智能车载设备嵌入式操作系统裁剪研究

摘要

近年来，随着国内的汽车数量的迅速增多，汽车安全已经成为大家最关注的问题之一，因此控制着汽车电子以及车载娱乐通信的智能车载设备的安全性也受到了越来越多的关注，而作为智能车载设备核心，嵌入式操作系统安全性能的重要性不言而喻。之前国内外大多汽车零配件厂商大多采用较为稳定的WinCE操作系统，但是随着微软抛弃WinCE以及其高额的授权费用，嵌入式Linux操作系统凭借其安全稳定性以及开源的特点已经逐渐成为主流，然而Linux内核的版本众多以及汽车电子的特殊性，嵌入式Linux操作系统还有许多需要改进的地方。
　　 本文围绕嵌入式Linux操作系统的实时性优化以及睡眠唤醒时间的优化，来改进智能车载设备嵌入式操作系统的安全性以及可靠性，同时对改进后的Linux操作系统在智能车载设备的应用作了具体部署，本文的主要工作如下:
　　 (1)分析嵌入式Linux操作系统，对智能车载设备嵌入式操作系统的发展和走向进行了归纳，总结目前智能车载设备嵌入式操作系统的设计的不足，为改善嵌入式操作系统提供了思路。
　　 (2)依据智能车载设备的自身特点，提出了抢占阀值的LSF(Least Slack First)算法来改进Linux内核的进程调度算法，从而来提高嵌入式Linux操作系统的实时性。
　　 (3)对Boot Loader的裁剪、Linux内核的裁剪以及文件系统的裁剪进行了具体的研究，结合Linux操作系统的在启动时间方面的不足，提出了基于snapshot技术来提高Linux操作系统的睡眠唤醒时间。
　　 (4)将裁剪之后的嵌入式操作系统部署到开发板中并进行联调，通过实验来对经过裁剪与优化的Linux操作系统的实时性与稳定性进行验证，并发布了整个系统的SDK（Software Development Kit），以及基于该SDK进行多媒体播放器模块以及蓝牙通话模块的设计。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外的研究现状

1．3 存在问题及本文工作

1．4 本文的结构组织

第二章 嵌入式操作系统的分析

2．1 嵌入式操作系统

2．1．1 嵌入式系统的定义

2．1．2 嵌入式操作系统

2．2 嵌入式Linux操作系统

2．2．1 嵌入式Linux操作系统的结构

2．2．2 嵌入式Linux操作系统内核的组成

2．2．3 嵌入式Linux操作系统的应用

第三章 Linux操作系统实时性优化的关键技术研究

3．1 Linux内核优化的关键技术分析

3．2 Linux进程调度的分析与研究

3．2．1 Linux进程调度的调度策略

3．2．2 O(1)调度算法的研究与实现

3．2．3 O(1)调度算法的不足

3．3 Linux实时性的分析与优化

3．3．1 LSF调度算法的分析

3．3．2 抢占阀值的LSF调度算法的优化

第四章 基于智能车载设备嵌入式Linux操作系统的裁剪

4．1 智能车载设备硬件平台的总体设计方案

4．2 嵌入式Linux操作系统的交叉编译环境的建立

4．3 Bootloader的优化与移植

4．3．1 U-Boot的优化与移植

4．3．2 BootLoader的启动过程分析与优化

4．4 Linux内核模块的实时性优化与移植

4．4．1 Linux内核的基础知识

4．4．2 Linux内核的优化及移植

4．5 Linux的启动过程分析与优化

4．5．1 Linux的启动过程分析

4．5．2 利用snapshot技术对启动过程的优化

4．6 文件系统的挂载

4．6．1 Linux文件系统的比较与选择

4．6．2 根文件系统的定制

4．7 设备驱动的开发与移植

4．7．1 Audio音频驱动的移植

4．7．2 配置测试Audio音频驱动

4．7．3 V4L2视频驱动的移植

第五章 嵌入式操作系统的联调与发布

5．1 嵌入式操作系统联调概述

5．2 嵌入式操作系统的烧写固化

5．2．1 烧写工具的配置

5．2．2 文件烧写过程分析

5．3 嵌入式操作系统的联调与分析

5．4 嵌入式操作系统的实时性测试

5．5 嵌入式操作系统SDK的发布与维护

5．5．1 嵌入式操作系统的构建

5．5．2 包依赖的管理以及SDK的导出

第六章 基于Linux操作系统的多媒体模块的设计

6．1 多媒体模块设计的总体框架

6．1．1 多媒体模块的硬件设计框架

6．1．2 多媒体模块的软件设计框架

6．2 基于Linux操作系统的多媒体软件设计方案

6．2．1 基于GStreamer的流媒体播放器的设计

6．2．2 基于GStreamer的播放器引擎的实现

6．2．3 基于QT的视频播放器界面实现

6．3 蓝牙通话以及蓝牙音乐功能的实现

6．3．1 蓝牙技术的实现

6．3．2 蓝牙电话功能和播放器功能的实现

6．4 播放器和蓝牙功能的测试

6．4．1 播放器功能的测试

6．4．2 蓝牙模块的功能的测试

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

附录A (攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目)