基于ARM的嵌入式Linux网络通信平台的研究和应用

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Ｙ１４３６９２１

分类号：——Ｃ：——ＵＤ密级编号

工学硕士学位论文

基于ＡＲＭ的嵌入式Ｌｉｎｕｘ网络通信

平台的研究和应用

硕士研究生：梁春雨

指导教师

学位级别

学科专业：张殿伦教授：工学硕士：水声工程

：水声工程学院所在单位

论文提交日期：２００９年２月

论文答辩日期：２００９年３月学位授予单位：哈尔滨工程大学

哈尔滨Ｔ程大学硕十学１＿寺＝论文

摘要

ＡＲＭ微处理器和嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统为核心的嵌入式技术，己在很多领域得到了越来越广泛的应用。由于网络在未来计算中将发挥非常重要的作用，因此连通性、网络化正逐渐成为嵌入式设备的发展方向，嵌入式设备的网络化已经成为网络发展的必然趋势。美国贝尔实验室预测未来数年内所能想到的任何有用信息都是由嵌入式设备通过网络供给信息的需求者。

本文设计和实现了基于ＡＲＭ处理器的嵌入式系统硬件和软件解决方案，将Ｌｉｎｕｘ移植到ＬＨ７９５２０，并且实现了嵌入式系统的网络通信功能。

本文采用ＮＸＰ公司的ＬＨ７９５２０微控制器作为处理器，采用高度集成的以太网芯片ＤＭ９０００Ａ作为网络接口，并且扩展了ＬＣＤ、ＵＡＲＴ接口。使用ＡＰＥＸ作为系统的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，选择Ｌｉｎｕｘ操作系统进行裁剪和移植，编写了网络芯片驱动程序，使得２。６。２２版本内核在硬件上稳定运行：同时实现了嵌入式平台和Ｌｉｎｕｘ系统之间的网络的数据传输。对影响ＴＣＰ网络数据传输速率的因素进行了研究，通过对比和测试优化了ＡＲＭ嵌入式系统的网络传输性能。最后，在ＡＲＭ平台和Ｌｉｎｕｘ主机端分别实现了采用ＩＰＭＳＧ协议的网络传输应用程序。

通过测试表明，本文所设计的嵌入式系统在可用性及操作方便性方面都达到了预期的目标，使得ＡＲＭＬｉｎｕｘ移植更有效率而且降低成本，具有实际的应用价值。关键词：嵌入式系统；Ｌｉｎｕｘ；Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ；ＡＰＥＸ；ＴＣＰ佃

哈尔滨］：挥火学硕士学位论文

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｂａｓｅｄｏｎＡＲＭｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘ

ａｃｃｏｕｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓ．Ｏｎ

ｃｏｍｐｕｔｉｎｇｂｒｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｉｎｔｏｐｌａｙｉｎｏｆｎｅｔｗｏｒｋｆｕｔｕｒｅ，Ｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｇｒａｄｕａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎｔｅｒｎａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍａｌｒｅａｄｙｂｅｃｏｍｉｎｇａｌｌｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ

ａｒｅｔｒｅｎｄ．ＵＳＡＢｅｌｌｌａｂｆｏｒｅｃａｓｔｓｔｈａｔａｎｙｕｓｅｆｕｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ｓｙｓｔｅｍｔｈｒｏｕｇｈｏｎｅＣａｌｌｉｍａｇｉｎｇｓｕｐｐｌｉｅｄｂｙｅｍｂｅｄｄｅｄｎｅｔｗｏｒｋ．

Ｔ１１ｉｓｔｈｅｓｉｓｒｅａｌｉｚｅＡＲＭｐｒｏｃｅｓｓｏｒｃｅｎｔｅｒｅｄｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｓｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｐｏｒｔｉｎｇＬｉｎｕｘｔｏｓｕｐｐｏｒｔＬＨ７９５２０

ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎ．

Ｉｔｕｔｉｌｉｚｅｄａｎｄｒｅａｌｉｚｅｎｅｔｗｏｒｋｂａｓｅｄｏｆ脚’ＳＬＨ７９５２０ａｓｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄＤＭ９０００Ａ．ａ

ａｓｈｉ曲ｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｈｉｐ，ａｓＥｔｈｅｒｎｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ．ＡＰＥＸｉｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｓｙｓｔｅｍｓ

ｔＯＢｏｏｔｌｏａｄｅｒ，ａｎｄｉｔｃｕｓｔｏｍｉｚｅａｎｄｐｏｒｔＬｉｎｕｘｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ，

ｒｕｎａｎｄａｌＳＯａｄｄｈａｒｄｗａｒｅｄｒｉｖｅｒｉｎｔｏＬｉｎｕｘｋｅｒｎｅｌ．Ｔｈｅ２．６．２２ｖｅｒｓｉｏｎｋｅｍｅｌ

ｓｔａｂｌｅｉｎ

ｐｌａｔｆｏｒｍｓ

ＴＣＰ／ＩＰｈａｒｄｗａｒｅ．ＮｅｔｗｏｒｋａｎｄｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉＳａｃｈｉｅｖｅｄｂｅｔｗｅｅｎｅｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘｈｏｓｔ．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ，ｉｔａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｙ

ｉｔａｃｈｉｅｖｅｓ

ａｎｄＬｉｎｕｘｈｏｓｔ．ｃｏｍｐａｒｉｎｇａｎｄｔｅｓｔｉｎｇ．ＦｉｎａｌｌｙｗｉｔｈａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅＩＰＭＳＧｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｉｎｔｈｅＡＲＭｐｌａｔｆｏｒｍ

ｎｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｓｓｏｌｕｔｉｏｎａｃｈｉｅｖｅｄｉｔｓｅｘｐｅｃｔｅｄｇｏａｌｓｉｎｔｈｅａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ，ａｎｄｍａｋｅｓｍｏｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｒｅｄｕｃｅｃｏｓｔｓｗｈｅｎｐｏｒｔｉｎｇＬｉｎｕｘｉｎｔｏＡＲＭ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ；Ｌｉｎｕｘ；Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ；ＡＰＥＸ；ＴＣＰ／ＩＰ

哈尔滨工程大学

学位论文原创性声明

本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，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。

作者（签字）：蒜屉彬

日期：２眇Ｄ夕年多月，７日

哈尔滨工程大学

学位论文授权使用声明

本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。

本论文（口在授予学位后即可口在授予学位１２个月后口解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。

导师（签－７－）：１年州厂

哈尔滨下程大学硕十学位论文

第１章绪论

１．１研究的目的和意义

嵌入式系统（ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍ）是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可裁剪的，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统¨１。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，与通用的ＰＣ机不同，嵌入式系统是安装在各种装置、产品和系统中的。嵌入式系统早己融入我们的生活，在家电，玩具，汽车，手机，数码相机，医疗仪器以及智能住宅中，嵌入式系统得到了很广泛的应用Ｂ１。

现在，世界已经进入了后ＰＣ机时代。信息电器（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｐｐｌｉａｎｃｅｓ），如个人数字助理、Ｗｅｂ可视电话、移动电话的ＵＰＳ或Ｗ．ＣＤＭＡ产品、Ｔｖ机顶盒、电视会议机、数码相机等嵌入式设备，它们都要求与Ｉｎｔｅｍｅｔ联网，并且已经嵌入了联网所需的硬件和软件ｐ１。ＩＴ界创新推新的步伐一直在延续，在孕育十年之后，云计算显现出了强大的应用前景。云计算是指凡是脱离了本地计算且计算任务分配到远端大型的统一计算平台上的计算模型皆可成为云计算。在这种模型下，本地计算机只需要通过互联网发送一个需求信息，远端就会有成千上万的计算机帮你完成计算，并将结果返回到你本地的计算机上一１。这样，本地计算机几乎不需要什么计算能力，所有的处理都由云计算提供商所提供的计算机群来完成，本地计算机就像比尔?盖茨１９８１年对计算机科学未来的预言那样：

用大大的加强了。“只需要６４０Ｋ的内存就足够了”，而网络的作

１．２嵌入式系统的现状和发展趋势

以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品，为嵌入式市场展现了美好前景，同时也对嵌入式系统技术，特别是软件技术提出了新的挑战。这主要包括：支持开益更新的功能、灵活的网络联接、轻便的移动应用和多媒体信息处理，此外，还需应付更加激烈的市场竞争。到目前为止，商业化嵌入式系统的发展主要受到用户对嵌入式系统的功能需求、硬件资源以及嵌入式操

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