嵌入式Linux移动数据采集系统硬件设计 毕业论文.doc
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1、嵌入式Linux移动数据采集系统硬件设计 作 者 姓 名 xx 专 业 xx 指导教师姓名 xx 专业技术职务 目 录摘 要1第一章 嵌入式操作系统31.1嵌入式操作系统的概述31.2嵌入式系统的概念31.3常见的嵌入式操作系统31.4嵌入式系统的未来5第二章 嵌入式Linux操作系统62.1嵌入式Linux及其特点62.1.1 Linux的优势62.1.2嵌入式Linux及技术特点62.2 Linux文件系统的层次结构82.3 Linux基本命令82.4 Linux嵌入式系统开发平台102.4.1系统软件操作平台102.4.2系统硬件平台102.4.3嵌入式Linux系统开发模式11第三章
2、GPRS 简介133.1 GPRS基础知识133.2 GPRS的主要特点133.3 GPRS的技术优势143.4 GPRS(M23)模块153.4.1模块(M23)特征153.4.2 GPRS模块无线上网AT指令简介15第四章 系统硬件设计184.1系统概述184.2系统硬件设计184.2.1 GPRS模块184.2.2 UART-IRDA-485-SD模块194.2.3 POWER-AD-DA-LED-BEEP模块204.2.4 BUS-Drive模块214.2.5 以太网接口电路224.2.6 PCMCIA接口电路234.2.7 LED数码显示电路和直流电机控制电路244.2.8 彩色液晶
3、屏及触摸屏驱动电路254.2.9 IIS数字音频输入输出电路264.2.10 USB HOST/Device 接口电路26第五章 总结与展望275.1设计总结275.2设计展望28参考文献29附 录30致 谢32摘 要随着微处理器技术的飞速发展,价格低廉、结构小巧的CPU 和外设的结合为嵌入式系统提供了稳定可靠的硬件架构。LINUX 则是以核心为基础的、完全内存保护、支持多任务多进程, 支持广泛的硬件; 而且价格低廉、易开发、资料丰富, 可定制内核。这些都从根本上消除了限制嵌入式系统发展的瓶颈, 加上当前国家对自主操作系统的大力支持, 也为源码开放的LINUX 的推广提供了广阔的发展前景。从安
4、全的角度来看, LINUX 程序源码全部公开, 包括系统内核,开发人员可以对操作系统进行定制和修改, 从而也不必担心像MS window 操作系统中“后门”的威胁。GPRS 是一个用于通过 GSM 传输数据的数据分组服务,是一种卓越的数字蜂窝标准。尽管 GSM 上的数据是线路交换的并且不管怎样都占用一个通道,但是 GPRS 上的数据是一直连接的(always-on)、分组交换(packet-switched)的数据流。GSM 的传输速度一般是 9.6 kbps,而 GPRS 能够运行的速度为 56 kbps 到 170 kbps。GPRS 是在基本的蜂窝移动通信系统改造而来的, 主要是由交换网
5、路子系统(NSS) 、无线基站子系统(BSS) 和移动台(MS) 三大部分组成。 关键词:Linux GPRS 数据采集ABSTRACTWith the rapid development of microprocessor technology, low-cost, cabinet structure of CPU and link of peripherals for embedded systems to provide stable and reliable hardware architecture. LINUX is a core-based, full memory protec
6、tion, support for multi-task and Multi-process, supports a wide range of hardware, but also inexpensive and easy to develop, informative, customizable core. These are fundamentally eliminating the restrictions on embedded systems development bottleneck, coupled with the countrys strong support for t
7、he operating system independent. As well as provides a broad development prospects for LINUX. From a security point of view, the sound code of LINUX are all published, including core systems, developers can customize and modify the operating system, thereby you also do not have to worry about operat
8、ing systems like back door threat in the MS window .GPRS is one of GSM packet data services for the transmission of data through GSM, is a superior digital cellular standards. While the data of GSM is circuitry exchange and it has occupied a passage in any case, but the data of GPRS has been always-
9、on, packet-switched the flow of data. The transmission speed of GSM is generally 9.6 kbps, and the speed of GPRS can run for 56 kbps to 170 kbps. . GPRS is the fundamental transformation of cellular mobile communications systems and mainly made up of the exchange network Subsystem (NSS), wireless ba
10、se station subsystems (BSS) and mobile station (MS) three major components.keywords:Linux ; GPRS ; data collection 第一章 嵌入式操作系统1.1嵌入式操作系统的概述经过几十年的发展,嵌入式系统已经在很大程度改变了人们的生活、工作和娱乐方式,而且这些改变还在加速。嵌入式系统具有无数的种类,每类都具有自己独特的个性。例如,MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。汽车中更是具有多个嵌入式系统,使汽车更轻快、更干净、更容易驾驶。即使不可见,嵌入式系统也无处不在。嵌入式系统在很多产业中得到了
11、广泛的应用并逐步改变着这些产业,包括工业自动化、国防、运输和航天领域。例如神州飞船和长征火箭中肯定有很多嵌入式系统,导弹的制导系统也是嵌入式系统,高档汽车中也有多达几十个嵌入式系统1。在日常生活中,人们使用各种嵌入式系统,但未必知道它们。事实上,几乎所有带有一点“智能”的家电(全自动洗衣机、电脑电饭煲)都是嵌入式系统。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性,使得视听、工作场所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统。1.2嵌入式系统的概念 目前,对嵌入式系统的定义多种多样,但没有一种定义是全面的。下面给出两种比较合理定义: 1)从技术的角度定义: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
12、对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。2)从系统的角度定义:嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件,并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分,称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。1.3常见的嵌入式操作系统 1. 嵌入式LinuxuClinux是一个完全符合GNU/GPL公约的操作系统,完全开放代码。uClinux从Linux2.0/2.4内核派生而来,沿袭了主流Linux的绝大部分特性。它是专门针对没有MMU的CPU,并且为嵌入式系统做了许多小型化的工作。适用于没有虚拟内存或内存管理单元(MMU)的处理器,
13、例如ARM7TDMI。它通常用于具有很少内存或Flash的嵌入式系统。它保留了Linux的大部分优点:稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、完备的对各种文件系统的支持、以及标准丰富的API等。2. Win CEWindows CE是微软开发的一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统,是基于掌上型电脑类的电子设备操作,它是精简的Windows 95。Windows CE的图形用户界面相当出色。Win CE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点。Win CE不仅继承了传统的Windows图形界面,并且在Win CE平台上可以使用Windows 95/98上的编程工具(如
14、Visual Basic、Visual C+等)、使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在Windows CE平台上继续使用。3.VxWorksVxWorks操作系统是美国 WIND RIVER 公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS),是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境,在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中,如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等,甚至在1997年4月登陆火星表面的火星探测器上也使用到了V
15、xWorks。4. OSE OSE主要是由ENEA Data AB 下属的ENEA OSE Systems AB负责开发和技术服务的,一直以来都充当着实时操作系统以及分布式和容错性应用的先锋,并保持良好的发展态势。 OSE的客户深入到电信,数据,工控,航空等领域,尤其在电信方面,该公司已经有了十余年的开发经验,同诸如爱立信,诺基亚,西门子等知名公司确定了良好的关系。5. Nucleus Nucleus PLUS是为实时嵌入式应用而设计的一个抢先式多任务操作系统内核,其95的代码是用ANSIC写成的,因此非常便于移植并能够支持大多数类型的处理器。Nucleus PLUS采用了软件组件的方法。每个
16、组件具有单一而明确的目的,通常由几个C及汇编语言模块构成,提供清晰的外部接口,对组件的引用就是通过这些接口完成的。由于采用了软件组件的方法,使Nucleus PLUS 的各个组件非常易于替换和复用。6. ECoseCos是RedHat公司开发的源代码开放的嵌入式RTOS产品,是一个可配置、可移植的嵌入式实时操作系统,设计的运行环境为RedHat的GNUPro和GNU开发环境。eCOS的所有部分都开放源代码,可以按照需要自由修改和添加。eCOS的关键技术是操作系统可配置性,允许用户组和自己的实时组件和函数以及实现方式,特别允许eCOS的开发则定制自己的面向应用的操作系统,使eCos能有更广泛的应
17、用范围。7. C/OS-IIC/OS-II是一个源码公开、可移植、可固化、可裁剪、占先式的实时多任务操作系统。其绝大部分源码是用ANSI C写的,使其可以方便的移植并支持大多数类型的处理器。C/OS-II通过了联邦航空局(FAA)商用航行器认证。自1992年问世以来,C/OS-II已经被应用到数以百计的产品中。C/OS-II占用很少的系统资源,并且在高校教学使用是不需要申请许可证。8. Uitron TRON是指“实时操作系统内核(The Real-time Operating system Nucleux)”,它是在1984年由东京大学的Sakamura博士提出的,目的是为了建立一个理想的计
18、算机体系结构。通过工业界和大学院校的合作,TRON方案正被逐步用到全新概念的计算机体系结构中。uITRON是TRON的一个子方案,它具有标准的实时内核,适用于任何小规模的嵌入式系统,日本国内现有很多基于该内核的产品,其中消费电器较多。目前已成为日本事实上的工业标准2。9. uITRON TRON明确的设计目标使其甚至比Linux更适合于做嵌入式应用,内核小,启动速度快,即时性能好,也很适合汉字系统的开发。另外,TRON的成功还来源于如下两个重要的条件: 1)它是免费的; 2)它已经建立了开放的标准,形成了较完善的软硬件配套开发环境,较好地形成了产业化。1.4嵌入式系统的未来 早在1990年之前
19、,嵌入式系统通常是很简单的且具有很长的产品生命周期的自主设备。近些年来,嵌入式工业经历了巨大的变革。 1)产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到69个月。 2)全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间。 3)互联现在是一个需求而不是辅助性的,包括用有线和刚刚显露头角的无线技术。 4)基于电子的产品更复杂化。 5)互联嵌入式系统产生新的依赖网络基础设施的应用。6)微处理器的处理能力按莫尔定律(Moores L aw)预计的速度在增加。该定律认为集成电路和晶体管个数每18个月翻一番。第二章 嵌入式Linux操作系统2.1嵌入式Linux及其特点2.1.1 Linux的优势对上层应用开发者而言,嵌入式系
20、统需要的是一套高度简练、界面友善、质量可靠、应用广泛、易开发、多任务,并且价格低廉的操作系统。因为Linux 的开放性,同时支持不同的设备,支持不同的配置。Linux 对厂商不偏不倚而且成本极低,能够很快成为用于各种设备的操作系统。如今,业界已经达成共识:即嵌入式linux 是大势所趋,其巨大的市场潜力与酝酿的无限商机必然会吸引众多的厂商进入这一领域。2.1.2嵌入式Linux及技术特点嵌入式Linux 操作系统开发已经开辟了很大的市场,出现了一批新型的公司参加这方面的竞争,他们利用自己掌握的用Linux 达到嵌入式的方法,吸引投资,开发出成型的产品,如Lineo, TimeSys, FsmL
21、abs 等;也有一些传统的Linux 公司开辟了这方面的研究,如RedHat, VA Linux 等:更值得重视的是,一些传统的大公司如IBM, SGI, Motorola, Intel 等也进行了Linux的嵌入式方面的研究和开发;另外还有一些开发专用嵌入式操作系统的公司,如Lynx公司从专用操作系统方向转型到嵌入式Linux 系统,并且更名为LynuxWorks 。 1. RT-Linux 内核互换 RT-Linux (Real TimeLinux)是由Fsmlabs 公司开发的。RT-Linux 是利用Linux进行实时系统开发比较早的尝试,新墨西哥州大学计算机系的Victoror Yo
22、daiken 和Michael Baranov在1996年就开始了对RT-Linux 的开发。根据L的调查情况,有5% 的用户已经将RT-Linux 使用到了他们的嵌入式应用中。RT-Linux 的原理是将Linux 的内核代码做一些修改,将L1nuX本身的任务以及Linux内核本身作为一个优先级最低的任务,而实时任务作为优先级最高的任务,即在实时任务存在的情况下运行实时任务,否则才运行Linux 本身的任务,实时任务不同于Linux 普通进程,它是以Linux 的内核模块的形式存在的。通用的RT-Linux 原理如图 2-1所示。硬件环境RT-Linux核心Linux内核Linux进程实时任
23、务 图 2-1从图中可以看到,RT-Linux 实际上工作在Linux 内核和硬件中间,它最先知道硬件的信息,可以得到最快的响应速度;实时任务直接和RT-Linux内核进行交互,缩短了到硬件的时间,也提高了实时性。并且,实时任务和Linux普通进程之间也有通讯方式,对实时任务的监控可以在Linux 进程这一端执行。这种实现方法可以充分利用Linux 的强大功能和RT-Linux 的实时性能3。 2. Embedix 个性化内核Embedix 和基于Embedix 的一整套嵌入式Linux 开发环境是由Lineo 公司开发的。Embedix 是基于PowerPC 和x86 平台开发的,它提供了L
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