嵌入式系统课程设计报告.docx
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嵌入式系统课程设计报告
湖南工业大学
课程设计
资料袋
电气与信息工程学院(系、部)2014-2015学年第1学期
课程名称嵌入式系统指导教师欧阳洪波职称讲师
学生姓名颜焕专业班级电子科学与技术1101班学号11401701204
题目Linux操作系统开发环境的构建、移植与使用
成绩起止日期2014年11月17日~2014年11月18日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
1
14
张
4
5
6
课程设计任务书
2013—2014学年度 第2学期
电气与信息工程学院(系、部)电子科学与技术专业1101班级
课程名称:
嵌入式系统课程设计
设计题目:
Linux操作系统开发环境的构建、移植与使用
完成期限:
2014年11月17日~2014年11月18日共1周
内
容
及
任
务
在学习和初步掌握ARM嵌入式系统基础理论以及嵌入式系统设计与开发基本方法的基础上,进行Linux操作系统开发环境的构建、移植与使用等综合实践,具体任务如下:
(1)Linux操作系统的安装及设置:
包括VMware的安装,Linux操作系统的安装及设置;
(2)Linux开发环境的构建及移植:
包括:
交叉编译器的安装,U-BOOT的配置与编译,Linux内核的配置与编译;Busybox等实用工具的安装;GUI工具包QT的安装等;(3)Linux基本操作命令的使用:
各种Linux基本操作命令的使用。
(4)Linux操作系统QT的使用:
设计与调试一个温度转换参数处理的界面。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
2014,11.17上午
课题的布置与讲解;
2014,11.17下午
Linux操作系统的安装及设置;
2014,11.17晚上
Linux开发环境的构建及移植;
2014,11.18上午
Linux开发环境的构建及移植;
2014,11.18下午
Linux开发环境的构建及移植;
2014,11.17晚上
Linux开发环境的构建及移植;
其它时间
非统一安排上机调试,学生自行查找资料,自行进行实践,撰写报告。
备注:
地点:
电气205
主
要
参
考
资
料
[1]谭会生.ARM嵌入式系统原理与应用开发[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2012
[2]何文华,梁竞敏.Linux操作系统实验与实训.北京:
人民邮电出版社,2006.
[3]李蔚泽.FedoraCore3Linux安装与系统管理.北京:
中国铁道出版社,2006.
[4]朱居正,高冰.RedHatLinux(FedoraCore3)实用培训教程.北京:
清华大学出版社,2005.
[5]广州天嵌计算机科技有限公司的TQ2440+3.5开发板硬件及配套的软件,2010
指导教师(签字):
2014年11月18日
系(教研室)主任(签字):
2014年11月18日
嵌入式系统课程
设 计 说 明 书
Linux操作系统开发环境的构建、移植与使用
起止日期:
2014年11月17日~2014年11月18日共1周
学生姓名
颜焕
班级
电子科学与技术1101班
学号
11401701204
成绩
指导教师(签字)
电气与信息工程学院
2014年11月18日
1.课程设计目的
在学习和初步掌握ARM嵌入式系统的硬件结构与工作原理、ARM汇编程序设计语言、Linux操作系统等ARM嵌入式系统基础理论以及嵌入式系统设计与开发基本方法的基础上,进行Linux操作系统开发环境的构建、移植与使用等综合实践,为实际从事ARM+Linux嵌入式系统的设计与开发打下良好的基础。
2.课程设计要求
进行Linux操作系统开发环境的构建、移植与使用等综合实践,具体任务为:
(1)Linux操作系统的安装及设置:
包括VMware的安装,Linux操作系统的安装及设置;
(2)Linux开发环境的构建及移植:
包括:
交叉编译器的安装,U-BOOT的配置与编译,Linux内核的配置与编译;Busybox等实用工具的安装;GUI工具包QT的安装等;
(3)Linux基本操作命令的使用:
各种Linux基本操作命令的使用。
(4)Linux操作系统QT的使用:
设计与调试一个温度转换参数处理的界面。
3.Linux操作系统的安装及设置
1)、VMware虚拟机的安装
虚拟机软件就是在本地计算机上建立一个虚拟环境,以便对一些新软件进行测试,或者是在不同的操作系统间进行切换。
比较实用的虚拟机软件有VMware和VirtualPC。
VMware是一个纯英文的商品化软件,可在市场上直接购买正版的VMware,也可通过网站http:
//www.下载VMware软件的试用版。
根据需要可注册一个账号,以此获得VMware软件授权的序列号。
2)、Linux操作系统的安装
(1)新建虚拟机。
先打开虚拟机,从虚拟机中新建一个VirtualMachineWizard;然后选择客户模式进行操作系统的安装。
(2)安装镜像的选择。
当出现安装镜像选择的提示时,点击“Browes…”选择事先下载好的Linux镜像路径,并加载至VirtualMachineWizard中,
(3)操作系统的选择。
当出现操作系统选择对话框时,根据设计需要,选择的操作系统为Linux,Linux的版本号选择Linux2.6.xkernel。
(4)存储容量的设定。
当出现虚拟存储器容量设定对话框时,为了满足设计的运行需要,将系统的内存大小设置为512M。
(5)网络类型的选择。
当出现网络类型选择对话框时,根据网络工作情况选择合适的网络工作方式。
(6)硬盘设定的选择。
当出现磁盘设定选择对话框时,因本设计需要在操作系统中完成工具包的安装、交叉编译器的安装、内核的编译、U-Boot的编译、Busybox的安装、apps的安装以及应用软件开发软件按QT的安装,所以系统需要的硬盘比较大,故在安装前将硬盘大小设置为15GB左右。
(7)资料硬盘的添加。
为了方便程序存储器与数据存储器的管理,可为系统添加一个硬盘,用于放置用户的各种资料。
为了完成此操作,需先中断操作系统的安装,具体操作方法就是在虚拟机的主菜单VM下依次选择“POWER”、“POWEROFF”即可。
中断操作系统后,可通过虚拟机中的硬件管理选项给系统添加一个新的硬盘。
(8)资料硬盘的设置。
根据所需存储资料的需要,可将存放用户资料的用户硬盘大小设置为5GB。
(9)重新开始安装。
执行完用户硬盘的添加后,可以通过虚拟机重新开始操作系统的安装。
(10)磁盘手动分区。
由于添加了资料硬盘,因此需要对磁盘进行手动分区。
对系统的两个硬盘的文件系统类型的设置。
(11)系统软件的选择。
设置好磁盘的文件系统后,需要根据设计的需求来选择各种相关软件进行安装。
对于需要的软件,选中其前面的小框即可。
(12)系统的安装过程。
在选择好相关软件后,即可进行整个操作系统的安装过程,该过程会耗费一些时间。
(13)系统的重新启动。
待操作系统安装完成后,重新启动系统就代表操作系统安装的完成。
5.Linux基本操作命令的使用
1)、系统工具安装的准备
(1)工具包压缩文件的解压。
由于系统所给的工具包是压缩文件,因此需将其解压后才能进行安装,具体操作为:
将media中的工具包压缩文件进行解压。
解压后的文件存放在opt文件夹中。
(2)输入命令运行安装程序。
解压完成后要运行安装文件,需要先进入到解压后的文件夹目录下,才能根据相应的操作指令运行其中的安装程序,具体操作如图10.22所示。
(3)程序安装过程选项的设置。
在安装程序的运行过程中,系统会给出一些相关设置选项,此时可根据系统所给的默认选择进行选择,如系统的默认选择为yes,那么只需输入yes即可。
(4)系统文件的共享设置。
为了Windows系统和Linux系统之间的资源共享,以及方便后面各种软件的安装,在完成工具包的安装后,需要建立Windows系统和Linux系统之间的文件共享。
可以通过虚拟机的文件夹选项(Options)进行共享文件夹的设置。
(5)共享文件目录的设置。
为了实现文件共享,首先需要在PC机中创建好共享文件夹,然后将其添加到系统共享文件夹中。
图1:
共享文件夹的设置
(6)共享文件的验证。
共享文件添加完成后,需要通过操作系统中的终端使用ls指令对系统是否达到文件共享进行检验。
检验结果如图10.26所示即代表文件夹共享成功,如果没有成功,则需要重新启动操作系统。
图2:
共享文件夹的结果查看
2)、交叉编译器的安装
(1)交叉编译器的安装程序的准备。
由于交叉编译器的安装程序存放在PC机中,因此需要从PC机中将交叉编译器的安装压缩文档拷贝至共享文件夹中;又因为安装程序为压缩文件,因此需要通过终端命令对编译器的压缩文件进行解压。
(2)编译器的系统路径的修改。
解压完成后,需要对编译器的相关系统文件进行修改使系统的关联路径能正确关联到交叉编译器。
具体操作为:
将编译器的系统路径pathmunge/opt/HGD/4.3.3/bin加入到系统文件profile中,修改完成后保存。
(3)交叉编译器的安装验证。
修改完系统文件后,可通过如图10.29所示的两条指令对交叉编译器是否安装成功进行验证,图中所示代表交叉编译器已经安装成功。
3)、U-Boot的配置与编译
(1) U-Boot的安装准备。
由于U-Boot的安装程序存放在PC机中,因此需先从PC机中将U-Boot的压缩文档拷贝至共享文件夹中;又由于安装文件为压缩文件,因此需要先通过终端命令对U-Boot的压缩文件进行解压。
(2) U-Boot程序的编译。
为了成功地生成镜像文件,需要在解压完成后通过make命令对U-Boot源程序进行编译。
(3) U-Boot程序的镜像验证。
编译完成后,打开相关文件,验证是否已生成镜像,如图10.32所示。
为了为后面的操作系统移植做准备,需将所生成的镜像文件复制到PC共享文件夹中。
4)、Linux内核的配置与编译
(1) Linux内核的准备。
由于内核的安装程序存放在PC机中,因此需从PC机中将内核的压缩文档拷贝至共享文件夹中;又由于安装程序为压缩文件,因此需通过终端命令对内核的压缩文件进行解压,所使用的命令如图10.33所示。
(2) Linux内核的配置。
解压完成后,先将相关文件复制到指定目录之下,然后执行makemenuconfig命令进入内核配置图形窗口。
在配置图形窗口中打开配置目录后,按照设计需要对内核的系统类型以及硬件选项进行设置。
对于需要选择的项按Y键即可,需取消的选项可按N进行取消,最后将配置保存。
(3)配置后Linux内核的编译。
在完成内核的配置后,便可以使用makezImage命令对内核进行编译并生成镜像文件。
(4) Linux内核编译后的验证。
编译完成后,可通过ls指令来检验是否成功生成了镜像文件。
为了将内核从PC机下载至芯片中,需要先将镜像文件复制到共享文件夹中。
(5)开机Logo画面的设置。
为了将系统开机画面设置成自己所需要的画面,可在生成镜像后,通过如图10.38所示的makemodules指令修改系统的开机界面。
因开机Logo图片由PC机产生,所以需要先将图片存放在共享文件中,并通过操作系统将Windons下的图片复制到相关路径下,然后对图片做相关的修改后予以保存。
(6)开机Logo修改后内核的编译。
完成图片的编辑后,即可重新对内核进行编译,并生成镜像文件。
此时内核所带的开机界面即为所需要的开机界面。
(7)修改开机Logo后内核的编译验证。
在镜像生成后为了为后续的下载作准备,需要检验是否生成了镜像,并将生成的新镜像复制到共享文件中。
5)、实用工具Busybox的安装
若要运行一个Linux操作系统,除了内核代码以外,还需要一个根文件系统。
根文件系统通常是一个存放系统运行时必要的系统配置文件、设备文件以及存储数据文件的外部设备。
根文件系统一般包括这样一些子目录:
/etc/、/dev/、/usr/、/usr/bin/、/bin/、/var/等。
在现代Linux操作系统中,内核代码镜像文件(bootimage)也保存在根文件系统中。
系统引导启动程序会从这个根文件系统上把内核执行代码加载到内存中去运行。
制作嵌入式根文件系统一般使用开源的Busybox工具。
Busybox将许多常用的UNIX命令和工具结合到了一个单独的可执行程序中,它被非常形象地称为嵌入式Linux系统中的“瑞士军刀”。
虽然与相应的GNU工具比较起来,Busybox所提供的功能和参数略少,但在比较小的系统(如启动盘)或嵌入式系统中,已经足够了。
Busybox在设计上充分考虑了硬件资源受限的特殊工作环境。
它采用一种很巧妙的办法减少自己的体积,所有的命令都通过“插件”的方式集中到一个可执行文件中,在实际应用过程中通过不同的符号链接来确定到底要执行哪个操作。
例如,如果最终生成的可执行文件为Busybox,当为它建立一个符号链接ls的时候,就可以通过执行这个新命令实现列目录的功能。
而且采用单一执行文件的方式可最大限度地共享程序代码,甚至共享文件头、内存中的程序控制块等其他操作系统资源。
(1) Busybox安装程序的准备。
由于Busybox的安装程序存放在PC机中,因此需要从PC机中将Busybox的压缩文档拷贝至共享文件夹中;又由于安装程序为压缩文件,因此需通过终端命令对Busybox的压缩文件进行解压。
(2)启动Busybox的配置操作。
在解压完成后,同内核编译一样,需要根据设计的需要通过makemenuconfig命令对Busybox的相关性能进行配置。
(3) Busybox相关性能的配置。
打开配置框后,根据需要对相关选项进行配置,对于需要选择的项按Y键即可,需取消的选项可按N进行取消,最后将配置保存即可。
(4) Busybox配置后的编译。
配置完成后,为了成功安装Busybox,需要通过make命令对Busybox进行编译。
(5)进行Busybox程序的安装。
编译完成后,通过makeinstall命令对Busybox进行安装。
(6) Busybox相关文档的修改。
安装完成后,为了Busybox的正常运行,需要对相关文档进行修改。
6)、apps的安装过程
(1) apps安装程序的准备。
由于apps的安装程序存放在PC机中,因此需要从PC机中将apps的压缩文档拷贝至共享文件夹中;又由于安装程序为压缩文件,因此需要通过终端命令对apps的压缩文件进行解压。
(2) apps程序的配置编译。
解压完成后,为了apps的成功安装,需要先对相关文档进行修改,然后使用make命令对apps程序进行编译。
(3) apps程序的安装与修改。
编译完成后,便可以使用makeinstall命令对apps程序进行安装。
安装完成后,对相关文档进行修改即可。
7)、GUI工具包QT的安装
QT/Embedded是著名的QT库开发商Trolltech公司开发的。
它是为嵌入式设备上的图形用户接口和应用开发而定做的C++工具开发包,需要C++编译器的支持。
它可运行在多种嵌入式设备上,但主要是运行在嵌入式Linux系统上为嵌入式应用程序提供QT的标准API。
在嵌入式系统应用程序的设计中,常用来设计系统的界面。
(1) QT安装程序的准备。
由于QT的安装程序存放在PC机中,因此需要从PC机中将QT的压缩文档拷贝至共享文件夹中;而且由于安装程序是压缩文件,因此需要通过终端命令对QT的压缩文件进行解压。
(2) QT程序的安装过程。
解压完成后,为了顺利地运行安装程序,需要进入解压后的文件目录下,指令运行QT的安装程序。
该过程需要耗费一定的时间。
在安装程序运行完成后,需要通过指令对安装的QT进行测试。
(3) QT程序的测试及其他。
运行测试程序进行测试并按要求对相关选项进行设置。
测试完成后,按指令对QT其他模块进行安装。
图3:
各工具包安装后的结果
图4:
u-bbot下文件
图5:
linuxt-2.6.30.4下文件
图6:
busybox-1.13.0下文件
图7:
qt测试结果
7.课程设计收获和体会
首先,在PC机中安装好Linux操作系统和交叉编译环境;然后通过PC机上的操作系统对U-boot进行编译并生成可下载至芯片的镜像文件,U-Boot主要是为内核以及文件系统等的下载提供工作模式;其次是根据设计需要对内核进行相关配置和编译,并生成可下载至芯片的镜像文件;接着是利用安装好的实用工具Busybox,根据设计需要生成可下载至芯片的镜像文件;最后把上面生成的三个镜像烧至目标芯片便完成了Linux操作系统向目标芯片的移植。
通过这次课程设计,我熟悉了Linux操作系统环境的搭建、移植,以及Linux系统的初步应用。
在学习和初步掌握ARM嵌入式系统的硬件结构与工作原理、ARM汇编程序设计语言、Linux操作系统等ARM嵌入式系统基础理论以及嵌入式系统设计与开发基本方法的基础上,进行Linux操作系统开发环境的构建、移植与使用等综合实践,为实际从事ARM+Linux嵌入式系统的设计与开发打下良好的基础。
在此过程中我遇到很多的问题,有些问题可以从别人那参考到答案,但是有些问题很难找到解决的答案,经过无数次的调试后,总算是解决了。
耐心与坚持是一个软件人才必须拥有的素质,也许我花的时间比别人多,但我的结果并不会比别人少。
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