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9嵌入式实例 第2部分

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9.4 软件设计

嵌入式以太网测控系统软件包括μCLinux嵌入式操作系统基本内核、硬件设备驱动程序、TCP/IP通信协议程序、用户应用程序几大部分，其基本结构如图9.19所示。用户应用程序主要是实现微型Web服务器，系统其他的软件部分包含在经裁减和修改的μCLinux操作系统内。本节将在介绍μCLinux嵌入式操作系统的基础上，对本设计应用中μCLinux的移植、引导启动程序、设备驱动程序、Web网络服务器等进行详细分析。

uCLinux嵌入式操作系统基本内核硬件设备驱动程序TCP/IP等通信协议程序Web服务器等用户应用程序API应用程序接口

图9.19 嵌入式以太网测控系统软件基本结构图

9.4.1 μCLinux嵌入式操作系统的分析

μCLinux是Linux2.0/2.4内核派生的一种针对嵌入式微控制领域设计的操作系统，它适用于没有内存管理单元MMU的处理器，解决在狭小内存或FlashROM空间中实现操作系统应用的普遍问题。μCLinux很好地保留和继承了标准Linux大部分优点，具备优异的稳定性、良好的移植性、丰富的API接口程序、优秀的网络性能和完备的文件系统支持。同时，μCLinux还具备代码紧凑、内核精简、高度优化、工具完备和支持无MMU单元处理器等独有特色，已经被移植到Dragon Ball、ColdFire、Power PC、ARM7TDMI等常见处理器器件，成功使用于各种嵌入式应用场合。

μCLinux内核源文件采用树型目录结构组织，其根目录主要含以下子目录：

/bin 存放用户最常用的基本程序

/config 存放μCLinux的结构文件

/images 存放编译后生成的文件

/lib 存放各类库

/linux-2.0.x 存放linux-2.0.x版本的内核源文件

/linux-2.4.x 存放linux-2.4.x版本的内核源文件

/tools 存放工具说明文档和其他杂项

/uClibc 存放μCLinux的库文件

/user 存放用户的各种应用程序

/vendors 存放有关各种处理器的文件

其中，在/linux-2.4.x的最上层包含下面的基本模块：

/arch 包括所有和处理器体系有关的核心代码，其中ARMNOMMU/下是关于ARM7TDMI的内核。

/drivers 放置系统所有的设备驱动程序，每种驱动程序又各占用一个子目录，如/block目录

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下是块设备驱动程序，其genhd.c中的device_setup（）包含初始化文件系统设备的代码。

/fs 包含所有的文件系统代码和各种类型的文件操作代码，它的每一个子目录支持一个文件系统，例如fat和ext2。

/include 包括编译核心所需的大部分头文件。与处理器平台无关的头文件在include/Linux子目录下，与ARM7TDMI CPU相关的头文件在include/asm-armnommu子目录下。

/init 包括核心的内核启动代码，包含初始化代码文件main.c和Version.c。

/ipc 包含核心的进程间通信代码，/lib放置核心库代码。

/Kernel 主要的核心代码，包含如sched.c大多数实现μCLinux系统内核函数的文件。和体系结构相关的代码在arch/*/kernel中。

/Mm 包括所有独立于微处理器体系结构的内存管理代码，与体系结构相关的代码则位于arch/*/mm/，如arch/armnommu/mm/Fault.c。

/net 包含与网络相关的核心代码。

9.4.2 μCLinux系统的移植

操作系统的移植是软件平台实现的难点和关键，它与硬件系统结构、处理器体系密切相关，开发者需要根据硬件的差异需要作出不同的更改处理，以实现嵌入式系统正确运行的目的。

μCLinux在一些目录包含了与系统移植相关的文件：μCLinux的目录下的arch目录包含所有μCLinux目前所支持的体系结构的代码，在此体系结构目录下又包含四个主要子目录：kernel包含此特殊结构的内核代码、mm包含特殊结构的内存管理代码、lib包含库文件代码、目标平台目录包含和平台相关的代码。对于内核、内存管理和库文件已有类似的体系结构被支持，无需作大量改动，而平台目录下的文件就需要自己建立。

针对本设计所用的硬件平台，下面对μCLinux的移植中各重点部分作具体分析。

1．交叉编译移植开发环境的构建

将源文件转换成可执行代码需要经过编译、连接和重定位3个步骤，在嵌入式开发搭建交叉编译环境是指在宿主机中构造编译器、链接器和定址器，模拟出符合目标机体系结构的开发环境，生成目标机平台上可执行的目标代码并下载到目标机运行。

建立μCLinux交叉编译移植开发环境主要通过使用GNU开发套件实现，具体过程包括：

（1）因为Linux具备安装μCLinux交叉编译工具时所需要的驱动程序文件库（如控制台终端、基本串行设备和包含根文件系统的块设备）以方便应用，所以第一步先在宿主机上安装Redhat7.3版本的Linux操作系统。

（2）下载和安装GNU工具包等安装文件，主要包括μCLinux-Samsung-20020318.tar.gz操作系统源代码文件、arm-elf-gcc-2.95.3-2.i386.rpm编译器文件、arm-elf-gdb-5.0-Li386.rpm调试器文件、arm-elf-binutils-2.11-5.i3 86.rpm二进制应用文件工具（包含反汇编，反编译、链接器工具）、genromfs-0.5.1-1.i386.rpm romfs文件生成工具。

GNU工具包必须安装在Linux的/usr/local/gnu目录下，需要以boot身份登陆Linux操作系统，将/usr/local/gnu/bin添加到系统的查找路径。

（3）下载μCLinux的应用程序库，使用交叉编译工具重新编译uClibc和uClibm源码，生成libc应用程序库和libm数学库。

（4）最后下载和解压缩μCLinux内核，生成μCLinux-Samsung目录，目录下具体的内容如上文6.4.1所述。

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2．μCLinux内核及文件系统的配置和编译

在生成的μCLinux-Samsung目录下运行make menuconfig，将分三步进行μCLinux内核和文件系统的配置编译。make menuconfig首先是选择平台、内核代码版本、应用程序函数库，并决定是否进行内核编译参数配置和应用程序的选择，然后是配置内核编译参数，最后则是进行应用程序的选择，选择需要编译入最终image文件的程序。

μCLinux的配置和标准Linux的配置相似，而要优化内核及文件系统的配置则要求定制编译的内核运行更快（代码更小）、系统拥有内存更多以及尽量减少功能模块数目。针对本文设计的硬件平台，内核加载的主要模块是网络功能、控制平台功能、串口功能和文件系统（其余不必要模块将作删除），而与标准Linux配置的区别主要在于必须预先制定系统存储空间，并针对硬件平台修改、添加必要的参数和文件。

μCLinux编译过程会根据Makefile指示的顺序编译所需要的文件，然后使用二进制转化工具把elf格式的文件化为linux.bin二进制文件，最后将在μCLinux-Samsung的images子目录下生成两个文件image.rom和image.ram。其中image.rom是用于烧录到FlashROM的压缩内核，使用该文件代码从FlashROM处启动，将把image解压缩到SDRAM的0x8000运行。image.ram是直接下载到SDRAM运行的包含调试信息的内核，使用ICE可把image.ram放到SDRAM地址为0x8000的地方进行开发调试，该方式使开发调试更为便捷易行。

以上是μCLinux操作系统移植的基本过程，而关于设备驱动程序、用户应用程序和系统启动代码Boot

Loader的具体实现将在下面详细分析。

3．引导程序的构建及启动

完整的操作系统包含Boot Loader引导程序、内核和init守护进程3个必不可少的基本组成部分。Boot Loader是在内核运行前启动的一段小型代码，它的作用是初始化硬件设备、建立内存空间的映射关系，将系统的软硬件环境引入正确的状态，为下一步执行start_kernel程序调用内核做好准备。

根据引导程序对微处理器硬件结构的依赖情况，Boot Loader分为两部分。一部分是与微处理器相关的代码（如设备初始化代码），此处代码使用高效短小的汇编语言编写。另一部分是与微处理器无关的代码，此处代码采用具有更好可读性和可移植性的C语言编写，实现复杂的功能。

μCLinux操作系统的启动前后分为三个阶段。第一阶段先是完成S3C4510B及存储器件的硬件初始化，在系统RAM中建立程序堆栈和数据段，建立程序运行环境。在Boot Loader执行完毕后，程序转入0x08000地址开始执行bzImage文件，执行arch\armnommu\boot\compressed\head.S，把操作系统内核解压到0X0C300000开始的RAM地址，接着从head_armv.S开始执行call_kernel，保存与系统相关的信息，然后执行内核start_kernel程序。

在接着的第二阶段中，μCLinux内核取得S3C4510B的控制权，开始执行建立RAM中断矢量表、加载设备驱动程序、加载内存管理模块等操作，完成操作系统自身的初始化。内核程序start_kernel在第一步调用setup_arch，完成与微处理器体系结构相关的设置，具体包括硬件寄存器初始化、根设备标识、系统中可用的DRAM标识、FlashROM数量的标识、系统中可用页面数目的指定、文件系统大小的指定。所有这些信息都以参数形式从引导装载程序传递到内核。完成与微处理器体系结构相关的设置后，程序就返回到初始化系统其余部分的start_kernel函数，继续初始化的 其他任务。

在最后的第三阶段，μCLinux创建kernel thread启动一个最初的init守护线程，根据配置文件加载文件系统，配置网络、服务进程、终端等。如果在/bin、/sbin或/etc中没有init程序，那么内核将执行文件系统的/bin中的shell，此时内核己经正常运行，外围模块也都准备就绪。

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浙江省浙教版九年级中考复习讲义--七年级科学部分第2讲-活动的地表

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学员班级： 年 级： 七年级 课 时 数：3课时

学员姓名： 辅导科目： 科学 学科教师：

教学主题 活动的地表

教学目标 科学七年级上册第3章第4-7节同步复习

教学要点 重点：地壳变动和火山地震；泥石流；地球表面的板块；地形和地形图

授课日期及时段

教学过程

【作业讲评】

1、老师检查作业完成情况；

2、学生互改，打分；

3、易错难点讲解；

4、学生错题抄录。

【课堂导入】

图片或多媒体展示：地壳变动和火山地震；泥石流；地球表面的板块；地形和地形图。

【内容讲解】

【知识点1】地球内部的构造；地壳变动的证明

1. 地球内部结构特征

（1）通过地震波在地下不同深度传播速度的探测，地球内部可分为地壳、地幔和地核三层（如图）。

地壳：从地表到地表以下17千米处，地壳平均厚度为17千米。

地幔：从地壳下界到2900千米深度处。

地核：从地幔下界到地心。

其中地幔按其性质差异可分为上地幔、下地幔，地核可以分为内地核和外地核。

（2）地壳和地幔的顶部（软流层以上部分）共同组成了岩石圈。

岩石圈是地壳的岩石与上地幔顶部的岩石的总称。

软流层是处于上地幔上部和岩石圈之下呈熔融状的岩石，一般认为软流层是岩浆的发源地。岩浆是温度极高的熔岩，能量极大。

2. 地壳变动的表现形式

通过对自然现象的观察，发现地壳在不停地变动着，有的表现为地壳的上升，有的则表现为地壳的下沉，有时激烈，有时缓慢。而且一个地方的地壳变动各个时期有各个时期的特点，如有时主要是上升运动，有时则主要是下沉运动。岩石的断裂、弯曲和高山上的海洋化石等，都是地壳变动的证明。

地壳变动后的地质构造——褶皱、断层，褶皱是地壳受力的挤压而发生的弯曲。断层是岩层受力断裂，断块位置发生错动；因褶皱和断层作用而形成高大的山脉和盆地。

第2部分 专题3 类型2 力学探究性实验(一)及答案(九年级中考物理复习训练)

第2部分 专题3 类型2 力学探究性实验(一)及答案(九年级中考物理复习训练)

第2部分 专题三 类型2 力学探究性实验（一）

1．(2018梧州改编)在“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验中，小英做了如图1－甲所示的三次实验，用到了一个弹簧测力计、一个木块、一个砝码、两个材料相同但表面粗糙程度不同的长木板。实验中第1次和第2次用相同的长木板，第3次用表面更加粗糙的长木板。

图1

(1)实验时用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，使其在水平桌面上做____________，根据二力平衡知识，可知滑动摩擦力的大小________(选填“大于”“等于”或“小于”)拉力的大小。

(2)比较1、2两次实验，得出结论：____________________________________________。

(3)比较________两次实验，是为了探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系。

(4)本实验采用的探究方法是______________(选填“等效替代法”或“控制变量法”)。

(5)小芳同学将实验方法进行了改进，实验装置如图1－乙所示：将弹簧测力计一端固定，另一端钩住木块，木块下面是一长木板，实验时拉着长木板沿水平地面向右运动，此时木板________(选填“必须”或“不必”)做匀速直线运动，此时木块受到的摩擦力方向____________，大小为________N。这样改进的好处是________________________________________。

(6)小芳在做如图1－乙所示的实验时，拉动木板没有及时停下来，当木块有七分之一滑出木板表面的时候，摩擦力大小为______N。

(7)小明认为滑动摩擦力的大小可能跟接触面的面积有关，于是他在上述实验的基础上，将木块沿竖直方向切成两部分继续进行实验，将测得的数据记录在表格中，由表中数据验证了自己的猜想，这种做法__________(选填“正确”或“错误”)，理由是________________________。

次数 木块大小 接触面积S/cm2 摩擦力f/N

嵌入式系统(第二版)第一至第五章课后答案

嵌入式系统(第二版)第一至第五章课后答案

第一章

思考与练习

1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。

答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒

2、什么叫嵌入式系统

嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、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。

3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？

嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。

嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)

嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)

嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)

嵌入式片上系统(System On Chip)

4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？

是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了

32 位 CPU 的多任务潜力。

第二章

1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？

项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。

识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。

提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。

执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，

分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。

结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。

2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？

在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。

嵌入式系统设计教程(第2版)简答题答案.pdf

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第一章 嵌入式系统概论

1. 嵌入式系统的定义是什么？

答：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件、软件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、

功耗严格要求的专用计算机系统。

2. 简述嵌入式系统的主要特点。

答：（1）功耗低、体积小、具有专用性 （2）实时性强、系统内核小

（3）创新性和高可靠性

（4）高效率的设计

（5）需要开发环境和调试工具

3. 嵌入式系统一般可以应用到那些领域？

答：嵌入式系统可以应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电

子商务、环境监测和机器人等方面。

4. 简述嵌入式系统的发展趋势

答：（1）嵌入式应用的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持

（2）连网成为必然趋势

（3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本

（4）提供精巧的多媒体人机界面

（5）嵌入式软件开发走向标准化

5.嵌入式系统基本架构主要包括那几部分？

答：嵌入式系统的组织架构是由嵌入式处理器、存储器等硬件、嵌入式系统软件和嵌入式应

用软件组成。嵌入式系统一般由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包括嵌

入式处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件；软件系统包括操作系统和应用

软件。

6.嵌入式操作系统按实时性分为几种类型，各自特点是什么？

答：（1）具有强实时特点的嵌入式操作系统。

（2）具有弱实时特点的嵌入式操作系统。

（3）没有实时特点的嵌入式操作系统。

第二章 嵌入式系统的基础知识

1.嵌入式系统体系结构有哪两种基本形式？各自特点是什么？

答：冯诺依曼体系和哈佛体系。冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部的数据与指令都存

储在同一存储器中，其二是典型指令的执行周期包含取指令TF，指令译码TD，执行指令TE，

存储TS四部分，目前应用的低端嵌入式处理器。

哈佛体系结构的特点是程序存储器与数据存储器分开，提供了较大的数据存储器带宽，适用

于数据信号处理及高速数据处理的计算机。 2.在嵌入式系统中采用了哪些先进技术？