面向MES终端的嵌入式Linux平台研究和设计

论文摘要

作为企业计划层与现场控制层之间的“信息桥梁”,MES（Manufacturing Execution System,制造执行系统）对解决企业管理系统与基础自动化系统之间的“信息断层”问题具有重要的作用和意义,受到广泛关注。MES终端作为MES系统中实时数据采集和信息交互的设备平台,具有显著的应用背景和领域特征。同时,随着嵌入式技术的迅速发展,嵌入式Linux应用日益广泛,面向特定领域的平台化研究和开发成为一种趋势。因此,研究和实现面向MES终端的嵌入式Linux平台,是需求和技术双重驱动的结合,具有重要的学术和应用价值。本文充分利用Linux内核无版税限制、开放源代码、架构开放、硬件平台支持广泛、内核高效稳定、可移植可定制、网络协议丰富、技术文档齐全等特点,在分析嵌入式Linux操作系统的层次化和平台化的现状和趋势的基础上,通过对MES终端领域特征和硬件结构的研究和总结,设计了一种面向MES终端的嵌入式Linux平台MT-Linux,给出了平台体系结构,研究了平台功能模块的组成及实现,并面向MES应用背景,提出了优化平台质量属性的技术措施。在MT-Linux平台构建技术方面,对平台构成中的开发工具、bootloader、MT-Linux内核、文件系统、设备驱动程序以及应用程序接口等进行了研究和设计。重点对MT-Linux内核的移植和裁减进行了深入的探讨,并面向MES终端的需要,设计了以cramfs为根文件系统、JFFS2/YAFFS为扩展文件系统、ramfs为内存文件系统的多文件系统架构,同时兼顾了系统小型化和远程升级及配置。在此基础上,实现了MT-Linux平台。针对MES终端在快速启动、人机接口友好性和动态可扩展性等方面的应用需求,研究了嵌入式Linux的快速启动技术、开机字符显示技术和动态扩展技术,提出了MT-Linux的相应优化方法,实现了MT-Linux的快速启动、开机显示自定义LOGO和设备驱动的动态扩展。最后,基于本实验室开发的一款基于S3C2410微处理器的MES终端设备,对所实现的MT-Linux平台进行了应用验证。结果表明,只需针对具体的设备进行相应的平台架构和存储空间规划,以及简单的bootloader的移植、内核的修改定制,即可完成嵌入式Linux软件平台的构建,达到了加快MES终端设备开发进度和有效支撑MES终端应用功能的目的。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的背景
• 1.1.1 制造执行系统概况
• 1.1.2 制造执行系统终端及开发现状
• 1.1.3 嵌入式Linux 操作系统的优势
• 1.1.4 嵌入式操作系统的平台化趋势
• 1.2 课题的提出及选题意义
• 1.3 论文的主要研究内容和结构
• 2 面向MES 终端的嵌入式Linux 平台体系结构研究
• 2.1 嵌入式Linux 平台体系结构研究现状
• 2.1.1 层次化体系结构模型成为主流
• 2.1.2 平台化成为研究和应用的趋势
• 2.2 MES 终端的领域特征和硬件结构
• 2.2.1 MES 终端的领域特征
• 2.2.2 MES 终端的一般硬件结构
• 2.3 面向MES 终端的嵌入式Linux 平台体系结构设计
• 2.3.1 设计原则
• 2.3.2 设计目标
• 2.3.3 开发模式
• 2.3.4 MT-Linux 体系结构
• 2.4 关键技术
• 2.4.1 MT-Linux 平台构建
• 2.4.2 MT-Linux 平台优化
• 2.5 小结
• 3 MT-Linux 平台构建
• 3.1 MT-Linux 平台构成
• 3.2 开发工具
• 3.2.1 交叉开发工具链
• 3.2.2 调试工具集
• 3.3 MT-Linux bootloader
• 3.3.1 MT-Linux bootloader 的功能设计
• 3.3.2 MT-Linux bootloader 的实现方法
• 3.3.3 MT-Linux bootloader 之U-Boot 移植
• 3.4 MT-Linux 内核
• 3.4.1 MT-Linux 内核选择
• 3.4.2 MT-Linux 内核的移植
• 3.4.3 MT-Linux 内核的裁剪
• 3.4.4 MT-Linux 内核的编译和安装
• 3.5 MT-Linux 文件系统
• 3.5.1 MT-Linux 文件系统架构设计
• 3.5.2 根文件系统的创建
• 3.5.3 扩展文件系统的创建
• 3.6 MT-Linux 设备驱动程序
• 3.6.1 Linux 设备驱动程序原理
• 3.6.2 MT-Linux 设备驱动程序的实现
• 3.7 MT-Linux API
• 3.7.1 MT-Linux GNU C 库
• 3.7.2 MT-Linux GUI
• 3.8 小结
• 4 MT-Linux 平台优化
• 4.1 快速启动
• 4.1.1 快速启动基本方法
• 4.1.2 MT-Linux 快速启动
• 4.2 开机界面
• 4.2.1 标准Linux 的开机字符界面原理
• 4.2.2 MT-Linux 开机界面
• 4.3 动态扩展
• 4.3.1 动态扩展基本技术
• 4.3.2 MT-Linux 动态扩展
• 4.4 小结
• 5 MT-Linux 平台的典型应用
• 5.1 MT-WEB 终端硬件结构
• 5.2 MT-Linux 平台在MT-WEB 终端上的实现
• 5.2.1 MT-Linux 平台在MT-WEB 终端上的软件架构
• 5.2.2 MT-Linux 平台在MT-WEB 终端上的实现步骤
• 5.2.3 MT-Linux 平台针对MT-WEB 终端需要修改的地方
• 5.3 系统测试
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录