嵌入式系统初始引导技术研究

论文摘要

近年来,随着嵌入式计算技术的不断发展,嵌入式系统在社会的各个领域得到了广泛的应用。在嵌入式系统开发的初期,引导/装载程序（Bootloader）负责为操作系统及应用软件的开发提供一个良好的开发调试环境。传统的Bootloader仅仅只能完成操作系统的引导工作,或者仅仅通过串口来支持目标机与主机进行交互,随着嵌入式应用技术的发展,这样是远远不够的。设计一套支持网络传输功能的Bootloader,可以提供更好的交互支撑。以ARM9微处理器EP9315为系统硬件基础,研究嵌入式系统初始引导技术,选用开放源代码的实时操作系统μC/OS-II和嵌入式网络通信协议栈LwIP,在Bootloader中实现了嵌入式网络通信协议及其应用,为Bootloader提供了强大的交互支撑和较高的通信效率。在分析了嵌入式协议栈LwIP的工作机制的基础上,实现了嵌入式协议栈LwIP在μC/OS-II上的移植,主要是针对与CPU或编译器相关的文件和操作系统模拟层来进行移植,并简要描述了LwIP对下层的网络接口和上层的应用程序接口的编程模型。针对以太网控制器和网络物理层芯片的硬件特征,实现了以太网驱动程序,主要完成以太网的初始化、中断处理以及数据的接收和发送等功能,为LwIP提供驱动支持。根据嵌入式应用开发的需要,在LwIP协议栈的基础上实现了TFTP协议以及网络烧写服务器,为Bootloader提供有实用性的扩展功能,即网络下载功能,最后对协议栈进行了相关测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外概况
• 1.2.1 嵌入式系统
• 1.2.2 引导/装载程序
• 1.2.3 嵌入式网络通信协议栈
• 1.3 课题主要研究工作
• 2 系统总体设计
• 2.1 引导/装载程序的需求分析
• 2.2 嵌入式操作系统ΜC/OS-II
• 2.2.1 μC/OS-II 简介
• 2.2.2 μC/OS-II 移植
• 2.3 嵌入式网络协议栈选择
• 2.4 系统的总体结构
• 2.5 本章小结
• 3 嵌入式网络通信协议栈的移植
• 3.1 LWIP 分析
• 3.1.1 进程模型分析
• 3.1.2 操作系统模拟层
• 3.2 LWIP 在ΜC/OS-II 上的移植
• 3.2.1 与CPU 或编译器相关的文件
• 3.2.2 操作系统模拟层
• 3.3 LWIP 接口编程模型
• 3.3.1 LwIP 的网络接口
• 3.3.2 LwIP 的应用程序接口
• 3.4 本章小结
• 4 网络驱动层的实现
• 4.1 以太网接口介绍
• 4.1.1 内嵌以太网控制器的队列描述
• 4.1.2 内嵌以太网控制器的工作原理
• 4.2 LWIP 的入口设计
• 4.3 以太网接口驱动程序
• 4.3.1 初始化程序
• 4.3.2 中断服务处理程序
• 4.3.3 数据发送程序
• 4.3.4 数据接收程序
• 4.4 本章小结
• 5 协议栈应用程序在BOOTLOADER 中的实现
• 5.1 TFTP 协议的实现
• 5.1.1 TFTP 协议简介
• 5.1.2 TFTP 协议（服务器端）的具体实现
• BURNSERVER）的实现'>5.2 网络烧写服务器（T_BURNSERVER）的实现
• 5.3 BOOTLOADER 的实现
• 5.4 系统测试
• 5.5 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 对未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献