基于嵌入式S3C2440的船舶导航系统设计.docx

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1、基于嵌入式S3C2440的船舶导航系统设计dujing导语：文章在以ARMS3C2440为核的硬件平台上应用Linux操纵系统开发了船舶导航系统，完成了系统的硬件设计、软件设计、穿插编译环境的建立、引导程序的移植和根文件系统的建立等，实现了系统的功能摘要：文章在以ARMS3C2440为核的硬件平台上应用Linux操纵系统开发了船舶导航系统，完成了系统的硬件设计、软件设计、穿插编译环境的建立、引导程序的移植、内核的移植、驱动程序的编写和根文件系统的建立等，实现了系统的功能。关键词：嵌入式;S3C2440;Linux;船舶;导航集计算机技术、通讯技术、微电子技术等多种技术为一体的嵌入式技术进入到了

2、一个飞速开展的阶段，嵌入式系统已被广泛应用到了航空、消费电子、信息家电、网络通讯等各个领域。ARMS3C2440ARM嵌入式处理器是性价比拟优秀的芯片，在各个领域的开发应用有着广阔的应用前景。船舶导航技术也应随着科学技术背景的改变不断地向着高性能稳定性的方面开展，潜入式技术，为其提供了优质的开发资源。嵌入式系统需要一套高度简练、易开发、多任务，价格低廉的操纵系统。源码开放的Linux知足些要求。并且标准Linux操纵系统比拟庞大，因此，需要根据实际应用对标准Linux进展重新的移植、裁剪和配置，生成代码紧凑、代码量小的特定操纵系统。2.导航系统的硬件设计所设计的车载导航系统的硬件平台以基于AR

3、M902T的SAMSUNG公司的32位高性能。嵌入式微处理器S3C2440A为核心，包含了LCD液晶显示模块、存储器模块Flash、SDRAM、GPS模块、串行接口、USB接口、IrDA红外通讯接口、网络接口等外围局部，其硬件构成如图1所示。S3C2440A嵌入式微处理器采用16/32位精简指令集，具有高性价比，低功耗，高性能的特点，为掌上设备和一般类型应用提供了小型微控制器的解决方案。为了减少总的系统消耗，S3C2440A包括了以下局部：独立的16KB指令缓存和16KB数据缓存，MMU，LCD控制器STN/TFT，NANDFlash启动加载器，存储治理器片选逻辑与SDRAM控制器，3通道的U

4、ART，4通道的DMA，4通道的脉宽调制定时器，I/O端口，RTC实时时钟，8通道10位的A/D控制器及触摸屏接口，IIC接口，IIS接口，音频接口，USB主机，USB设备，SD主机/多媒体卡接口，2通道的SPI，摄像头接口，PLL时钟发生器和电源治理等。3.船舶导航系统的软件设计3.1软件功能与组成船舶导航系统的软件包括嵌入式操纵系统、GUI图形用户界面、应用程序三个局部，其中嵌入式操纵系统和GUI图形用户界面属于关键技术，它们的好坏决定了系统能否得到成功的应用。应用程序建立在嵌入式操纵系统和GUI图形用户界面之上，上电之后启动经过如图2所示。在软件设计中，操纵系统采用使用广泛的内核源代码开

5、放的嵌入式Linux，GUI图形用户界面采用源代码开发的Microwindows。图2系统启动经过3.2穿插编译环境的建立在知足系统稳定、平安、可靠的根底上，嵌入式产品的体积要尽可能小，进而不可以提供足够的资源供编译经过使用，因此，必须建立一种穿插编译的环境，即在高性能的宿主机上对即将运行于目的机上的程序进展编译，生成可在目的机上可以运行的代码格式，然后下载到目的机中运行。Linux环境下使用GNU工具完成编译、链接等经过，包括针对目的系统的编译器gcc、针对目的系统的二进制工具binutils、针对目的系统的标准c库glibc和针对目的系统的Linux内核头文件。在linux的根目录下，通过

6、命令tarIxvfcross-2.95.3.tar.bz2进展解压缩，执行完毕之后在/usr/local/目录下自动生成arm/2.95.3目录，进入2.93.3目录下可以看到arm-linux、bin、include、lib等各种目录，讲明穿插编译工具安装完毕，编译环境已经建立起来了。3.3引导程序的移植受嵌入式系统资源的限制，嵌入式系统的引导程序并不像PC机上的引导程序一样是由BIOS和位于硬盘MBR中的引导程序组成，整个系统的引导加载任务主要是由BootLoader的引导程序来完成的。BootLoader是系统复位后首先要执行的代码，主要作用是初始化硬件设备、建立内存空间的映射等，将系统

7、的软硬件环境带到一个适宜的状态，进而为操纵系统和应用程序的调用建立一个良好的环境。系统的软件设计中采用的引导程序是韩Mizi公司开发的BootLoadervivi。在嵌入式系统中，BootLoader是高度依靠于硬件的，在嵌入式系统中建立一个通用的BootLoader几乎是不可能，因此对于每一种特定的平台，都要移植一个BootLoader。针对系统的引导程序移植的思路是找到一个与所设计的平台最相近的平台的BootLoader，然后根据所设计平台的硬件数对BootLoader进展修改，进而完成BootLoader的移植。首先根据实际情况修改vivi工程治理文件Makefile文件中的相关参数，包

8、括穿插编译器库和头文件途径，穿插编译开关选项设置，Linux内核代码中的库和头文件途径等。然后根据硬件平台的参数修改相应的配置，如处理器时钟、存储器初始化、通用I/O初始化。然后进展配置、编译生成可执行的代码。3.4内核的移植由于嵌入式系统是针对特定应用的，而且资源有限，所以标准Linux无法应用到嵌入式系统中，因此必须根据实际情况对Linux进展裁剪、配置，进而产生一个适用的嵌入式Linux操纵系统。Linux内核的移植包括获取源代码、修改设置、裁减配置和编译。3.4.1获取源代码Linux内核源代码一般都有专门的机构负责维护，我们可以从这些机构的网站上下载下来使用。修改设置嵌入式系统的应用

9、的针对性很强，从站点上下载下来的内核不可能包含针对所有嵌入式系统的代码，因此需要对代码进展修改设置，进而合适目的平台。一般包含下面几步。编写与处理器相关的代码。主要包括时钟设置、中断设置、存储器分配及其他一些存放器的设置等等，这些与S3C2440处理器相关的代码放在/arch/arm/mach-S3C2440目录下。修改根目录下的工程治理文件Makefile，指定所移植的硬件平台和穿插编译器的途径。修改/arch/arm目录下的工程治理文件Makefile，指定内核运行的虚拟地址，修改该目录下的配置文件config.in，以便在执行配置命令时可以显示S3C2440的相关信息。在/arch/ar

10、m/def-configs目录下添加配置好的S3C2440的配置文件。在/arch/arm/boot/compressed目录下添加处理器的初始化代码head-S3C2440.s。修改/arch/arm/kernel目录下的工程治理文件Makefile，确定文件类型之间的依靠关系。3.4.2裁减配置及编译修改完内核设置后，就可以对内核进展裁减配置及编译了，在配置中剪裁掉冗余的局部，使编译生成的最终的内核的映像文件代码量尽可能小。执行如下命令：#makemenuconfig进入配置菜单，选择处理器类型和所需要的各种外设、协议的支持等等,包含了LCD、触摸屏、串口、声音、EXT2、FAT和JFFS

11、2文件系统和TCPIP协议的支持.#makedep搜索Linux编译输出与源代码之间的依靠关系，并生成依靠文件。#makezImage编译Linux内核，生成压缩的内核映像文件zImage。存放在/arch/arm/boot/目录下。3.5驱动程序的编写驱动程序是操纵系统内核和底层硬件之间的接口，驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，通过驱动程序，应用程序对硬件的操纵可以像对普通的文件操纵一样方便。驱动程序的主要作用是初始化和释放硬件设备，检测和处理硬件设备出现的问题，在应用程序、内核和底层硬件之间传输数据。由于嵌入式系统是针对详细应用的，因此，应该根据详细的平台编写相应设备的驱动程序，以方便应

12、用程序对底层硬件的访问。每一个系统调用都对应着file_operations构造的每一个成员，编写驱动程序主要是编写底层设备需要的各个操纵函数并填充构造file_operations，该构造在/include/Linux/fs.h文件中定义。驱动程序通过设备名、主设备号和从设备号与详细的硬件相联络。驱动程序可以以动态或静态方式加载到内核当中，在调试阶段，一般以动态的方式加载驱动程序，而在最终形成产品时，添加到内核当中，每次启动内核时自动加载。3.6根文件系统一个嵌入式产品的稳定运行，除了引导程序、内核之外，还必须有一个区域用来为用户提供支持架构和用户使用的应用软件，存放数据读写的结果，这个区域

13、就是根文件系统。嵌入式系统中通常使用的根文件系统有：Romfs、Cramfs、Ramfs、JFFS2、EXT2等，另外根文件系统既可以建立在RAMDISK上，可以以建立在Flash上，在RAMDISK上建立根文件系统Cramfs。4.完毕语在船舶导航系统中采用源代码完全开放的嵌入式Linux完全可以代替WinCE等贸易操纵系统，进而减低了系统的本钱，增加了市场的竞争力。通过对系统的开发，笔者有以下创新点：1在程序中参加一些输出语句，以便在调试经过中，在超级终端上显示一些通过串口打印的调试信息，可以对程序运行情况进展观察。2由于串口下载速度较慢，BootLoader要尽可能支持网络，通过网络下载

14、内核和文件系统，加快开发进度。参考文献：1田泽.嵌入式系统开发与应用教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.2韩俊淑，曾锐利，李安.PID算法在蓄电池充电控制系统中的应用J.自动化技术与应用，2005，249：4851.3黄进.含摩擦环节伺服系统的分析及控制补偿研究D.西安电子科技大学博士论文.西安：西安电子科技大学，1998.4李卓，萧德云等.基于神经网络的模糊自适应PID控制方法.控制与决策，19963：340-3455苏义鑫，王子毅，张素文.Clinux在潜入式系统中的移植研究J.微计算机信息，2006.11-2：58-61.6卢剑翔，刘成安，胡和智，等.基于S3C2410的CramFS根文件系统的移植J.微计算机信息，2006.11-2：133-135.