1、 毕业论文 题目 基于 ARM 和 Linux 的 嵌入式 数码相框 系统设计 2 一、背景 随着 PC时代数码技术的发展，数码相机以其低廉的价格，方便的操作成为摄影器材未来的发展方向。目前，很多家庭都持有数码相机，一次拍摄下来的照片往往会有上百张，使用 PC机来查看拍摄下来的图片，操作繁琐，而且依赖于 PC机。 作为数码相机的一种附属产品，数码相框不仅具有传统相框的特点，而且可以直接从数码相机中选择心仪的照片 ，定时更新照片。数字相框可以摆放在家居显眼之处，成为现代家庭一道靓丽的风景线。 数码相框是展示数码照片而非纸质照片的相框。 众多的数码摄影产生的相片保存起来后，查看过程繁琐不方便，大量
2、打印出来又非常浪费，如果用 数码相框直接插上相机的存储卡展示照片 ，就非常酷了。 数码摄影必然推动数码相框的发展，因为 据调查 全世界打印的数码相片不到 35%。 二、系统开发目标 根据实际应用的特点对产品进行完整的需求分析，形成比较完善的总体设计方案。同时，达到能具备 Linux 操作系统下简单的设备驱动程序开发、图形用户接口设计的能力。此外 ，掌握基本的系统功能及性能测试技术，从而具备比较全面的嵌入式应用系统开发能力。另外，作为一个消费类电子产品，数码相框的设计必须考虑以下因素： （ 1） 用户接口友好、操作方便。由于该产品的使用者大多是非专业人士，用户接口是否清晰明了、操作是否简捷方便成
3、为用户是否能迅速的接受此产品的重要因素。 （ 2） 系统兼容性强。数码相框应能识别和处理当前数码相机主要的图像格式，能访问主流的外部半导体存储卡。 （ 3） 稳定可靠。作为消费类电子产品。必须通过比较严格的功能测试，以保证用户在使用过程中，不会因为程序错误而丧失对产品的信 心。 三、所需环境及设备 （ 1） 以 GEC2440 开发板作为目标机，使用安装了 Windows XP 的 PC机作为宿主机，并在宿主机上安装虚拟机软件，虚拟机里安装的是 Red Hat EnterpriseLinux5 作为开发环境。 （ 2） 硬件部分 :GEC2440 模仿三星 smdk2440,以 ARM920T
4、为内核，控制辅助设备。基本端口包括以太网接口， USB接口，还有两 个 RS232的串口。 A/D和 D/A模块主要用于现场数据的采集与控制信号的输出。 DC/DC 模块主要负责整个系统的供电 。 四、系统概要设计 硬件部分 ： 系 统的主要硬件包括嵌入式开发平台 GECC2440、 LCD屏、人机交互界面、外部存储介质接口电路。大致可以分为三块： （ 1） LCD屏用来展示图片、输出信息。 （ 2）人机交互界面设定各个模式的播放形式、输入信息。 （ 3）外部存储介质接口电路用来提供外部的存储介质的接口。 软件部分： （ 1）交叉环境的搭建：用 GNU工具链作为交叉编译器 。 （ 2）超级终端
5、 。 五、系统详细设计 （ 1） 嵌入式 Linux 开发环境的建立具体步骤过程：交叉环境的具体建立 ； Qt应用3 界面 代码的编写 ；环境的调试、仿真运行、 NFS 的配置 等。 （ 2） 系统 软硬件的的连接工作 ： bootloader的移植 、 linux内核配置移植 、 驱动移植 、 根文件系统制作 、带库的根文件系统的制作及各阶段的调试、 QT界面的设计。 （ 3） 运用 QT 及网络编程实现系统设计界面的可视化，及网络的连接问题 。 （ 4） 对预期的目标功能，编写代码，调试仿真、运行。 （ 5） 对应用程序开发的代码编写与调试运行 。 六、调试分析及分工 对开发过程中遇到的问
6、题，时时记录，分析解决，保证阶段任务能够顺完成。张军委完成环境的搭建、 bootloader的烧写， usb 驱动的移植 及调试。肖奇超完成内核的裁剪与移植 、 Qt应用程序的 设计。 测试记录要细致。 七、时间安排及所用到的参考资料 第一二周前期资料调查整理，准备开发板及有关环境的搭建与测试。第三周系统概要设计，对硬件和软件部分的分析，主要是对设计的目标功能的预计需求，作好交叉编译环境的建立与运行等。第五六周完成详细系统设计。包括具体的代码的编写，内核驱动和网络驱动的完成，以及应用程序的开发等。第七周完成应用程序代码的编译运行仿真，测试等 参考资料： 【 1】张勇 .ARM 原理与 C程序设
7、计 .西安 :西安电子科技大学出版社 , 2009年 4月 【 2】 韦东山 .嵌入式 Linux应用软件开发完全手册 .北京 :人民邮电出版社， 2008年 8月 【 3】 LUPA. Linux 软件工程师实用教程 .北京 :科学出版社， 2011 年 11月修订版 【 4】 成洁，卢紫毅 .Linux窗口程序设计 .北京 :清华大学出版社， 2008年 11月 【 5】 粤嵌技术中心 .GEC2440开发板说明文档， GEC开发板实验指导手册 . 【 6】 http:. qt开发白皮书， qt帮助文档 【 7】 Daniel Solin 著，袁鹏飞译 .24小时学通 Qt编程 .北京：人
8、民邮电出版社 2000年 10月 【 8】 百度文库，中国 IT实验室网站， ChinaUnix 网站 摘 要 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可以配置，通常对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的一种专用计算机系统。当前先进的嵌入式系统，通常由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及嵌入式应用程序四个部分组成，实计算机基于 ARM Linux的嵌入式 数码相框 系统的研究和实现应用系统，称为嵌入式系统、实时系统或者嵌入式实时系统。 根据目前国内外对嵌入式的研究和开发，结合实际的实验条件，本项目使用硬件平台广东省嵌入式软件 公共技术中心开发的 GEC2440 开
9、发板作为目标机，使用安装 linux4 的 PC 机作为宿主机，并在宿主机 Windows 平台上安装了一个虚拟机软件，虚拟机里安装的是 Red Hat EnterpriseLinux 5 作为开发环境。主要实现工作包括 :在宿主机上安装交叉编译工具，建立交叉编译环境，配置 tftp、 DNW(或超级终端 )以建立嵌入式软件平台。 进行一个可以浏览与管理图片功能，且能进行幻灯片播放的课程设计。 针对项目需求实现对驱动程序的完善和移植，制作适合此开发板的根文件系统 ,最后将基于 qt设计的应用程序程植到开发板 上 ，实现个人图片的掌上管理。 关键词： 嵌入式系统； GEC2440开发板 ;lin
10、ux 环境； 移植 。 Abstract Embedded system is used as the center, take the computer technology as the foundation, software and hardware can be configured, usually to the function, reliability, cost, volume, power consumption have strict constraints of a kind of special computer system. The current advance
11、d Embedded system, usually by Embedded microcontroller processor,peripheral hardware equipment, Embedded operating system and Embedded application four parts, real computer based on ARM Linux and Qt/Embedded Embedded digital photo frame system research and 5 implementation application system, called
12、 the Embedded system, real-time systems or Embedded real-time system. According to the current domestic and foreign research and development of embedded, combining with the condition of experiment, this project use hardware platform embedded software public technology center of guangdong province th
13、e development of GEC2440 development board as the target machine, use linux install the PC as the host machine, and in the host machine Windows platform installed a linux machine software, linux machine is installed, the Red Hat EnterpriseLinux 5 as a development environment. Main realization work i
14、nclude: in the host machine installation cross-compiling tools, set up cross-compiling environment, the configuration TFTP, DNW (or super terminal) to establish embedded software platform. A can browse pictures and management function, and can play a course design slides. For the project requirement
15、s to achieve the perfect for drivers and transplantation, making for the development of the board root filesystem, finally will be based application ChengZhi designed to development board, realize the palm of personal pictures ！ Keywords: embedded system;GEC2440 development board;linux machine envir
16、onment;the transplant. 目 录 摘 要 . 3 Abstract . 4 目 录 . 6 第一章 绪论 . 8 第二章 所需环境及设备 . 9 2.1 硬件部分： . 9 2.1.1 GEC2440开发板介绍 . 9 2.2 软件部分 . 10 2.2.1 Linux系统平台介绍： . 10 2.3 实现思路 . 10 第三章 嵌入式开发环境的搭建 . 10 3.1 嵌入式交叉环境的概述 . 10 3.2 交叉编译环境的搭建 .11 3.3 交叉调试环境的搭建 . 12 3.4 交叉服务器的搭建 . 12 3.5 关于交叉调试 . 12 3.6 关于网络挂载的配置 . 1
17、3 第四章 U-boot 的移植 . 16 4.1 建立工作目录 . 16 4.2 设置环境 . 16 4.2.1stage1阶段硬件初始化 . 16 4.2.2修改时钟 . 16 4.2.3重定位 u-boot代码 . 18 4.3 进入目录配置编译 . 21 4.4 bootloader 的烧写 . 21 第五章 Linux 内核的移植 . 23 5.1 准备工作 . 23 5.2 修改内核源码顶层 . 23 5.3 修改机器码 . 23 5.4 设置 flash 分区 . 24 5.5 配置编译内核 . 25 5.6 Linux 内核编译 . 29 5.7 使用 minicon 远程访问
18、目标板 . 29 5.8 下载到开发板中测试 . 30 第六章 驱动的移植 . 31 6.1 关于 USB 驱动移植 . 31 6.2 关于 LCD 驱动移植 . 32 6.3 关于触摸板驱动移植 . 34 第七章 制作根文件系统 . 37 7.1 工作目录 . 37 7.2 创建节点 . 37 7.3 拷贝动态链接库 . 37 7.4 交叉编译 busybox . 38 7 7.5 交叉编译 bash（交互程序） . 38 7.6 建立系统配置文件 . 39 7.7 添加一个用户程序 . 40 7.8 手动校准 . 42 7.10 根文件系统烧入 . 43 第八章 基于 linux 平台的应
19、用程序 . 错误 !未定义书签。 8.1 函数主要源代码 . 错误 !未定义书签。 8.2 在主机上运行 . 44 8.3 交叉编译生成目标文件 . 错误 !未定义书签。 第九章 结束语 . 44 致谢 . 45 参考文献 . 46 附录 . 错误 !未定义书签。 第一章 绪论 根据实际应用的特点对产品进行完整的需求分析，形成比较完善的总体设计方案。同时，达到能具备 Linux 操作系统下简单的设备驱动程序开发、图形用户接口设计的能力。此外，掌握基本的系统功能及性能测试技术，从而具备比较全面的嵌入式应用系统开发能力。另外，作为一个消费类电子产品，数码相框的设计必须考虑以下因素： 1、用户接口友
20、好、操作方便。 2、系统兼容性强。数码相框应能识别和处理当前数码相机主要的图像格式，能访问主流的外部半导体存储卡。 3、稳定可靠。 随着 PC时代数码技术的发展，数码相机以其低廉的价格，方便的操作成为摄影器材未来的发展方向。目前，很多家庭都持有数码相机，一次拍摄下来的照片往往会有上百张 ，使用 PC机来查看拍摄下来的图片，操作繁琐，而且依赖于 PC 机。 作为数码相机的一种附属产品，数码相框不仅具有传统相框的特点，而且可以直接从数码相机中选择心仪的照片，定时更新照片。数字相框可以摆放在家居显眼之处，成为现代家庭一道靓丽的风景线。 数码相框是展示数码照片而非纸质照片的相框。 众多的数码摄影产生的
21、相片保存起来后，查看过程繁琐不方便，大量打印出来又非常浪费，如果用 数码相框直接插上相机的存储卡展示照片 ，就非常酷了 ,数码摄影必然推动数码相框的发展，因为 据调查 全世界打印的数码相片不到 35%。 9 第二章 所需环境及设备 2.1 硬件部分： 以 GEC2440开发板作为目标机，使用安装了 linux 的 PC机作为宿主机，并在宿主机上安装虚拟机软件，虚拟机里安装的是 Red Hat EnterpriseLinux5 作为开发环境。GEC2440模仿三星 smdk2440,以 ARM920T为内核，控制辅助设备。 基本端口包括以太网接口， USB接口，还有两 个 RS232的串口。 A
22、/D 和 D/A模块主要用于现场数据的采集与控制信号的输出。 DC/DC 模块主要负责整个系统的供电 。 系统的主要硬件包括嵌入式开发平台 GECC2440、 LCD屏、人机交互界面、外部存储介质接口电路。大致可以分为三块： （ 1） LCD屏用来展示图片、输出信息。 （ 2）人机交互界面设定各个模式的播放形式、输入信息。 （ 3）外部存储介质接口电路用来提供外部的存储介质的接口 . 2.1.1 GEC2440开发板介绍 使用硬件平台广东省嵌入式软件公共技术中心开发的 GEC2440开发板作为硬件平台， GEC2440是模仿广为流行的三星 smdk2440 开发板而设计的低价位开发板，下面对G
23、EC2440做一些简单介绍。 GEC2440的设计以 ARM920T为内核的三星 SC32440是控制核心，负责控制所有辅助设备。存储器采用 SDRAM 和 FLASH两种类型，能满足系统运行和调试的需要。基本端口包括以太网接口， USB 接口，还有两个 RS232 的串口。 A/D和 D/A模块主要用于现场数据的采集与控制信号的输出。 DC/DC模块主要负责整个系统的供电。扩展接口考虑了系统的可扩展性。开发板外观布局如图 2.1 图 2.1GEC2440 开发板外观图 10 2.2 软件部分 2.2.1 Linux系统平台介绍 ： Linux是一种类 UNIX操作系统。兼容 POSIX 10
24、03.1 标准，并包含了 UNIX System V和 BSD 4.3的大部分特征。它充分体现了操作系统的方展趋势，即开放、稳定、标准。Linux具有如下的特征： (1)真正的多用户、多任务操作系统。 (2)符合 POSIX（可移植操作系统接口）标准。 (3)采用页式存储管理。 (4)支持动态链接库。 (5)提供具有内置安全措施的分层文件系统。 (6)提供 Shell命令解释程序和编程语言。 (7)提供强大的管理功能，包括远程管理功能。 (8)提供内核编程接口。 (9)具备图形用户接口。 (10)具备大量的实用程序和通信、联网工具。 (11)大量高级程序设计 语言已经被移植到 Linux系统上，因此它是理想的应用程序开发平台 。 2.3 实现思路 首先在本地计算机上编写程序；然后通过在本地进行交叉编译生成目标平台上可以运行的二进制代码格式；最后再下载到目标平台上的特定位置上运行 。 （ 1）交叉环境的搭建：用 GNU工具链作为交叉编译调试器 。 （ 2）终端使用的是 字符终端， arm- linux-gcc。 第三章 嵌入式 开发环境的 搭建 3.1 嵌入式交叉环境的概述 嵌入式系统通常是一个资源受限的系统，因此直接在嵌入式系统的硬件平台上编写
