嵌入式软核的Linux操作系统应用研究

论文摘要

随着计算机技术的发展,嵌入式系统已经广泛应用到工业控制、信息家电、机电产品等众多领域。其中大多数应用都是基于ARM、Power PC、MIPS等硬核处理器,虽然技术比较成熟,但其生产成本较高,设计灵活性较差,产品一旦完成便不易升级。因此,本文主要研究基于Nios II软核处理器的嵌入式系统应用。Nios II是Altera公司为实现SOPC（System On a Programmable Chip,片上可编程系统）技术而设计的第二代FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）嵌入式处理器,它以软核的形式在FPGA中实现,具有高度的灵活性和可配置性。Linux操作系统作为开源、免费的自由软件,具有高效、稳定、可裁剪、支持多种硬件设备等特点在嵌入式系统中得到了广泛的应用,uClinux是Linux操作系统的一个嵌入式版本。本课题重点讨论嵌入式uClinux操作系统在Nios II软核处理器上的移植过程及应用。本文以EP2C35F484C8 FPGA芯片为核心,首先,研究了基于Nios II嵌入式处理器的软件架构,利用SOPC Builder开发工具搭建了基于Nios II的嵌入式系统硬件开发平台,并详细分析了各个组成模块的功能;然后,在PC机上搭建运行嵌入式系统开发所需的交叉编译环境,并在Nios II平台上完成了对通用嵌入式操作系统引导程序U-Boot的分析和移植;接着,分析和研究了嵌入式uClinux操作系统在Nios II上的移植过程,通过对内核的修改、配置与编译,并制作合适的根文件系统,搭建了一个功能完善的嵌入式操作系统开发平台;最后,研究并实现了在此平台上基于LCD的设备驱动程序开发,同时对图形用户界面MiniGUI进行了简单的分析和移植。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状和发展方向
• 1.3 论文主要工作
• 第二章 系统方案设计
• 2.1 嵌入式系统概述
• 2.1.1 嵌入式系统的发展
• 2.1.2 嵌入式系统的特点
• 2.1.3 嵌入式系统的组成
• 2.1.4 嵌入式Linux 操作系统概述
• 2.2 Nios II 处理器概述
• 2.2.1 Nios II 处理器简介
• 2.2.2 Nios II 处理器特点
• 2.3 方案设计
• 第三章 搭建Nios II 嵌入式系统硬件开发平台
• 3.1 FPGA 概述
• 3.2 SOPC 技术简介
• 3.3 用SOPC 定制Nios II 系统组件
• 3.3.1 实验平台介绍
• 3.3.2 Nios II 系统组成框图
• 3.3.3 Nios II 系统定制过程
• 3.3.4 Altera 命令行工具的使用
• 第四章 U-Boot 在Nios II 上的移植
• 4.1 BootLoader 概述
• 4.2 U-Boot 概述
• 4.2.1 U-Boot 简介
• 4.2.2 U-Boot 代码结构
• 4.3 U-Boot 的常用命令及烧写方法
• 4.3.1 U-Boot 常用命令
• 4.3.2 U-Boot 的烧写方法
• 4.4 U-Boot 移植过程分析
• 4.4.1 U-Boot 的执行过程
• 4.4.2 配置U-Boot
• 4.4.3 编译和运行U-Boot
• 4.4.4 烧写U-Boot 文件到Flash 中
• 第五章 uClinux 在Nios II 上的移植
• 5.1 嵌入式操作系统uClinux 概述
• 5.2 uClinux 系统开发过程
• 5.2.1 uClinux 的启动过程
• 5.2.2 uClinux 的开发环境
• 5.3 uClinux 的移植过程
• 5.3.1 uClinux 初步配置与编译
• 5.3.2 uClinux 内核详细配置
• 第六章 uClinux 下LCD 设备驱动程序开发应用
• 6.1 Linux 设备管理概述
• 6.1.1 Linux 设备的分类
• 6.1.2 设备驱动程序
• 6.1.3 设备标识及设备文件
• 6.2 字符设备管理及内核模块编写
• 6.2.1 字符设备管理概述
• 6.2.2 内核模块编写方法
• 6.2.3 内核的应用程序接口函数
• 6.3 基于240128A LCD 的字符设备驱动
• 6.3.1 编写240128A 设备驱动程序
• 6.3.2 添加240128A 设备驱动程序到内核
• 6.4 图形用户界面MiniGUI 移植
• 6.4.1 MiniGUI 简介
• 6.4.2 MiniGUI 移植分析
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果