基于Linux的嵌入式测控系统设计

掉，vm_area_struct利用了vm_ops来抽象出对虚拟内存的处理方法，屏蔽与虚拟内存操作有关的函数。内存映射主要由do_mmap()实现，改写此函数的代码。取消交换操作，屏蔽用于交换的结构和函数声明，以及实现交换的代码。取消内核守护进程kswapd.

(3) 设备驱动程序的编写。确定了内核的基本功能后，就要为特定的设备编写驱动程序，可按照在Linux下编写驱动程序的规则编写。编写的设备驱动程序应具有以下功能：①对设备初始化和释放；②把数据从内核传到硬件和从硬件读取数据；③读取应用程序传递给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据；④检测和处理设备出现的错误。

实现上述步骤后，一个小型的Linux 操作系统就构造完成了。构造后的Linux包括进程管理、内存管理和文件管理，支持多任务并行；开发基于闪存的文件系统，应用程序和重要数据以文件的形式被存放在闪存文件系统中；有完整的TCP/IP协议栈，Linux内建有对以太网控制器的支持，可以通过以太网口连到工业以太网上，实现远程监控。

还要将裁剪好的内核移植到所用的目标板上，通常移植内核时，首先要将内核编译成针对该处理器的目标代码。而我们所用的嵌入式微处理器MCF5307 是ColdFire系列，它有一些不同于其它CPU的地方，一些内核程序要改写，涉及到编写Linux的引导代码和修改与体系结构相关部分的代码，主要是内存管理和中断处理部分。将Flash作为系统的启动设备，引导代码放在Flash上。系统加电后，由引导代码进行基本的硬件初始化，然后把内核映象装入内存运行。

对于应用程序的开发，针对测控系统的具体应用，利用Linux 提供API接口开发应用程序。测控系统要完成多个任务，因为屏蔽了虚拟内存机制，所有的任务共同享有物理内存，存在于统一的线性空间中。任务中的地址为真正的物理地址，由于不需要进行地址空间映射，在任务切换时的上下文切换时间大大减少，提高了响应的速度，实时性增强。Linux采用基于优先级的轮转法调度策略，能够实现多个任务并行。各个任务的实时性要求不同，可通过划分优先级，使实时性要求高的任务划分为实时进程，具有较高的优先级，优先得到调度，保证一定的实时性的要求。任务间通过信号量、消息队列等机制通信。

在嵌入式系统中软件开发的主要模块有：数据采集模块，数据处理模块，数据显示模块，通信和数据发布模块，故障诊断模块。其中故障诊断模块实现实时自诊断，在系统工作期间，对系统内部进行部分测试。即将诊断程序设置在嵌入式系统中中断级别最低的中断服务程序，在不影响系统工作的前提下，进行实时诊断。如发现故障且复诊后仍有错，通过显示界面显示，并上传给上位机，保证系统的可靠性。

在嵌入式Linux的开发中，采用主-从模式，通过串行口或以太网口，使目标板和宿主机相连。使用的是GNU的系列工具，GNU具有免费开放的源代码，也为我们开发基于Linux的应用程序提供了方便。它包括一系列的开发调试工具。主要组件有：

gcc：编译器，可做成交叉编译的形式，即在宿主机上开发编译目标机上可运行的二进制文件；

Binutils：一些辅助工具，包括objdump(可以反编译二进制文件)、as(汇编编译器)、ld(连接器)等等；

Gdb：调试器，可使用多种交叉调试方式，如gdbserve(使用以太网络调试)。

最后，将调试好的内核和应用程序烧录到闪存中。裁剪后的Linux已成经功移植到目标平台上，在开发板上运行良好。经过测试，已满足一般的实时性要求。

3 结 论

我们开发的基于Linux 的嵌入式系统应用于测控系统，能满足当前工业控制领域对测控系统提出的要求，保证测控任务完成的实时性、可靠性，可连到工业以太网实现远程监控。其硬件，接口采用插板的形式，结构简单，易于装卸，方便系统集成和维护。软件方面，用户可针对具体应用作相应修改或删除即可，因而提高了测控系统的开发效率，在工业控制领域有很好的应用前景。