嵌入式系统课程设计报告书.pdf

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1、 郑州航空工业管理学院 嵌入式系统课程设计报告 题目：基于 SKYEYE 的嵌入式 Linux 系统设计 20 20 第 学期 院 系：姓 名：专 业：学 号：指导老师：目 录 一、引言-3 二、设计目的-3 三、设计要求-3 四、课程设计报告内容-4 五、总体设计-9 六、总结-9 七、参考文献-9 一、引言 随着 3C 融合进程和我国传统产业结构升级的加速，人们对设备越来越高的应用需要已经无法满足当前和未来高性能的应用与发展需求。显然，嵌入式系统的软硬件技和开发手段，正日益受到重视，成为各领域技术创新的重要基础。目前，嵌入式系统是近年来发展很快的计算机方面的学科方向，并迅速渗透到控制、自动

2、化、仪器仪表等学科。嵌入式方向包括了软硬件协同设计、嵌入式体系结构、实时操作系统、嵌入式产品设计等方面的知识，大于当代大学生，更需要掌握嵌入式系统设计的典型开发工具和开发核心技术。对于嵌入式市场的发展来说，中国市场的意义更加重大。中国市场对于嵌入式互联网这场革命来说非常关键。勃勃的生机，很好的产业互动，良好的协作精神，中国现在正在形成一个健康的嵌入式的发展模式和转型模式。中国可能是一个引入点，嵌入式市场现在中国蓬勃发展，然后辐射到全球其他地区。二、设计目的 通过对嵌入式系统的基本知识及相关概念的了解，在熟悉 Linux 操作系统的基础上，利用 SKYEYE 仿真软件，对嵌入式系统的开发过程进行

3、软件仿真，从而掌握嵌入式 Linux 系统开发中的主要方法。具体地，在设计过程中，达到以下目标：掌握嵌入式 Linux 系统基础部分的U-Boot 软件、Linux 内核的配置、编译与应用；掌握 BusyBox 软件及根文件系统的制作方法；掌握 SKYEYE 软件的使用方法，通过 SKYEYE 仿真软件运行 U-Boot文件、vmLinux 文件映像及根文件系统映像。最终，能在掌握嵌入式系统开发过程及 SKYEYE 软件使用方法的基础上，建立更有效的嵌入式系统开发方法，提高嵌入式系统的开发与应用的效率。三、设计要求 1.任务要求 要求能独立地分析题目意义、设计实现步骤、制作相关软件、调试嵌入式

4、系统“三大基础部分”。该设计的具体要求如下：（1）建立 VMWARE 虚拟机。（2）安装 Linux RHEL AS4 操作系统环境。（3）建立 Windows 操作系统与 Linux 操作系统的共享功能。（4）建立交叉编译环境；安装 SKYEYE 仿真软件。（5）配置并编译 U-Boot-1.3.2 软件。（6）配置并编译 Linux-2.6.14 内核源代码。（7）制作 Linux 根文件系统。（8）使用 SKYEYE 仿真嵌入式系统的运行。2.设计所需的软硬件设备（1）硬件环境配置 计算机：Intel(R)Pentium(R)及以上 内存：1GB 及以上（2）软件环境配置 操作系统：Mi

5、crosoft Windows XP Professional Service Pack 2 虚拟机：VMware WorkStation 7 Linux 系统：Red Hat Enterprise Linux AS 4 2.6.9 嵌入式交叉编译器：arm-linux-gcc 3.4.4 版本 Linux 内核版本：Linux-2.6.14 SKYEYE 版本：skyeye-1.2.4 U-Boot 版本：U-Boot-1.3.2 BusyBox 版本：BusyBox-1.2.0 四、课程设计报告内容 1.建立 VMWARE 虚拟机。1)双击 VMware Workstation 的安装程序

6、图标，运行安装程序，进入VMware 虚拟机的安扎 un 个的初始加载界面。2)VMware 虚拟机的初始加载结束后，进入安装向导界面，点击进入下一步。3)安装类型：选择 Typical，在点击进入下一步。4)设定程序安装路径，点击“change.”按钮，可以选择更改默认的安装路径，然后设置成自己需要安装的程序路径。在选定安装路径之后，点击进入下一步。5)提示安装程序是需要创建的快捷图标（桌面图标、开始菜单中的程序文件夹及快速启动工具图标等三项），按默认的设置即可，不需要改动，点击进入下一步。6)确认前面各个步骤中设置的项目是否正确，并准备进入正式的安装过程。在这里选择直接点击“continu

7、e”按钮进入正式安装过程。7)安装完毕后，填写注册信息，这里需要产品注册码，按要求将对应各项填写完之后，直接点击“enter”进行注册信息，并进入下一步。8)重新启动计算机，完成 VMware 虚拟机的安装，这里直接点击“restart now”按钮，重新启动系统。9)系统重新启动后，点击“开始”“所有程序”“VMware”“VMware Workstation”，运行虚拟机。2.安装 Linux RHEL AS4 操作系统环境。1)在 VMware 虚拟机的运行界面中，点击菜单栏中的“File”项，在弹出下拉菜单中选“New”项，再点选弹出菜单的“Virtual Machine”项。出现新的

8、虚拟机向导。2)安装向导提供两个选项：典型（Typical）安装与自定义安装（Custom）。这里默认的选项是使用自定义安装，直接点击进入下一步。3)选择 VMware 虚拟机平台，不同的 VMware 虚拟机平台支持的硬件特性不同，这里选择 Workstation，点击进入下一步。4)选择要安装的 Linux 操作系统光盘镜像，同时使用 VMware 虚拟机的“Easy Install”功能自动安装 Linux 操作系统。选择第一张安装光盘，然后点击进入下一步。5)设置安装的 Linux 系统的用户名和密码信息。点击进入下一步。6)设置 Linux 虚拟机的显示名称及安装路径。安装路径根据自

9、己的情况选择 Linux 系统在用户本机上实际的安装路径。Linux 虚拟机名称在这里是默认的。点击进入下一步。7)配置虚拟机使用的处理器，配置处理器数量，处理器的内核器，这里使用默认设置：一个单核处理器，点击。8)配置虚拟机使用的存储器空间，按照默认设置，点击。9)设置网络类型，按照默认设置，点击。10)设置 I/O 适配器类型，按照默认设置，点击。11)创建一个虚拟磁盘，在其上安装 Linux 操作系统，按照默认设置，点击。12)选择使用的磁盘类型，按照默认设置，点击。13)设置硬盘的空间大小，按照默认设置，点击。14)设定存储磁盘文件的路径，具体路径可以根据自己的情况进行选择，完成后点击

10、。15)对话框汇总了前面的设置项目，如果没有错误，不惜要修改，直接点击“Finish”按钮，进行 Linux 系统的安装。16)第一张光盘安装完毕后，需要第二张安装光盘的镜像，点击右下方的“Change Dise”，在弹出的对话框点击“Browse”，在弹出的对话框选择第二张安装光盘的镜像，然后返回之前的界面点击“OK”，继续安装。第二张安装完毕后，同样的方法选择第三张、第四张光盘安装。完成后又需要第一张光盘安装，同样的方法。17)Linux 系统安装完毕后会自动启动，出现登录页面。输入用户名 root、口令，进入 Linux 系统的桌面环境，可以看出来，RedHat Linux 系统运行在

11、VMware 环境中，这与独立安装的 RedHat Linux 系统相比几乎没有差别。下面安装 RedHat Linux 系统的应用程序软件包 18)为了能正常安装 Linux 应用程序，需要进行光盘选项设置，双击右下角的“CD/DVD2（IDE）”图标，选中右侧的“connected”，点击 ok返回。19)添加相应的应用程序。点击“Application”“System Setting”“Add/Remove Application”菜单。弹出的“程序包管理器”窗口，这里选择“windows file”一项，点击“update”进入下一步。弹出的窗口点击“continue”，进入下一步，程

12、序自动安装。在安装过程中不断出现更换光盘镜像的提示，按弹出的对话框内容更换相应的关盘镜像即可，知道安装完毕。20)点击“Action”“Log Out”，注销系统，是安装的程序包可用。3.建立 Windows 操作系统与 Linux 操作系统的共享功能。（samba 服务）1)点击 Applicationsystem settingsecurity level，弹出 security level configuration 的对话框。2)在对话框中，将“security level”项设置为”disable firewall”,既无防火墙。3)点击 Applicationsystem sett

13、ingserver settingsamba，在 samba server configuration 的配置界面中显示的配置内容为空，说明还没有配置 samba 服务器。4)点击 ADD，添加一个 samba 服务共享。弹出的对话框中，选择 Basic选项卡：在 Directory 文本框中输入/home/zcent；在 Share name 文本框中输入 zcnet；在 Basic Permission 选项中选择 Read/Write。切换到 Access 选项卡中，选择“Allow access to everyone”。5)在 samba server configuration 窗

14、口中，点击 perferenceserver setting，弹出“服务器设置”对话框，在其中进行服务器设置。6)Basic 选项卡中，按默认内容设置“workgroup”与“description”。Security 选项卡中，“authentication mode”选择“share”，“encrypt passwords”选择“no”，“guest account”选择“no guest account”。7)设置/home/zcent 文件夹的属性，在 permissions 的 owner、group、others 项全选。8)设置 samba 服务器 IP 地址。点击 applic

15、ationssystem toolsnetwork device control，弹出网络设备控制对话框，点击“etho”设备，确认“status”栏的内容为“active”，再点击右边的“configure.”按钮。随后显示的“网络配置”对话框，显示了已有的网络设备。9)配置网络属性。在 windows 操作系统环境下，右键点击“网上邻居”图标，在弹出的“网络连接”对话框中，右键点击“vmware network vmnet8”，查看它的 IP 地址，下面将相关的 IP 地址都配置在同一网段中。在虚拟机的网络配置对话框中，选中“etho”设备，确认“profile”栏下面的选择框是选中的，然

16、后点击上面的“Edit”图标按钮，弹出以太网对话框。选中下面的 statically set IP addesses，在 Addess 项填入的 IP 地址要与 windows 在同一网段，subnet mask 项填。10)点击 VMware 虚拟机的 VM 菜单，选择 setting 项，在弹出的对话框中，在 hardware 选项卡中左侧选择 network adapter 项，相应的，在右侧的 network connection 中选择“NAT:used to share the hosts IP addess”项，同时，在“devices status”框中选择“connected

17、”和“connect at power on”项。11)启动 samba 服务器，启动终端，输入 service smb start。12)在 windows 下访问共享文件夹/home/zcent，在 windows 系统中，点击“开始”“运行”，输入 samba 服务器的 IP 地址，点击“确定”，就可看到 Linux 系统下的共享文件夹/home/zcent.4.建立交叉编译环境；安装 SKYEYE 仿真软件。1)在终端运行：tar xjvf C/home 2)在终端运行：vi/root/.bashrc 3)编 辑/root/.bashrc文 件，在 最 后 一 行 添 加export

18、PATH=$PATH:/home/usr/local/bin.4)注销 Redhat 系统，重新登录，使以上设置生效。启动终端，在命令行输入 arm-linux-gcc v，若出现 Thread model：poslx gcc verdion 即为说明交叉编辑环境已经成功安装。5)将下载的源代码压缩文件放在/home/ilovechina 路径下，然后运行如下命令进行解压缩：tar xzvf .6)在当前目录会建立一个名为的文件夹，进入文件夹运行 make。系统会自动编译 SKYEYE 源代码，在输出信息中出现“The binary file located at binary/skyeye,

19、enjoy it”提示语句时说明已经编译并且安装 SKYEYE成功，得到的可执行二进制 skyeye 文件也已存放在目录中。5.配置并编译 U-Boot-1.3.2 软件。1)将下载的放在/home 目录中，并解压其源代码包至当前目录中，运行:tar xjvf C/2)进入的目录，运行如下命令配置编译环境：make smdk2410_config CROSS_COMPILE=arm-linux-,再运行如下命令选择嵌入式交叉编译工具并进行编译：nake CROSS_COMPILE=arm-linux-6.配置并编译 Linux-2.6.14 内核源代码。1)下载文件，将其存放在/home 目录

20、下，在终端运行解压缩：tar xjvf 进入内核解压缩后的目录/home/，使用 VI 编辑器打开该目录文件下的Makefile 文件，修改第 192 行和 193 行，分别指令编译的内核架构与使用的交叉编译工具。rootlocalhost home#cd Makefile ARCH=arm CROSS_COMPILE=/home/usr/local/bin/arm-linux-2)运行如下命令启动内核配置菜单：rootlocalhost arch/arm/configs/smdk2410_defconfig .config rootlocalhost ARCH=arm,menuconfig

21、3)基本的配置选项：a)选中 code maturity level options,选择 select only drivers expected to compile cleanly b)general setup 按照默认设置不做修改。c)选中 Loadable module support,取消 Enable loadable modual support 和 Automatic kernel module loading 选项。d)选中 System Type,不选 S3C2410 DMA support 项，需要选择support thumb user binaries:在 S3C

22、24XX Implementations 中选择SMDK2410/A9M2410 项。e)Bus support 按照默认设置不做修改。f)Kernel Features 项按照默认全部置空。g)选中 Boot options，将 Default kernel command string 的内容修改为 root=/dev/ram comsole=ttySAC0 initrd=0 xc0800000,0 x00800000 ramdisk_size=2048 mem=32M h)选中 Floating point emulation,取消 NEFPE math emulation 选项。i)U

23、serspace binary formats 选项按照默认设置不做修改。j)选中 Power management options 项，取消“power management support”和“advanced power management emulation”的设置。k)Networking 按照默认设置不做修改。l)Device Drives 选项，确保 block devices 中的 RAM Disk support 和Initial RAM disk(initrd)support 选项被选中。m)File system 按照默认设置不做修改。n)Profiling suppo

24、rt 默认设置置空，不修改。o)Kernel hacking 项中，修改为（16）Kernel log buffer size()p)Security options按照默认设置不做修改。q)Cryptographic options 按照默认设置全部置空。r)Library routines 项，只选中最后一项 CRC32c(Castagnoli,et al)Cyclic Redundancy-Check s)选中“Save Configuration to an Alternate File”,保存至.config 文件中。4)配置完之后如下编译：rootlocalhost ARCH=ar

25、m CROSS_COMPILE=arm-linux-7.制作 Linux 根文件系统。1)将下载的压缩文件放在 Linux 系统中的/home/ilovechina 目录中，在终端运行：rootlocalhost#cd/home/ilovechina 2)rootlocalhost ilovechina#tar xjvf ilovechina#cd 配置 BusyBox选项 3)创建根文件系统的 dev 目录 rootlocalhost mkdir _install/dev rootlocalhost cp/dev/ttyS0/dev/console/dev/ram0 _install/dev

26、/-a 4)创建根文件系统的 etc 等目录及配置文件 rootlocalhost cd _install rootlocalhost _install#./rootlocalhost _install#cd.5)rootlocalhost 创建 EXT2 格式的文件系统映像 rootlocalhost cd if=/dev/zero of=./count=2048 bs=1024 rootlocalhost mak2fs F m0 6)添加文件系统映像的内容。rootlocalhost mkdir./mnt/rootfs rootlocalhost mount /mnt/rootfs/-o

27、loop rootlocalhost cp _install/*/mnt/rootfs/-a rootlocalhost umont/mnt/rootfs 8.使用 SKYEYE 仿真嵌入式系统的运行。1)复制 vmlinux 到 SKYEYE 2)rootlocalhost cp vmlinux/home/ilovechina/建立配置文件 rootlocalhost binary#vi 3)复制文件系统到 SKYEYE 4)rootlocalhost ilovechina#tar xjvf ilovechina#cd linux/s3c2410/#cp ./使用 SKYEYE 仿真 Lin

28、ux 系统 rootlocalhost#cd./binary#./skyeye e vmlinux 可以观察到在屏幕上先出现的 SKYEYE 配置信息，然后是内核的启动信息。在 Linux 操作系统内核启动完毕后，将进入 shell 界面，可以接受用户的输入 五、总体设计 在本次课程设计中，采用 ARMv4 版本架构的、ARM920T 核心的 S3C2410 微处理器，应用 SKYEYE 对经过编译的嵌入式系统的基本模版进行仿真。SKYEYE 是一个面向完整 PC 系统的开源仿真器，可以实现嵌入式系统的仿真，给用户提供一个虚拟的硬件操作平台。它是一个指令集仿真器，可以模拟多种嵌入式开发板，可支

29、持多种 CPU 指令集。在 SKYEYE 上运行操作系统与在一个真实的硬件环境中运行是一样的，看不出其中的差别，并且开发人员还可以通过 SKYEYE 调试操作系统和系统软件。通过 SKYEYE 仿真集成环境不仅可以很方便地进入到嵌入式系统软件学习和开发领域，而且以有效地提高工作效率，有助于进一步学习、分析、精通 Linux 内核，掌握 ARM 嵌入式 CPU 编程。六、总结 课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，在课程设计的过程中，我们了解到课程设计不光光是埋头做设计，也是同学之间相互学习和互相交流

30、经验和知识的机会，也是我们大家向老师提出疑问和学以致用的机会，这让我们不会成为只知道理论而不会将理论化为实践中去的书呆子。我觉得课程设计就是一个复习课堂上学到知识的机会，医务室毅贺加强学生动手能力设计的机会，更是一个让学习得到升华的过程。在这次课程设计的初期，我们将任务分配好，每个人各就其职，各尽所能。当然，在一开始我们也遇到了一些问题，解决问题的方法是跑到图书馆查看有关书籍，或上网查阅有关信息，或请教老师。终于在大家的相互帮助下，我们最终完成了该次的课程设计。这次课程设计不仅考察了我们对课堂上所学专业知识的理解程度，也锻炼了我们的动手能力，提高了我们独立思考文理，解决问题的能力。总体上看，我觉得这次课程设计使我自身的知识丰富了不少，但同时也发现了自己的不足之处。例如，在动手方面和知识融合方面，不能与实践相结合。软件操作不够熟练，不能灵活应用。使我了解到要先学好理论知识才能很好地与实践相结合，才能熟练地运用到生活中。七、参考文献 嵌入式系统应用基础基于 S3C2410A 的 SKYEYE 仿真与实践（赵成）