基于ARM9的嵌入式Linux移植和驱动程序设计

分类号学号M200971655学校代码10487密级硕士学位论文基于ARM9的嵌入式Linux移植和驱动程序设计学位申请人：付阳学科专业：通信与信息系统指导教师：叶斌副教授答辩日期：2012年1月7日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringEmbeddedLinuxTransplantationandDriverDesignbasedonARM9Candidate:FuYangMajor:Communication&InformationSystemSupervisor:AssociateProf.YeBinHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJan,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文I摘要随着计算机技术和通讯技术的迅速发展，嵌入式系统已经在工业控制、消费电子、通讯网络等领域取得了广泛的应用。ARM系列的嵌入式微处理器凭借其性能高、功耗低等优势，已经遍及工业控制、通信系统等产品市场，嵌入式Linux操作系统凭借其价格低廉、资源丰富、功能强大、易于移植等优势，成为嵌入式系统应用领域中的技术热点。本文基于以上嵌入式发展的背景论述了嵌入式Linux操作系统的移植和驱动程序设计，本次设计的系统是具有数据监控功能的嵌入式平台，能够为具体应用提供良好的扩展性。本文首先介绍了嵌入式系统的概念及嵌入式Linux的发展前景，阐述了以AT91SAM9263为核心的开发平台的硬件组成，介绍了嵌入式Linux的软件开发环境，根据本项目主板硬件的特点对嵌入式Linux内核的引导程序U-Boot进行了针对性的移植和研究，接着对嵌入式Linux系统内核的移植过程进行了详细的介绍，并且详细分析了根文件系统的设计和实现方法，然后介绍了嵌入式Linux下的设备驱动程序，以CAN、AC97为例，对字符型设备驱动程序的设计流程进行了重点的阐述。文章最后是对以上设计的功能测试，测试内容包括U-Boot的引导，Linux操作系统的启动、根文件系统的挂载和驱动程序的功能，接着通过测试的结果来总结本次设计的成果，并对以后的设计提出了新的要求。关键词：嵌入式Linux内核移植根文件系统驱动设计华中科技大学硕士学位论文IIABSTRACTAlongwiththerapiddevelopmentofcomputertechnologyandcommunicationtechnology，embeddedsystemhasalotofapplicationinindustrialcontrol，consumerelectronic，communicationnetworkandetc.ARMseriesofembeddedmicroprocessorbyvirtueofitshighperformance，lowpowerconsumptionadvantages，hasalreadyalotofapplicationinindustrialcontrol，communicationsystemandotherproductsmarket.EmbeddedLinuxoperatingsystem，byvirtueofitslowprice，abundantresources，strongfunction，easytotransplantandotheradvantages，hasbecomehottechnologyinembeddedsystemapplicationdomain.Basedontheabovebackgroundofthedevelopmentinembeddedsystem，thispaperdiscussesthetransplantationofembeddedLinuxoperatingsystemandthedesignofdriver.Thedesignofthissystemisanembeddedapplicationplatformthatcontainsdatamonitoringfunction.Itcanprovidegoodextensibilityforspecificapplications.ThispaperfirstintroducestheconceptofembeddedsystemsandthedevelopmentprospectsofembeddedLinux.ElaboratedtheAT91SAM9263asthecoreofthedevelopmentplatformofhardwarecomponents.IntroducedthedevelopmentenvironmentofembeddedLinuxsoftware.Accordingtothehardwarefeaturesofprojectboard，wehaveantargetedtransplantationandresearchforU-BootandtheembeddedLinuxsystemkernel.Thenanalysisedtherootfilesystemdesignandtherealizationmethod.WetakeCANAC97asanexample，detailedlydiscussestheembeddedLinuxdevelopmentprocessofcharacterdevicedrivers.Finally，wefocusonthefunctionaltestforthedesign.ThetestsincludedtheguideofU-Boot，thebootofLinuxoperatingsystem，themountofrootfilesystemandthefunctionofdrivers.Thenwesummarizetheresultsandputforwardnewrequirementsforthefuturedesign.Keywords：embeddedLinuxkerneltransplantationrootfilesystemdriverdesign华中科技大学硕士学位论文III目录摘要...................................................................................................................IABSTRACT........................................................................................................II1绪论1.1嵌入式系统概述.........................................................................................(1)1.2嵌入式Linux的发展方向.........................................................................(2)1.3课题的背景及意义....................................................................................(3)1.4论文主要内容及安排................................................................................(3)2Linux开发环境的搭建2.1Linux硬件开发平台..................................................................................(5)2.2Linux软件开发环境..................................................................................(7)2.3本章小结.....................................................................................................(8)3Linux操作系统的移植3.1移植bootloader..........................................................................................(9)3.2移植嵌入式Linux内核...........................................................................(19)3.3移植根文件系统.......................................................................................(29)3.4本章小结...................................................................................................(37)4Linux驱动程序的开发4.1Linux设备驱动程序概述........................................................................(38)4.2Linux字符设备驱动程序开发流程........................................................(39)4.3CAN驱动程序设计.................................................................................(41)4.4AC97驱动程序设计................................................................................(44)4.5本章小结...................................................................................................(47)5系统功能测试5.1测试环境................................................................................