基于ARM9的嵌入式綜合實驗研究

楊萬華 付承彪 陳 豪 冷莉華

（曲靖師范學院 計算機科學與工程學院，云南 曲靖 655011）

近年來，嵌入式系統依托于物聯網技術[1]，是發展很快的信息領域之一，也是國家信息產業的一個重要發展方向。為突出學生的實踐和創新能力訓練，以培養有特色的高素質的工程研究應用型人才為目標，加強實踐教學環節中綜合性和設計性實驗，進行此綜合實驗設計。

1 嵌入式系統簡介

嵌入式系統課程是一門軟硬結合、偏向于實踐與應用的技術課程，對學生的專業拓展和綜合性實驗技能的培養具有重要的作用。尤其是嵌入式Linux 系統由于具有開源、網絡功能強大、內核穩定高效等特性[2]，在產品開發周期、產品的功能可擴展性、開發時的人力投入等方面都具有顯著的優勢，因此應用廣泛。隨著物聯網的趨熱，作為物聯網的底層技術之一的嵌入式智能技術將具有巨大的市場前景。

而在高校教學中，對于嵌入式技術這類強調實踐性的學科，實驗對于培養學生的實際操作能力和解決問題的能力是至關重要的嵌入式系統課程具有很強的滲透性，與其他專業課程相比，嵌入式系統課程具有獨特的特點：該課程對學生的專業知識有較高的要求，課程具有交叉性，并且對學生的動手能力和系統思考解決問題的能力要求較高。

通過實驗，使學生掌握嵌入式系統程序設計方面的基本概念和技能[3]，嵌入式軟件設計的一般方法和流程，系統引導、內核配置與編譯、嵌入式文件系統操作、嵌入式網絡編程等知識，使學生能夠達到實際開發能力的目的，適應于社會的需要。

2 綜合實驗的設計

本綜合設計實驗，以開源的Linux 操作系統為基礎，進行綜合的藍牙通信實驗。第一步是進行目標機引導程序、內核和文件系統的燒寫。

在本實驗中采用vivi 引導程序，完成引導程序的燒寫。以源程序的形式提供給學生一個分析研究的例子，展示內核的配置、內核鏡像的編譯過程以及內核的測試，并使用串口完成內核的燒寫。另外一個就是文件系統的燒寫，本實驗選用cramfs 作為根文件系統，由于它只是一個只讀文件系統，為了得到可讀寫文件系統，用戶文件系統使用YAFFS 格式。用戶文件系統掛載于根文件系統下的/mnt/yaffs 目錄。yaffs 是專為嵌入式系統使用NAND Flash 而設計的一種日志型文件系統。

第二步是搭建嵌入式交叉開發環境。在一臺PC 機（宿主機）上安裝Linux 操作系統以及交叉開發工具，編輯、編譯目標板的Linux 引導程序、內核、文件系統以及應用程序，然后把結果下載到目標機。通常這種在主機環境下開發，在目標板上運行的開發模式稱為交叉開發。由于主機與目標板是兩個獨立的個體，要想在它們之間傳輸數據，就必須先建立某種數據連接，才能實現通信、文件傳輸等功能。通常，在目標板和主機之間可以使用串口、以太網接口、USB 接口和JTAG 接口等連接方式。

在此學習一般的嵌入式開發流程，以及開發環境中的軟件和硬件的安裝與調試。目的是了解嵌入式交叉編譯的相關知識，以及能夠搭建嵌入式Linux 系統的開發環境。本實驗是在Windows 系統上面使用Vmware 虛擬機安裝一個Linux Redhat 9.0 進行實驗。

要實現Windows 主機和Linux 主機之間的通信，可以通過搭建Samba 服務器或者Ftp 服務器實現。在完成嵌入式Linux 操作系統的啟動之后，可以通過搭建NFS 服務器，完成Linux 主機到嵌入式目標機之間的通信。

由于實驗的最終目的是能夠實現藍牙無線通信，藍牙模塊作為一個硬件，要能使其工作，必須先給嵌入式操作系統安裝相應的驅動程序。此時，需要重新回到內核程序中，給其配置藍牙模塊驅動，并且讓其以模塊的方式編譯出內核藍牙驅動模塊。在此，讓學生熟悉驅動程序編寫的基本過程，掌握模塊驅動程序設計的基本流程。在分析和提取出藍牙驅動模塊之后，通過交叉開發環境，下載驅動模塊到目標機，并且安裝到嵌入式設備中。

藍牙通信主要是面向網絡中各類數據及語音設備，使用無線微波的方式將它們連成一個微網，多個微網之間也可以互連，從而方便快速地實現各類設備之間的通信。其目的使學生掌握藍牙設備通信原理，以及Linux 嵌入式開發平臺上藍牙設備的使用。掌握基本的應用程序設計方法與流程，為后續的應用程序的設計打基礎。

本實驗使開發板上的藍牙適配器能夠和Windows 主機中的藍牙適配器建立連接，并且能在嵌入式設備中啟動一個FTP 服務器，能夠提供無線數據傳輸功能。本實驗通過另外一臺PC 機安裝一個藍牙模塊，啟動藍牙功能，查找嵌入式設備上的藍牙設備并與其進行連接，然后登陸嵌入式設備上面的FTP 服務器完成數據的通信。

本實驗按照從簡單到復雜的實驗過程依次實現，在簡單的基礎實驗的基礎上，掌握基本的嵌入式開發技能，再完成最后的無線通信綜合實驗。

3 結論

本文首先概述了嵌入式技術，然后在分析嵌入式系統實驗課程的基礎上，給出了一個基于藍牙通信的綜合性設計實驗。

［1］舒展.嵌入式系統綜述[J].現代計算機(專業版)，2011，05:44-46.

［2］周紅波，詹芹.嵌入式系統實驗教學模式探討與實施[J].硅谷，2010，11:88.

［3］許先斌，熊慧君，李洲，楊芬，劉煒.基于ARM9 的嵌入式Linux 開發流程的研究[J].微計算機信息，2006，11:87-89+250.