 RAM DISK 制作完畢。內核編譯和文件系統構建完成以后通過網絡 FTP 的方式把 和 ramdis下載到開發板上，這樣完成了 uClinux 的移植。. PC 機上的程序設計 嵌入式 TCP /IP 分析 在目前的網絡協議中，TCP/IP 是應用最廣泛的網絡協議。 TCP/IP 的核心是分層的思想，它可以將不同的芯片、系統之間通過一種標準的協議相互連接起來，做到互聯互通。需要傳輸的數據以數據包的形式進行傳輸，這也是 TCP/IP 傳輸的一個基本單位。通常情況下，在嵌入式系統的應用中，數據的采集和傳輸是是核心的任務和功能。對于嵌入式系統來說，需要根據系統的特點以及需要完成的功能，靈活選擇相應的協議，因為嵌入式系統的資源畢竟有限，處理器的速度和 PC 機相比，還是有很大的差距。同時，存貯的空間也是相對有限，需要的協議可以選擇，不需要的協議可以裁減掉，這也是嵌入式系統最大的特點。選擇了相應的協議后，還要根據系統的功能和需求，進行相應的分析，特定問題特定處理，這也是嵌入式系統的一個特點。根據需要傳輸的數據的大小，以及傳輸的速度等問題，可以采取特別的收發方式。嵌入式系統的 TCP/IP 協議棧主要包含 ARP 協議 IP 協議，ICMP 協議，TCP 協議以及 UDP 協議等。ARP 主要的功能是進行地址的解析，獲取數據傳輸的物理地址。因為嵌入式系統中數據是按照地址進行存貯的，當一個嵌入式系統上的 IP 地址的 ARP 被上傳到網絡上，就會收到一個應答，這個應答確認物理地址，找到物理地址后，就會找到相應需要傳輸的數據，并進行傳輸。也就是說，ARP 協議解決服務器端和客戶端在通信的時候 IP 地址物理地址轉換。IP 協議主要用于網絡之間的相互連接，規定了進行網絡連接時各個系統之間必須相互遵守的規則。在 IP 進行數據傳輸時，對傳輸的 IP 數據包進行定義，進行數據包的封裝時，還包括需要傳輸數據的目的地址，數據協議的版本號等。最后還要對傳輸的數據進行校驗，以確保數據傳輸的正確性。在 IP 協議中，給每個每臺設備一個地址，這個地址是唯一的，在傳輸過程中，相互傳輸數據的設備根 西南科技大學工程碩士學位論文 　　　第 26 頁據 IP 地址就可以找到對方，同時把 IP 包解析出來，得到需要的數據。ICMP 是一個報文協議，因為在 TCP/IP 傳輸過程中需要傳輸一些控制信息，也就是網絡是否堵塞或者暢通，以及路由的相關信息等。它可以提供一個簡單易懂的網絡出錯的信息，通常使用的 PING 命令就是基于 ICMP 協議的。TCP 協議是傳輸層在連接過程中應用的協議，它是整個 TCP/IP 的核心。TCP協議一般要通過“三次握手”的方式建立連接。TCP 協議起到承上啟下的作用，與底層和高層的協議進行通訊，以確保整個系統能夠有效的連接并能夠和其它系統可以進行數據傳輸。 嵌入式 TCP/IP 設計TCP/IP 協議比較復雜，因為嵌入式設備的資源和效率都是夠用就好，因此在嵌入式系統上面來設計一個 TCP/IP 協議要受到相應的限制 [28]。論文在設