重慶大學碩士學位論文中文摘要 摘要 工業氣動打印機主要應用于汽車、機械、輕工等領域，可以對鋼鐵、木料等 各種原材料制成的銘牌、零件等產品進行標記打印，是工業企業對產品進行標記、 高效管理和分類的輔助工具。根據其系統結構和控制方式的不同，可以分為計算 機控制、單片機控制和上下位機混合控制三種類型。針對目前進口氣動打印機功 能較完整，但是價格昂貴，而國內的氣動打印機又存在打印速度低、體積龐大、 精度較低等缺陷，本文提出了一種體積小、打印速度快、低成本、打印精度高、 操作方便的嵌入式高速工業氣動打印機。 通過對嵌入式高速工業氣動打印機的需求分析和各方案對比，同時為了保證 打印精度和速度，系統采用上下位機混合結構與閉環控制方式。上位機采用目前 廣泛使用的3 2 位高性能低功耗嵌入式r i s c ( r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ) 處 理器$ 3 c 2 4 4 0 ，用于取代傳統氣動打印機中的通用計算機或單片機作為主控制器， 下位機采用1 6 位超低功耗微控制器m s p 4 3 0 作為打印驅動控制器。系統支持多種 擴展接1 2 1 以保證其通用性和可擴展性，并創新性的引入網絡接口。 上位機采用嵌入式l i n u x 操作系統，并且基于q t e ( q t e m b e d d e d ) 構建了自 己的輕型g u i 庫，提供了高質量軟件的同時保證了良好的用戶體驗。它主要完成 人機交互、數據管理、輪廓提取、通信等功能。系統配備6 4 m b 內存保證了系統 的高效運行；對t t f 字體和p l t 文件的支持豐富了打印內容，滿足了更多客戶的 需求；采用y a f f s 2 文件系統，提供了最低1 2 8 m b 的本地數據存儲；系統還支持 網絡共享和遠程控制，首次實現了打印機的網絡化；人機交互采用l c d 與觸摸屏 的設計，使得操作更加直觀方便。由于下位機采用1 6 位微控制器m s p 4 3 0 ，系統 增強了下位機的功能，并首次將部分打印算法下放以提高打印精度和速度。下位 機主要完成通信、直線插補運算、打印驅動控制、信息反饋等功能。 經過一年多的研制，實現了系統的全部功能。較長時間的運行調試和實際測 試表明系統操作方便，速度快且打印精準，而且打印內容清晰、規范、美觀，滿 足了當前市場對嵌入式高速工業打印機的系統需求，達到了市場領先水平，具有 很好的市場競爭力。 關鍵詞：工業氣動打印機，嵌入式系統，l i n u x ，q t e m b e d d e d a b s t r a ct i n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e ri sm a i n l yu s e di nt h ef i e l d so fa u t o m o b i l e s ，m a c h i n e r y , 1 i 出ti n d u s t r ye t c i tc a np r i n t o nt h en a m e p l a t e s ，i n d u s t r i a lp a r t so ro t h e r1 n d u s t r i a l d r o d u c t s ，w h i c _ ha r ema _ k eo fs t e e l ，w o o da n do t h e rr a wm a t e r i a l s - m o r e o v e r ，i t1 s a n a u x i l i a r vt o o lf o rt h ei n d u s t r i a le n t e r p r i s e so nt h em a r k i n g ，e f f i c i e n tm a n a g e m e n ta i l d c l a s s i f i c a t i o n a c c o r d i n gt o t h ed i f f e r e n c e so fs t r u c t u r ea n dc o n t r o l l i n g ，p n e u m a t l c d m t e rc a l lb ed i v i d e di n t ot h r e et y p e s ：c o m p u t e rc o n t r o ls y s t e m ，m l c r o p r o c e s s o r c o n t r o l s v s t 鋤a n dt h eh y b r i dc o n t r o ls y s t e m c u r r e n t l y , t h ei m p o r t e dp n e u m a t i cp r i n t e rw i t ha b e t t e rf u n c t i o ni se x p e n s i v e ；a n dt h ed o m e s t i cp n e u m a t i cp r i m e r h a sm a n yd e f e c t s ，s u c n a sl o wp r i m s p e e d ，b u l k ya n dl o wp r e c i s i o ne t c a i m i n g a tt h o s ep r o b l e m s ，n e r e p r e s e n t sa ne m b e d d e dh i g h s p e e di n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e r ( e h i p ) w i t h s m a l ls i z e ， l o w c o s t ，h i g h p r e c i s i o na n dg o o do p e r a b i l i t y a f t e ra n a l y z i n gt h ed e m a n d so ft h ee h i pa n dc o m p a r i n gt h ed i f f e r e n ts o l u t i o n s ，i t u s e sh y b r i ds t r u c t u r ew i t hc l o s e d - l o o pc o n t r o lm o d et o e n s u r et h ei l i 曲s p e e da 1 1 d p r e c i s i o n t h eu p p e r - c o m p u t e ra d o p t st h ew i d e l yu s e d3 2 b i th i g h - p e r f o r m a n c e a n d 1 0 w p o w e re m b e d d e dr i s cp r o c e s s o r $ 3 c 2 4 4 0a st h em a i nc o n t r o l l e r , w h l c hr 印l a c e s t h ec o m p u t e r o rm i c r o c o n t r o l l e r i nt h et r a d i t i o n a lp n e u m a t i cp r i n t 既 ln e l o w e r - c o m p u t e ra d o p t st h e16 b i tu l t r a 1 0 wp o w e r m i c r o c o n t r o l l e rm s p 4 3 0a st h ep r i n t d n v e rc o n 仃d l l e r i no r d e rt oe n s u r ei t sv e r s a t i l i t ya n ds c a l a b i l i t y , t h i ss y s t e ms u p p o r t sa v 耐e t vo fe x p a n s i o ni n t e r f a c e s ；f u r t h e r m o r e ，i ti n n o v a t i v e l ya d d s an e t w o r ki n t e n a c e t h eu p p e r - c o m p u t e ro p e r a t i n gs y s t e mi se m b e d d e dl i n u x b a s e do nt h eq t e ，i t b u i l d sal i g h t w e i g h tg u il i b r a r y , w h i c hp r o v i d e sh i g h q u a l i t ys o f t w a r ea n db e t t e r u s e r e x p e r i e n c e i t sm a i nj o bi sh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，d a t am a n a g e m e n t ，c o n t o u r e x t r a c t i o n ，c o m m u n i c a t i o n se t c e h i ph a s6 4 m bm e m o r yt og u a r a n t e e i t se 伍c i e n c y ； s u p p o r t i n gf o rt h et t f f o n t sa n dp l tf i l e s ，i ti n c r e a s e st h ep r i n tc o n t e n ta n dm e e t s t n e n e e d so fm o r ec u s t o m e r s ；u s i n gt h ey a f f s 2f i l es y s t e m ，i t l sp r o v i d e sam i n i m u m 12 8 m bl o c a ld a t as t o r a g e ；i ta l s os u p p o r t sn e t w o r ks h a r i n g a n dr e m o t ec o n t r o l ，1 n a d d i t i o n i ti st h ef i r s tt i m et or e a l i z et h ei n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e rn e t w o r k i n g ；f h e l c dw i t ht o u c hs c r e e nm a k e st h eo p e r a t i o nm o r ec o n v e n i e n ta n d i n t u i t i v e d u et ot h e 16 一b i tm i c r o c o n t r o l l e rm s p 4 3 0 ，t h el o w e r - c o m p u t e r sf u n c t i o nh a sb e e ne n h a n c e d i n o r d e rt oi m p r o v et h ep r i n ts p e e da n dp r e c i s i o n ，t h es y s t e mp o r t ss o m ep r i n t i n ga l g o r i t h r n i i 重慶大學碩士學位論文英文摘要 t ot h el o w e r - c o m p u t e r t h el o w e r - c o m p u t e r sm a i nj o bi sc o m m u n i c a t i o n ，l i n e a r i n t e r p o l a t i n go p e r a t i o n ，t h ep r i m e rd r i v e rc o n t r o l ，f e e d b a c ke t c a c c o r d i n gt ot h ed e s i g ns o l u t i o n ，t h i ss y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e da n dt e s t e dw i t h a l lt h ef u n c t i o n s t h r o u g hal o n gt i m ed e b u g g i n ga n dt e s t i n g ，i ts h o w st h a tt h es y s t e mi s e a s yt oo p e r a t e h a sh i g h s p e e da n dh i g h p r e c i s i o np r i m i n g w i t hc l e a r , s t a n d a r da n d b e a u t i f u lm a r k i n g ，i tm e e t st h em a r k e t i n gr e q u i r e m e n t s m o r e o v e r , t h es y s t e mh a s r e a c h e dt h el e a d e rl e v e lo nt h ei n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e r , a n dh a ss t r o n gm a r k e t c o m p e t i t i v e n e s s k e y w o r d s ：i n d u s t r i a lp n e u m a t i cp r i n t e r , e m b e d d e ds y s t e m ，l i n u x ，q u e m b e d d e d i i i 重慶大學碩+ 學位論文1 緒論 1 緒論 1 1 課題背景與意義 中國加入w t o 已經十多年，經濟取得了突飛猛進的發展，各種工業產品的制 造量也在飛速上升，被稱為“世界工廠”，同時也是使得各種品類繁多的工業產品的 管理、儲運和分類等變得更為復雜。此時如何對他們進行有效的管理和分類變得 非常重要，而對各種產品進行標記正是分類管理的前提。特別是各種機械產品及 其零部件，不方便使用傳統方法進行標記，因此對這些產品的標記( 包括商標、 規格、型號等) 變得更加重要，同時標記質量的好壞直接影響到產品的質量、外 觀和使用壽命，也是作為產品質量不可忽視的一個重要方面。 經過長期的發展，工業打印技術已經不僅僅只是標記產品的作用，精美的標 記更有助于提升產品形象，保證企業生產的各種產品的可追溯性，為良好的售后 保證和質量提供保障。傳統的標記技術主要有三種：字模壓印、金屬電印和激光 打印等技術 卜3 1 。但是他們都具有設備龐大、功耗大、不易于攜帶和高成本等缺點。 嵌入式高速工業氣動打印機正是針對機械產品的特殊性和其他幾種標記方法 缺點而研制一種新型標記打印工具，具有微型、功耗低、易攜帶、操作簡單、價 格便宜等優勢 3 1 。工業氣動打印機通過高壓氣體驅動，利用物理方法可以在不同類 型的工業產品表面打印出文字或者圖像等信息，標記清晰、保持持久和難以銷毀 等優勢。它主要應用于汽車、摩托車及其零部件、機械、輕工等領域，可以對塑 料、鋁制品、鋼鐵器件以及木料等各種原材料制成的銘牌、零件等產品進行標記， 可以工作于比較惡劣的工業環境。最早的工業氣動打印機是從國外引入的，至今 一些先進的工業氣動打印機都需要從國外進口，目前國內的工業氣動打印機還有 待提高，所以研制新型的工業氣動打印機就十分重要【3 4 j 。 實驗室和重慶恒偉精密儀器機械有限公司在工業氣動打印機研制方面有著長 期的合作，共同開發了多代工業氣動打印機，并取得了很好的銷售業績，有著豐 富的經驗和雄厚的技術儲備，為新產品的研制奠定了技術基礎，同時該公司立足 西南服務全國，也保證了新產品能夠很快的推向市場。 1 2 工業氣動打印機的國內外研究現狀 工業氣動打印機又稱氣動打標機、氣動刻印機等。從上世紀八十年代開始在 西方國家被廣泛使用，國外的相關技術已經日趨成熟 4 1 。國內最早的工業氣動打印 機也是從西方引進的，經歷了2 0 多年的發展，研究和生產工業氣動打印機的企業 重慶大學碩士學位論文1 緒論 也越來越多，由于其獨特的優勢，在各大汽車制造商、零部件企業等重工業企業 得到廣泛應用，具有很好的市場前景。 工業氣動打印機的基本工作原理是由控制器驅動步進電機移動，同時通過高 壓氣體沖擊，通過打印針頭在被標記物體表面形成由密集點陣組成的各種文字或 者圖案。其中打印路徑控制是工業氣動打印機的核心技術，整個系統組成如下圖： 圖1 1 打印機系統 f i g 1 1p r i n t e rs y s t e m 控制器通過對打印內容輪廓的提取和插補運算從而計算出打印內容的運動軌 跡，再根據它控制步進電機的移動，常用的有兩軸和三軸打印機。控制器對電機 的控制也分為閉環和開環兩種方式。開環控制只是單向的由控制器驅動電機，而 不具有執行反饋功能，在早期型號的氣動工業打印機上比較常見。而后期的產品 大多采用閉環控制，它可以對控制指令的執行結果進行實時反饋，從而更加精確 有效地控制電機完成打印。 由于我國的工業氣動打印機從國外引入較晚，國內的工業氣動打印機整體水 平低于國外，產品也有一定的差距。目前的主要研究內容集中在打標機硬件的微 型化、控制軟件的優化、軟件界面的人性化等方面。根據控制器與控制方式的不 同，工業氣動打印機主要分為以下幾種類型p j ： 通用計算機直接控制的工業氣動打印機 通用計算機控制方式下的工業氣動打印機主要有通用計算機、控制軟件、步 進電機驅動電路、空氣壓縮機控制電路等構成，如圖所示。通用計算機通過安裝 專用的控制軟件完成打印參數的設置、打印內容的編輯以及打印的控制等功能， 并通過接口卡產生脈沖來完成對步進電機的驅動和高壓氣閥的控制。 通用計算機h 阢鼬卡卜 卅”筆蠢驅動h 步進電機 上一土 小薔 圖1 2 計算機控制的打印系統 f i g 1 2c o m p u t e r - c o n t r o l l e ds y s t e m 重慶大學碩士學位論文1 緒論 該型工業氣動打印機的優點在于可以充分利用通用計算機提供的強大功能， 控制軟件大多基于微軟的v i s u a lc + + 平臺，同時可以利用各種制圖軟件( 如 a u t o c a d ，c o r e l d r a w 等) 實現各種復雜圖形的設計。但是它也有幾個比較突出的 缺點：首先，如果該型工業氣動打印機應用于比較惡劣的工業環境，需換用工業 計算機，價格昂貴，增加了整個打印機的成本；其次，計算機體積較大，不便于 攜帶；此外，基于v i s u a lc + + 的控制軟件都是通過軟件延時來實現對打印速度的控 制，由于w i n d o w s 是多任務操作系統，軟件層面很難實現精確的定時操作，導致 整個打印機打印速度難以提高，在高速打印狀態下容易出現電機失調，打印拖尾 等現象。這種控制結構的工業氣動標記系統多用于早期的產品，現在已經逐漸被 市場淘汰。 微處理器控制的工業氣動打印機 該型打印機主要有微控制器電路、人際交互接口、打印控制電路等組成，如 圖所示。 圖1 3 微處理器控制的打印機系統 f i g 1 3m i c r o p r o c e s s o r - c o n t r o l l e ds y s t e m 與基于通用計算機的打印機區別在于使用專門的系統和微處理器來實現對打 印的控制。打印機的人機交互通常通過鼠標、l c d 顯示和鍵盤來實現。該型產品 具有價格低廉、體積小和低成本等優點，但是由于微處理器的處理能力有限，打 印內容的可編輯性大大降低，用戶使用不方便，從而阻礙了它在市場的普及 5 1 。 上位機和下位機交互控制的工業氣動打印機 人際交互接口 u 器h 繅蠢h 步進吼 通通 信信 下位初 0 j上位機 接接 口口 微處理器 電磁閥n 打印針頭 圖1 4 混合控制系統 f i g 1 4h i y b i r d - c o n t r o l l e ds y s t e m 重慶大學碩士學位論文1 緒論 該型工業氣動打印機將系統的兩大主要人際交互和打印控制功能分離，通過 上位機完成人機交互，包括打印參數的設置、打印內容的編輯和打印內容的提取 等，再以指令的形式發送給下位機執行具體的電機控制，如1 4 所示。上位機可以 是通用計算機或者嵌入式處理器，下位機可以采用單片機、f p g a 和微處理器等【l 3 j 。 這種控制方式是目前的主流方式，它最大的優點在于實現了圖形顯示、打印 輪廓提取和打印控制的分離，充分利用上位機的處理能力和下位機控制器的實時 性和穩定性，提高了打印機的整體性能。 1 3 工業氣動打印機的發展趨勢 由于近幾年微處理器技術、精密控制技術、嵌入式技術和軟件工程等的進步， 當前工業氣動打印機的發展趨勢主要有以下幾個方面 3 7 】： 智能化和微型化 隨著嵌入式技術的發展，工業氣動打印機的智能化、微型化成為了研究熱點 和重點。智能化和微型化主要體現為：打印過程的實時監控和即時反饋；打印工 作的人性化操作；根據要求自主打印；自動定位、跟蹤打印狀態；錯誤信息即時 處理和報警等方面。 高精度 產品標記效果的清晰度是工業氣動打印機的主要指標，而隨著打印控制精度 的提高，產品標記打印的質量也會相應提升。 高效率 未進行路徑優化的傳統打印機按照字符路徑逐點打印，空走行程較多，從而 導致打印效率低下。通過對打印軌跡的跟蹤和優化，最大限度的縮短空走行程來 提高打印效率。 打印內容的高適應性 由于傳統的工業氣動打印機只能編輯和打印有限的字符和圖形，而不能支持 任意圖形，從而導致了打印內容的局限性。通過對控制軟件的改進，使其支持更 多常用的圖形打印，例如a u t o c a d 、c o r e l d r a w 等的圖形，以適應各種圖形文件格 式的打印。 1 4 課題的研究內容 本課題通過對國內外工業氣動打印機的歷史、研究現狀和發展趨勢進行了深 入分析，針對當前工業氣動打印機的不足，根據其未來的發展趨勢以及不同的設 計方案進行了對比論證，提出了一種新的系統方案。采用上下位機分離的控制方 式，使用a r m 9 作為上位機處理器，并基于嵌入式l i n u x 和q t e 開發主控軟件； 4 重慶大學碩士學位論文1 緒論 下位機主控制由低功耗微處理器m s p 4 3 0 代替常用的單片機，完成對打印機械結 構的控制。具體工作如下： 制定了新的系統方案，完成系統硬件設計； 研究并實現了l i n u x 操作系統的裁減、移植與調試； 基于l i n u x 的驅動程序的開發與移植； 研究并實現了q t e 圖形界面框架的裁減與移植； 實現了基于q t e 的打印控制軟件的各個功能，主要包括圖形界面、打印實 時演示、打印輪廓的提取、數據通信等功能； 增強了打印內容適應性，支持a u t o c a d ，c o r e ld r a w 輸出圖形直接打印， 支持矢量字體； 提高了軟件的用戶體驗，支持對打印內容的拖拽縮放，網絡共享等功能； 提出了全新的打印控制模型，將部分功能下放至下位機m s p 4 3 0 ，提高了控 制的精確性； 提出了路徑優化模型，提高了打印效率。 1 5 論文結構 本論文的內容安排如下： 第一章在查閱大量國內外相關文獻的基礎上，分析了工j i k 氣動打印機的行業 背景、研究意義、國內外研究現狀以及發展趨勢，然后介紹了本課題本人的主要 工作內容。 第二章針對系統的性能需求，設計出了整體方案，并選擇了各軟硬件平臺和 開發工具。 第三章對系統硬件的總體做了簡單介紹，并逐一介紹各個重要模塊的設計與 實現。 第四張介紹了b o o t l o a d e r 的移植，嵌入式l i n u x 系統的裁減與移植，并著重 介紹了l c d 與觸摸屏驅動程序的移植與開發。 第五章介紹了q t e 的裁減與移植、基于q t e 的打印控制軟件的設計和下位 機控制軟件的設計，也是本課題的主要內容。 第六章對全文的總結和未來工作的展望。 重慶大學碩士學位論文 2 總體方案設計 2 總體方案設計 隨著嵌入式技術的迅速發展，特別是近幾年觸摸屏的普及，市場急需一種具 有良好用戶體驗和功能更加全面的工業打印機。由于u s b 設備、網絡接口等的普 及，市場也要求打印機能夠更加全面的對這些接口兼容。以前的便攜式工業打印 機多基于a r m 7 等低端處理器，導致系統處理能力有限，存在圖形化界面粗糙、 不支持中文輸入、響應速度慢、接口單一和操作不方便等諸多缺劇引。現在研制的 嵌入式高速氣動工業打印機在系統整體性能提高的同時，也改進了以上幾個問題， 帶來良好的用戶體驗，提高了產品的市場競爭力。 2 1 系統工作原理與性能需求 在分析和選擇系統方案之前，首先我們必須了解一下整個氣動工業打印機的 基本工作原理和系統的主要性能需求。 2 1 1 系統工作原理 嵌入式高速氣動工業打印機大致有以下幾個主要部分組成： 主控裝置：它是打印機的核心部件，主要包括微控制器、打印機控制軟件 ( 與用戶交互) 、打印數據存儲( 包括本地存儲和網絡存儲) 和數據通信( 與打印 機控制器通信) 等組成； 打印驅動裝置：它服從主控器的控制，完成實際的打印工作，主要有機械 執行裝置、控制器微處理器、步進電機、電磁閥等組成； 輔助設備：為整個系統的正常工作提供支撐作用，主要包括電源、空氣壓 縮機、機械夾具等。 圖2 1 系統結構 f i g 2 1s y s t e ms t r u c t u r e 重慶大學碩士學位論文 2 總體方案設計 嵌入式高速氣動工業打印機的系統如圖所示，系統的主要操作流程為：用戶 通過上位機的打印機控制軟件輸入需要打印的內容，主要有v i n 碼，中文字符， 英文字母，各種自定義圖形等，然后可以對其進行各種編輯，包括裁減、縮放、 旋轉、定位、打印預覽等操作。完成編輯后，再設置打印參數，主要有旋轉參數、 打印方式、打印速度、空走速度、開關氣延時等，然后便可以直接打印。 系統的打印流程為：首先上位機控制軟件通過對輸入內容的分析、輪廓提取、 路徑優化，包括曲線擬合等，最終轉變為打印指令發送給下位機控制器執行，下 位機通過直線插補、驅動步進電機和電磁閥完成打印，在機械裝置執行打印操作 的同時上位機會實時模擬當前的打印位置和狀態。 2 1 2 系統性能需求和技術指標 本課題的主要目的是研制一種高速、高精確度、良好的人機交互、人性化的 軟件設計、可平滑升級的多功能嵌入式工業氣動打印機，并且滿足客戶長期需求， 具有良好的市場競爭力。 為了滿足以上要求，系統的主要功能可以分為以下幾個部分【l 。3 5 。7 j ： 良好人機交互功能：精美的圖形化界面，人性化的操作，直觀方便的參數 設置，各種文字、圖形和簡單圖像的編輯、顯示和預覽，支持c a d 圖形文件，支 持主流矢量字體( 如t t f 字體) 。 打印控制功能：可以打印各種文字、圖形、v i n 碼、流水號，字符大小、 間距可調，支持扇形、圓形排列，打印速度可控，打印深度可調( 通常為0 0 2 2 0 m m ) ， 支持旋轉打印模式，支持多平面打印模式。 完善的數據管理：支持本地保存和網絡保存兩種存儲方式，提供獨立的數 據管理功能，提供打印日志和各種用戶權限管理。 豐富的接口：提供串口、u s b 和網口，方便前期調試和后期使用；支持u s b 鍵盤、u s b 鼠標以及各種u 盤和讀卡器，方便數據共享。 獨立的對針功能：可以獨立的對打印針頭進行對準和校正，能夠顯示針頭 的坐標和狀態；提供實時的針頭硬復位。 本系統最終會面向市場和客戶，在實現以上功能的同時，需滿足國家相關質 量規定和以下幾點基礎技術指標：標記范圍，標準型為1 5 0 x 1 0 0 m m ，根據不同的 機械結構可調；標記速度：5 m m 9 0 m m s ，速度可調；標記深度：深度可調，一般 為o 1 5 m m ；標記工件硬度： 18 ) & 0 x f f f c ， b o o t _ p a r a m s = $ 3 c 2 4 1 0 一s d r a m p a + o x l 0 0 ， i n i t - i r q = s 3c 2 4 x x _ i n i t _ i r q ， m a p _ i o= a r m 2 4 4 0 _ m a p _ i o ， i n i tm a c h i n e = a r m 2 4 4 0m a c h i n ei n i t ， 重慶大學碩士學位論文4 嵌入式l i n u x 系統的移植 t i m e r2 & s 3 c 2 4 x x _ t i m e r , m a c h i n e e n d 修改m a c h i n ei d 。在m a c h m y 2 4 4 0 c 文件中定義的最后一個宏 m a c h i n es t a r t 的第一個參數m y 2 4 4 0 為架構名，它必須與 a r c h a r m t o o l s m a c h - t y p e s h 中的架構名相同，它也對應一個唯一的m a c h i n ei d ， 而且i d 必須與b o o t l o a d e r 傳遞過來的i d 相同才能正常啟動l i n u x 內核。 修改l c d 配置。主要包括修改l c d 背光和l c d 參數。系統使用的為三星 3 5 英寸屏液晶屏，大小為3 2 0 x 2 4 0 ，需要修改文件a r c h a 刪m a c h s 3 c 2 4 4 0 m a c h a r m 2 4 4 0 c 。 s t a t i cs t r u c ts 3c 2 410 f b _ d i s p l a ya r m 2 4 4 0 1 c dc f g _ _ i n i t d a t a2 n 曲t _ m a r g i n = 8 ， h s y n c _ l e n = 6 ， u p p c r m a r g i n 2 8 1 0 w e r m 嘶n 2 3 v s y n c _ l e n2 10 ， ) ； s t a t i cs t r u c ts 3c 2 410 t b m a c h i n f oa r m 2 4 4 0 一f b i n f o i n i t d a t a2 d e f a u l t _ d i s p l a y = 0 g p c c o n = 0 x a a 9 5 5 6 9 9 ， g p d u p _ m a s k = 0 x t i t t i i f f , 1 p c s e l = 0 x f 8 2 ， ) ； 4 3 3l i n u x 內核裁減與編譯 完成對內核主要部分的修改之后，進入內核裁減。l i n u x 內核裁減實際上是對 內核配置，裁減掉不需要的內容，由于內核結構龐大，內容復雜，需要熟悉和了 解配置的各個具體含義。在終端中，常用的四種配置方法：m a k ec o n f i g 、m a k e o l d c o n f i g 、m a k em e n u c o n f i g 和m a k ex c o n f i g ，其中使用最多的是m a k em e n u c o n f i g 。 內核配置可以參考m i n l 2 4 4 0 開發板n e c 3 5 英寸的配置，將它的配置文件復 制到內核根目錄下，操作如下： 拌c dl i n u x 2 6 2 9 # c pa r c h a x m c o n f i g s m i n i 2 4 4 0 _ n 35 c o n f i g # m a k em e n u c o n f i g m a k em e n u c o n f i g 提供基于n c u r s e s 圖形界面的配置界面，如下圖所示，在該 界面下對針特定的開發板進行相應的內核配置。 重慶大學碩士學位論文 4 嵌入式l i n u x 系統的移植 圖4 4 內核配置 f i g 4 4k e r n e lc o n f i g u r a t i o n 進入如上圖所示的配置界面后，按e n t e r 鍵進入下一級選項，s p a c e 鍵選中或 者取消對某一項配置的選中，如果該選項前面是”【】，表示它具有兩種狀態：選中或 者不選，如果該選項前面是”則表明它有三種狀態：選中、不選或者編譯為模 塊，其中“幸，表示選中，“m ”表示作為模塊編譯內核，“【 ，表示不選。開發板的主要 配置如下【l 圳： q l o a d a b l em o d u l es u p p o r t 配置可加載模塊的支持。由于有些驅動采用動態方 式加載，所以要配置該選項，配置后可以使用l s m o d 、i n s m o d 和r m m o d 等工具。 ) s y s t e m t y p e 處理器的內核選擇，加入內核對$ 3 c 2 4 4 0d m a 的支持。配置 中大部分標注為$ 3 c 2 4 1 0 ，因為2 4 1 0 與2 4 4 0 的很多寄存器地址和設置完全相同。 ( 亙) d e v i c ed r i v e r s 設備驅動配置。主要包括l c d 驅動、觸摸屏、u s b 鼠標和 鍵盤、網卡驅動、按鍵驅動、串口驅動、y a f f 2 s 文件系統支持等驅動的配置。 l c d 相關配置，由于m i n l 2 4 4 0 采用n e c 3 5 顯示屏，而本系統選用三星3 5 屏，配置中修改如下： g r a p h i c ss u p p o r ts u p p o r tf o rf r a m eb u f f e rd e v i c e s $ 3 c 2 4 1 0l c df r a m e b u f f e r s u p p o r t l c ds e l e c t3 5i n c h3 2 0 x 2 4 0s a m s u n gl c d y a f f s 2 文件系統配置，首先要在m t d 中配置m t dp a r t i t i o n i n gs u p p o r t 和 n a n dd e v i c es u p p o r t ，然后進入f i l es y s t e m s 配置對y a f f s 2 的支持。 網卡驅動配置，首先配置網絡協議，進入n e t w o r k i n gs u p p o r t 配置t c p i p 協 議，使用k e r n e ll e v e la u t o c o n f i g u r a t i o n ；然后進入d e v i c ed r i v e r sn e t w o r kd e v i c e s u p p o r t 選擇網卡驅動d m 9 0 0 0 。 完成內核的配置之后便可以編譯內核，首先清除以前編譯過的殘留文件，再 編譯內核z l m a g e 文件。 # r n a k ec l c a n 2 4 重慶火學碩士學位論文 4 嵌入式l i n u x 系統的移植 # m a k ez l m a g e 編譯幾分鐘后，在a r c h a r m b o o t 目錄下生成z i m a g e 壓縮后的內核映像文件。 內核在啟動之后會在指定的地址讀取根文件系統，所以在內核編譯完后還需要建 立文件系統才能正常啟動l i n u x 。 4 4l i n u x 文件系統的移植 根文件系統是l i n u x 的一個核心組成部分，它包含了內核所需的可執行文件和 系統管理文件，如各種庫文件、工具文件、腳本以及配置文件等，以樹形結構進 行組織。嵌入式常用的根文件系統包括j f f s 2 、y a f f s 2 、c r a m f s 和n f s 等， l i n u x 通過虛擬文件系統v f s 對各類文件系統進行統一管理，v f s 為各類文件系 統提供了統一的操作和a p i 。 本設計采用y a f f s 2 文件系統，它是專為嵌入式系統設計的一種基于 n a n d f l a s h 的日志型文件系統，具有速度快、掛載時間短和內存占用小等諸多特點 【4 l 4 2 1 。而且日志結構的文件系統提供了損耗平衡和掉電保護，從而可以避免意外 掉電對文件系統的一致性和完整性的影響【4 3 1 。y a 凰文件系統結構如下 4 24 4 】： f i l ei o v f s y a f f sd i r e c t v 刎 y a f f s g u t s 礦 h n d 。 n o rr e c o r d n a n dr e c o r d j n o rf l a s h n a n df 1 a s hn a n de m l j l a t o r 圖4 5 y a f f s 結構 f i g 4 5y a f f ss t r u c t u r e 文件系統的具體移植步驟如下： 在內核配置中添加y a f f s 2 的支持 修改配置如下： f i l es y s t e m s 術 m i s c e l l a n e o u sf i l e s y s t e m s y a f f s 2f i l es y s t e ms u p p o r t 一術一 5 1 2b y t e p a g ed e v i c e s 重慶大學碩士學位論文4 嵌入式l i n u x 系統的移植 一幸一 2 0 4 8b y t e ( o rl a r g e r ) p a g ed e v i c e s 宰 a u t o s e l e c ty a f f s 2f o r m a t 聿 c a c h es h o r tn a m e si nr a m 編譯安裝b u s y b o x b u s y b o x 用于制作可執行命令工具集，它將l i n u x 常用命令( 如l s 、c d 等) 和 工具( 如m o u n t 、t e l n e t 等) 結合到一個單獨的可執行程序，雖然沒有包含全部的 命令，但是對于嵌入式應用足夠了，同時也縮小了文件系統的空間 1 9 1 。b u s y b o x 的配置與l i n u x 內核配置類似，采用工具m a k em e n u c o n f i g ，如下圖所示。根據系 統實際需求配置b u s y b o x ，具體的配置信息這里不一一列舉。 圖4 6 b u s y b o x 配置 f i g 4 6b u s y b o xc o n f i g u r a t i o n 完成配置后修改b u s y b o x 跟目錄下的m a k e f i l e ： c r o s s c o m p i l e ? 2a l t l l - l i n u x a r c h = a l t n 在b u s y b o x 跟目錄下執行m a k e 和m a k ei n s t a l l 命令，安裝完成后在 b u s y b o x i n s t a l l i | 錄下生成：b i n ，l i n u x r c ，s b i n ，u s r 四個目錄。 創建文件系統 新建一個r o o t2 6 2 9 目錄，把b u s y b o x i n s t a l l 目錄下的文件和目錄 全部復制過來，然后再創建文件系統所需的其他目錄。 # r n k d i rr o o t 2 6 2 9 # c p r f b u s y b o x _ i n s t a l l 豐r o o t - 2 6 2 9 # c dr o o t 一2 6 2 9 # m k d i rd e ve t ch o m el i bm n to p tp r o ct m pv a r 重慶大學碩士學位論文 4 嵌入式l i n u x 系統的移植 在文件系統中添加必須的文件，如d e v 目錄中的設備節點，e t c 目錄的g r o u p 系統用戶配置文件，i n i t t a b 系統i r d t 進程配置文件和l i b 目錄庫文件等，并修改權 限為7 7 7 ( + x + w + r ) 。 完成根文件系統的建立后，利用m k y a f f s 2 i m a g e 工具制作文件系統映像文件。 m k y a f f s 2 i m a g er o o t 一2 6 2 9r o o t 一2 6 2 9 i m g 將l i n u x 內核映像和文件系統映像通過u b o o t 下載到f l a s h 中便可以啟動 l i n u x 系統。需要注意的是由于u b o o t 不支持z l m a g e 或者b z l m a g e 內核文件格式， 需要將預先編譯好的z l m a g e 通過m k i m a g e 工具制作成u b o o t 支持的u l m