《嵌入式系统及应用》实验指导书初稿Word格式文档下载.docx
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3.3实验内容25
3.4Linux内核基本配置和编译26
3.4.1内核配置26
3.4.2内核编译37
3.4.3根文件系统39
3.5使用Blob下载烧写内核和根文件系统41
3.6Linux内核设备驱动模块43
3.6.1设备类型和主次设备号44
3.6.2设备驱动程序45
3.6.3实验步骤47
常见问题49
关键术语51
参考文献52
概述
《嵌入式系统及应用》是一门综合性强、实践性强和复杂度高的课程，对老师和学生都是一个很大的挑战。
实验课主要是在老师的指导下，学生通过实践，不断掌握、理解、提高和综合所学专业知识，培养他们的实践和创新能力。
具体包括如下实验：
实验一熟悉实验软硬件平台，包括EFLAG公司开发的EAX-400嵌入式实验系统和ARM开发软件环境ADS1.2。
实验二熟悉嵌入式系统基本开发流程，包括JTAG下载或烧写程序；
超级终端的串口配置及使用；
系统引导及LED数码管显示实验。
实验三操作系统基础实验。
包括Linux开发环境的搭建与使用；
应用jflash烧写blob程序；
内核的基本配置、编译和根文件系统的搭建；
基本应用程序的加载实例。
嵌入式系统的设计、开发和应用，涉及到硬件电路的设计、软件程序的编写和操作系统的进程管理、任务调度等多方面的知识，通过基础性的实验，只能让大家有见“冰山一角”的感觉。
因为本人水平和编写书稿时间的限制，指导书中难免有遗漏、错误和不妥之处，恳请各位老师和同学们批评指正。
联系地址为kongquancun@。
让我们共同努力，一起把课程学好实验做好，为今后的学习、工作和科研打好坚实的基础。
谢谢！
2007年9月16日
实验一嵌入式系统硬件平台和ADS1.2开发环境实验
1.1实验目的
熟悉嵌入式系统实验软硬件平台，包括EFLAG公司开发的EAX-400硬件平台和ARM开发软件环境ADS1.2。
学会ARM仿真器的使用。
在ADS1.2环境下，调试并跟踪一段已有的程序，编译、链接通过后，下载到EAX-400平台上运行，初步了解以ARM处理器为核心的基础实验开发环境和基本思路。
1.2实验设备
硬件：
EAX-400嵌入式硬件平台、ARM-ICE的JTAG仿真器、PC机和串口线。
软件：
PC机Windows操作系统，ADS1.2集成开发环境，ARM-Multi-ICEServer仿真器驱动程序。
1.3实验内容
本实验首先熟悉EAX-400嵌入式硬件平台，包括处理器、存储器、人机接口和通讯模块等，初步理解系统硬件构成的框架。
然后，配置ADS的集成开发环境，新建一个简单的工程文件，并编译。
学习ARM仿真器的使用和开发环境的设置。
下载已经编译好的文件到嵌入式处理器中运行。
学习在程序中设置断点，观察系统内存和变量，为调试应用程序打下基础。
1.4EAX-400嵌入式系统硬件平台
EAX-400嵌入式系统是学习32位ARM处理器的实验平台，它采用IntelPXA255作为嵌入式处理器核心，可配有WindowsCE.NET和EmbeddedLinux操作系统。
EAX-400嵌入式系统的硬件部分包括：
系统架构、资源分配、外围芯片、扩展接口及使用方法等。
下面就其系统架构做一简单介绍，其他部分的资料，见文献[1]和[2]。
1.4.1系统硬件规格
处理器
◆XscalePXA255：
400MHz
◆32BitsRISC处理器：
32K指令Cache，32K数据Cache
◆MMU单元，2K字节Mini-dataCache，扩展多媒体DSP指令
存储器
◆SDRAM：
64MB，可以定制扩展到256MB
◆NORFLASH：
16MB，IntelStrata快速页面读取模式Flash，可以扩展到64MB
◆NANDFLASH：
32MB，可以定制扩展到256MB
扩展存储接口
◆IDE硬盘接口
◆CF卡扩充插槽
◆SD/MMC卡扩充插槽
人机接口配置
◆LCD显示系统
3’TFTColorLCD分辨率：
640*480颜色：
65536色
◆触摸屏（TouchPanel）
四线电阻式触摸屏
◆音频控制器
采用TI公司TSC2301AudioCodec芯片，支持I2S/AC'
97标准20位立体声编码/解码、支持可编程抽样率、输入输出增益和数字音响处理功能，同时集成触摸屏控制功能和4×
4键盘控制功能。
◆PS/2鼠标、键盘
通讯模块
◆以太网控制器
一个Ethernet接口，10BaseT，支持低功耗模式
◆USBHOST
两个通用串行总线（USB1.1）主机控制器（HC）接口
◆USBSLAVE
一个通用串行总线（USB1.1）设备控制器（DC）接口
◆高速红外线（FIR）
采用HSDL3600的高达4Mbit高速红外接口
◆BTUART（蓝牙）
高速BlueTooth/RS232
接口，高达921kbps
◆FFUART
全功能串行接口，高达230kbps
◆并口
1个并行接口，支持SPP/EPP/ECP等工作模式
◆串口
3个串行接口
◆CAN总线（工业现场总线）
◆RS485总线（工业现场总线）
无线通讯模块
◆无线局域网卡802.11b（选配）
◆GPRS模块（选配）
◆GPS模块（选配）
视频输入模块
◆CMOS摄像头
支持通用USB摄像头（选配）
其他功能
◆ADC
一路ADC输入通道
◆DAC
一路DAC输出通道
◆数码管
4个数码管
◆LED
16个LED
◆蜂鸣器
◆步进电机
◆直流电机（带测速传感器）
◆用户自定义按键
◆复位按键
◆电源开关及电源指示灯
其他接口
◆JTAG调试接口
◆SPI扩展接口
◆NSSP扩展接口
◆I2C扩展接口
◆总线扩展接口
1.4.2系统配置表
表1EAX-400嵌入式系统配置表
项目
描述
Processor
IntelXscalePXA255400MHz
SDRAM
HY57V561620BT-H（64Mbytes）
NORFlash
Intelstrataflash28F128J316MBytes
NANDFlash
SamsungK9F5608U0A-YCB032MBytes
Display
TFTLCD（640*480）
Audio
TSC2301AC97StereoaudioAndSupportRecord,StereoheadphoneandLinein
Touch
TSC2301touchscreen
KeyBoard
TSC23014*4KeyBoard
PS/2
StandardMouseandKeyboard
Ethernet
CS8900A10BaseT
USBSlave
PXA255Build-in
USBHost
PHILIPSISP1161A1twoports
IrDA
HDSL3600
CF
1Slot
MMC&
SD
ATAPI
FFUART
1COMM
BTUART
SuperIOUART
ParallelPort
Real-TimeClock
CANBUS
MCP2515CANBusController
RS－485
1COM
SPEAKER
1Wx2
LED
LEDx16and8SEGx4
BEEP
1
Motor
DCMotorx1withspeedmeasureandStepperMotorx1
WirelessModule
802.11bwirelessmodule（option）
GPRSmodule（option）
GPSmodule（option）
CMOScamera
SupportgeneralUSBcamera（option）
1.4.3系统模块和接口说明
下图是EAX-400嵌入式系统模块和接口说明图，如图1所示。
图1系统模块和接口说明图
1.4.4系统仿真和开发硬件连接
ARM-ICE使用标准的25芯并口插座和20针的JTAG插座作为接口，与PC机的连接线缆，使用标准的25芯并口连接线；
与目标板的连接线缆，使用20芯的IDC宽带线缆。
系统仿真和开发硬件连接图，如图2所示。
1.5ADS开发环境
ADSV1.2集成开发环境支持全线的ARM处理器内核，满足更多用户对ARM处理器内核软件的开发调试需求。
下面就ADS集成开发环境的配置、新工程项目的建立和程序在线仿真、调式等方面，逐一进行介绍。
1.5.1配置ADS集成开发环境
（1）在PC主机上选择开始->
程序->
ARMMulti-ICEv2.2->
Multi-ICEServer，进入
ARM-Multi-ICEServer主界面，点击左上角Auto-Configure按钮重置仿真器，显示下图状态，如图3所示，说明目标板、仿真器与PC机连接良好。
图3配置仿真器图4Project选择项
（2）运行ADS1.2集成开发环境（开始->
ARMDeveloperSuitev1.2->
CodeWarriorforARMDeveloperSuite）。
选择File|New命令，在对话框中选择Project选择项，如图4所示，新建一个工程文件，其中示例的工程名为kk.mcp。
单击Set按钮为该工程选择保存路径，选中后将以图4中的Projectname作为创建目录的名称，这样可以将所有与该工程相关的文件，保存到该工程目录下，便于工程管理。
（3）在新建的工程中，如图5所示，选择Debug或DebugRel版本，使用Edit|DebugSettings命令对Debug版本进行参数设置。
图5版本选择图
（4）在DebugSettings对话框中选择TargetSettings选项，如图6所示。
在Post-linker列表框中选择ARMfromELF，单击右下角的Apply按钮使其有效。
图6TargetSettings选项图
（5）在DebugSettings对话框中选择ARMLinker选项，如图7所示。
在Output选项卡的Linktype选项组中选中Simple单选按钮，在Simpleimage选项组中设置连接地址，在ROBase中输入0xA0000000。
地址0xA0000000是开发板上SDRAM的物理地址，RWBase为空（不用填写），地址将连续分配。
图7ARMLinker选项图
（6）继续在ARMLinker选项中，单击Layout按钮，如图8所示。
在Layout中的Placeatbeginningofimage选项组，设置程序的入口模块。
指定在映像代码中，程序是从startup.o开始运行的。
Object/Symbol项设为startup.o，Section项设为Init。
图8Layout选项图
（7）在DebugSettings对话框中，选择Linker->
ARMfromELF选项，如图9所示。
在Outputfilename框中，设置输出文件名为kk.bin，此文件就是要下载到开发板上的应用程序。
图9ARMfromELF选项图
（8）参照步骤（3）~（7），在ReleaseSettings对话框中设置Release版本。
1.5.2建立工程文件
配置ADS1.2针对EAX-400的开发环境后，可以执行Project|AddFile命令，把工程相关的所有文件加入到工程项目中。
ADS1.2不能自动按文件类型进行分类，若需要可执行Project|CreateGroup命令创建文件组，然后将不同类型文件，分别加入到不同的组。
以便管理。
用以上的方法，建立项目工程文件kk.mcp，并将文件加入到工程中，如图10所示。
图10项目文件管理图
1.5.3在线仿真与调试
（1）在工程窗口选中Debug版本，执行Project|Make命令对工程进行编辑链接，如图11所示。
在出现的错误/警告窗口中，选择某错误/警告信息，ADS1.2会自动打开相应原文件，并用箭头指向出错的文本行。
如果某个源文件被修改，重新编译时ADS1.2会自动同步各文件的日期信息。
图11Error&
Warnings窗口图
（2）在ADS1.2中执行Project|Debug命令启动ADS1.2的调试工具AXD。
（3）在AXD中执行Options|ConfigureTarget命令对AXD进行设置，如图12所示。
点击Add按钮，在ARM>
Multi-ICE安装目录下，选择Multi-ICE.dll添加到TargetEnvironments中。
图12AXDTargetEnviroments图
（4）执行Options|ConfigureProcessor命令，在Vectorcatch选项卡里，点击Clearall；
将Semihosting项取消掉（即去掉该项前的勾），如图13所示。
图13ConfigureProcessor图图14CommandLineInterface图
（5）在ADS1.2中点击Systemviews|CommandLineInterface,打开CommandLineInterface界面，如图14所示（提示：
如果已经打开CommandLineInterface界面，则不用执行此操作）。
在CommandLineInterface窗口中输入“obeyd:
\xscale\Expriment\pxa255.txt”，对工程进行初始化。
（提示：
d:
\scale\Expriment\为pxa255.txt的文件路径）。
（6）等以上操作完成后，点击ReloadCurrentImage按钮完成重载，然后通过Execute|GO和Execute|Stop命令（或者工具栏的相应按钮）运行或暂停程序。
程序暂停后在窗口中显示其暂停的位置。
（7）通过Execute|Step命令（或工具栏相应按钮）可以单步运行，也可以使用StepIn、StepOut命令进入或跳出函数的调用。
使用RunToCursor命令可以将程序运行到光标位置。
（8）程序停止后，通过ProcessorViews|Sources命令查看源文件，并可在适当位置按F9设置断点。
（9）使用在ProcessorView菜单下的Registers、Variables和Memory命令可以查看工作寄存器或者内存变量。
读者可以逐一的尝试，为以后调试程序打下基础。
实验二嵌入式系统基本开发流程实验
2.1实验目的
熟悉嵌入式系统基本开发流程，包括JTAG下载程序到FLASH；
超级终端的串口配置和使用；
了解ARM基本指令集，理解嵌入式系统的一般引导规律，掌握PXA255处理器的系统引导特点。
2.2实验设备
EAX-400嵌入式硬件平台、并口延长线、JTAG下载电缆、ARM-ICE的JTAG仿真器、PC机和串口线。
PC机Windows操作系统，jflash应用程序、超级终端通信程序、ADS1.2集成开发环境，ARM-Multi-ICEServer仿真器驱动程序。
2.3实验内容
通过jflash工具软件，将可执行文件下载到NORFLASH中，并在系统上电复位后，能够正常运行该下载程序。
新建一个超级终端的连接，完成PC机与EAX-400的串口通讯。
通过LED数码管的显示实验，学习PXA255嵌入式处理器的系统启动引导的原理和过程，掌握引导程序调用C程序来实现系统设计的方法。
2.4JTAG下载
JTAG（JointTestActionGroup）是1985年制定的检测PCB和IC芯片的一个标准，1990年被修改后成为IEEE的一个标准，即IEEE1149.1-1990。
通过这个标准，可对具有JTAG口芯片的硬件电路进行边界扫描（BoundaryScan）和故障检测。
含有JTAG口的芯片种类较多，如ARM、DSP、CPLD等。
JTAG内部有一个状态机，称为TAP（TestAccessPort）控制器。
TAP控制器的状态机通过TCK和TMS进行状态的改变，实现指令的输入和数据的双向交换。
有关PXA255JTAG口的详细资料，请参考文献[3]。
2.4.1并口驱动
（1）通过并口延长线将“JTAG下载线”的一端与PC机的并口相连，另一端与EAX-400的JTAG口相连，确保连接牢固后，打开系统电源。
（2）在jflash目录下，执行GiveIOInstaller.exe应用程序，在弹出窗口中点击InstallService，
进行安装，完成后点击Quit退出。
如图15所示。
注意：
要完成JATG下载必须安装Giveio.sys驱动程序，此步骤在初次安装时只需要执行一次即可，关闭/启动计算机后也无需重复安装。
：
图15GiveIOInstaller.安装图图16jflash烧写成功界面图
2.4.2命令行操作
执行命令行操作，在PC主机上选择“开始->
程序->
附件->
”进入DOS命令窗口，进入D:
\xscale\jflash目录，通过jflash命令将blob文件烧写到EAX-400（目标板）的Flash中。
输入：
jflash.exepxa255blob命令，烧写成功后，将出现如图16所示的界面。
（注：
blob为要固化到Flash中的程序）。
当程序正常下载并烧写完毕后，系统将会提示：
Programmingdone
Verificationsuccessful!
2.5超级终端的串口配置和使用
（1）将EAX-400附件提供的9Pin串口线，一端与PC机的COM1口（或COM2口）相连，另一端与EAX-400的FFUART（全双工串口）相连，确保连接牢固后，打开系统电源。
（2）运行Windows系统下的超级终端（HyperTerminal）应用程序（“开始->
通讯->
超级终端”），新建一个通信终端。
如果要求输入区号、电话号码等信息，可随意输入，如图17所示。
图17新建通信终端图18COM端口号的配置
（3）配置PC机当前使用的COM口的端口号，下面将以COM1为例，如图18所示。
如果PC机当前使用的是COM2口，那么上图中的“连接时使用”应选择‘COM2’。
（4）配置超级终端的串口参数，如图19所示。
图19HyperTerminal串口配置
（5）完成新建超级终端的设置后，保存当前设置，并发送到桌面上，以备后用。
（6）按一下系统复位键，如果按照2.4.2的实验步骤，已经通过JTAG将blob程序正确烧写到EAX-400的Flash中，那么系统复位后，Blob程序将会通过FFUART串口输出信息，同时所有的信息都会在超级终端的当前连接窗口上实时的显示出来，如图20所示。
此时，可以通过超级终端与开发板进行信息交互，键入‘help’后回车，看看系统运行的blob会有什么反应。
图20blob启动信息窗口图
2.6系统引导和LED数码管显示
多数嵌入式系统的引导，都有一般规律可循，本节首先论述嵌入式系统启动的一般流程；
然后，讲述在EAX-400系统中，PXA255的具体启动流程；
最后，给出了LED数码管显示实验的操作，以便读者体会一下系统引导的流程。
2.6.1嵌入式系统的启动流程
嵌入式系统的程序通常都是固化在FLASH中运行。
FLASH中程序执行前，需要对处理器、系统硬件和软件运行环境进行初始化，这些工作由用汇编语言编写的启动程序完成。
启动程序是嵌入式程序的开头部分，应该与应用程序一起固化在FLASH中，并首先在系统上电时运行。
它包含各模块中可能出现的所属段类，并合理安排它们的次序。
启动程序的设计是嵌入式程序的关键，也是必要步骤，系统启动程序所执行的操作，依赖于正在开发其软件的系统，一般流程如下:
（1）设置入口指针
首先启动程序必须定义入口指针，而且整个应用程序只有一个入口指针。
（2）设置中断向量
要求中断向量表必须设置在从0地址开始，连续8×
4字节的空间，分别是复位、未定义指令错误、软件中断、预取指令错误、数据存取错误、IRQ、FIQ和一个保留的中断向量。
如果FLASH定位于0地址，向量表包含一系列指令跳转到中断服务程序，否则向量必须被动态初始化。
可以在启动程序中添加一段代码，使其在运行时将向量表拷贝到0地址开始的存储器空间。
对于未用中断，使其指向一个只含返回指令的哑函数，以防止错误中断引起系统的混乱。
（3）初始化堆栈和寄存器
系统堆栈初始化取决于用户使用了哪些中断，以及系统需要处理哪些错误类型。
一般来说管理者堆栈必须设置，如果使用了IRQ中断，则IRQ堆栈也必须设置。
如果系统使用了SDRAM或其它外设，需要设置相关的寄存器，以确定其刷新频率，数据总线宽度等信息。
（4）初始化存储器系统
有些芯片可通过寄存器编程，初始化存储器系统，而对于较复杂系统通常集成有MMU来管理内存空间。
（5）改变处理器模式和状态（可选）
如果系统应用程序是运行在用户模式下，可在此处将系统改为用户模式，并初始化用户堆栈指针。
（6）初始化程序
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