基于嵌入式linux的信息家电网络控制平台技术研究

摘要

信息家电是计算机技术、通讯和电子技术相结合的信息时代的产物，是互联网的广泛应用和传统家电结合的必然结果。3C(Computer、Communication、Consumer)合一的趋势已经形成，智能家居网络得到了前所未有的发展，智能家居网络实现的目标是将家庭中各种与信息有关的设备连接到一个家庭网络控制平台上，进行集中或异地的监视、控制和管理。其结果必然就是将计算机工业的中心从计算产品转移到信息产品，因此，研究与信息产品有关的关键技术——信息家电网络控制平台技术就有着相当重要的实际意义。可以说，信息家电网络控制平台技术是当今计算机技术从体系结构、操作系统到驱动模式和网络应用的最新成果的集成体。 本文详细论述了作者在硕士学位论文工作期间在基于信息家电网络控制平台技术工作领域里所做的研究和实践。首先综合论述了与本文研究有关的嵌入式系统的基本概念和论文工作的意义以及实现思路；紧接着对智能家居网络结构进行了探讨和分析；然后主要围绕网络控制平台的硬件平台设计和软件构建两个方面展开讨论：硬件方面基于S3C4510B微处理器设计了各功能模块电路，详细分析了设计思路并给予了具体实现，设计思路与同类研究相比有一定的创新性和改进，各模块设计均采用了高速低耗芯片，为了减小体积还使用CPLD扩展了S3C4510B的LCD和键盘控制器；软件方面实现了uCLinux在本平台上的移植，特别在小型化、Bootloader、实时性、多进程等实现方面作了研究和改进，然后在该基础上给出了uCLinux系统下网络驱动、网络通信、串行通信的编程方法研究和实现；最后，针对现有的工作，指出存在的不足。作者结合本网络控制平台，取得了uCLinux的实时性能的改进、嵌入式uCLinux系统中Bootloader的设计模型及实现，嵌入式uCLinux系统中驱动程序和应用程序的编写等几项研究成果，和导师一起申请国家专利一项(专利申请号码：2003201165117)。 总之，本文在信息家电网络控制平台技术研究的软硬件方面都做了大量的研究工作，每个方面都有自己鲜明的特色，并给出了简单的测试方案，验证结果表明完全实现了设计要求。同时经过近两年的研究发现，所取得的成果，具有重要的实际应用价值，在工业自动化、环境工程、智能公路等领域都有广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1论文中的有关概念和发展背景

1.1.1嵌入式系统的基本概念和发展历史

1.1.2信息家电的基本概念

1.1.3 Linux的历史和发展现状

1.1.4嵌入式Linux的历史和现状

1.2论文工作的目的和意义

1.3论文工作的思路和实现步骤

第二章家庭网络的规范和标准综述

2.1家庭网络的体系结构

2.2家庭网络的分层结构及各分层协议

2.3数据传输接口——USB

第三章信息家电网络控制平台微控制器S3C4510B的概述和设计应用详述

3.1 S3C4510B的概述

3.2 CPU内核概述及特殊功能寄存器

3.2.1 S3C4510B的系统管理器

3.2.2系统管理器寄存器

3.2.3系统存储器映射

3.2.4总线仲裁

3.2.5外部总线控制

3.2.6控制寄存器（Control Register）和系统配置寄存器(System Configuration Register)

3.2.7时钟控制寄存器(Clock Control Register,CLKCON)和系统时钟(System Clock)

3.3 S3C4510B引脚连线规律总结和在本平台中的实现

第四章信息家电网络控制平台的硬件设计

4.1信息家电网络控制平台硬件设计目标

4.2方案设计和系统功能模块简介

4.3内部存储与微处理器电路的设计思路与实现

4.3.1电源模块设计思路与实现

4.3.2复位电路模块设计思路与实现

4.3.3储模块设计思路与实现

4.3.4晶振电路

4.4外部控制与通信电路的设计思路与实现

4.4.1 以太网模块的设计思路与实现

4.4.2串行通信模块（UART）设计思路与实现

4.4.3键盘及SMART存储器设计思路与实现

4.4.4显示接口模块设计思路与实现

4.4.5 USB模块设计思路与实现

4.4.6 JTAG调试接口模块设计思路与实现

4.4.7 IIC接口模块设计思路与实现

4.5本硬件平台调试过程简介

4.5.1电源和复位电路的调试

4.5.2 S3C4510B和JTAG的接口调试

4.5.3存储接口电路的调试

4.5.4 10M/100M以太网口的调试

4.6本网络平台电路接口设计要点

4.6.1电源质量与分配

4.6.2同类型线布线原则

4.7系统功率计算

4.7.1各部分功率计算

4.7.2整体功率计算

第五章信息家电网络控制平台的软件构建

5.1 uCLinux的概述

5.2结合本控制平台对uCLinux改造的几个关键问题

5.2.1 uCLinux的小型化

5.2.2在本平台上的uCLinux的bootloader的设计与实现

5.3 uCLinux的实时性问题与解决方案

5.3.1 uCLinux与标准Linux的内存管理比较

5.3.2 uCLinux实时内核的设计与实现

5.3.3本系统中uCLinux实时性能测试

5.4 uCLinux对进程和线程的管理与实现

第六章构造好的uCLinux的移植和总体开发环境的建立

6.1uCLinux移植简介

6.2基于uCLinux系统的交叉开发工具简介

6.3基于本控制平台的目标机和宿主机交叉开发环境的建立

6.4开发环境的使用介绍

第七章基于本网络控制平台的应用软件的开发与综合测试

7.1 uCLinux环境下网络驱动的编程研究与实现

7.1.1 uCLinux驱动程序编写的技术研究

7.1.2 uCLinux驱动程序中网卡驱动的编程实现

7.2在本平台上的网络通信的编程方法研究与实现

7.2.1 TCP/IP协议概述

7.2.2 uCLinux环境下的Socket编程

7.3 uCLinux环境下串行驱动与通信的编程方法研究与实现

7.3.1 uCLinux环境下串行驱动程序的编写与实现

7.3.2 uCLinux环境下串行通信程序的编写与实现

7.4控制平台软、硬件测试方案的综合测试

7.4.1验证电路红外线接口电路的设计思路与实现

7.4.2验证电路红外控制网页界面的编写与实现、平台性能测试

第八章论文的总结与展望

8.1总结

8.1.1论文的创新点和理论性

8.1.2论文的实用性和应用价值

8.2展望

致谢词

参考文献

附录一

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文