基于ARM智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目申報(bào)表

1、 . . . 湘 南 學(xué) 院大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申 報(bào) 表系 部 名稱 物理與電子信息工程系 項(xiàng)目名稱 基于ARM智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 曾飛 聯(lián) 系 電 話 電 子 郵 件wang00dz126.導(dǎo) 師 姓 名 王煥友 王龍 _ 導(dǎo) 師 職 稱 副教授 講師 填 寫(xiě) 日 期 2011-4-20 湘南學(xué)院教務(wù)處制項(xiàng)目名稱基于ARM智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目主持人曾飛學(xué)號(hào)8性別男專業(yè)名稱應(yīng)用物理年級(jí)08級(jí)班級(jí)1班項(xiàng)目組其他成員學(xué)生性別系(部)名稱專業(yè)年級(jí)聯(lián)系合作者簽名肖偉男物電系電子信息科學(xué)與技術(shù)08唐群男物電系應(yīng)用物理08肖云路男物電系電子信息科學(xué)與技術(shù)08王永

2、智男物電系電子信息科學(xué)與技術(shù)09袁兵男物電系電子信息科學(xué)與技術(shù)09指導(dǎo)教師情況王煥友性別男民族漢出生年月1966.10職稱副教授專業(yè)材料物理與化學(xué)研究方向半導(dǎo)體發(fā)光二極管手機(jī)E-mailwhycs163.指導(dǎo)老師簽名王龍性別男民族漢出生年月1976.9職稱講師專業(yè)電子與通信工程研究方向電子系統(tǒng)與專用集成電路手機(jī)E-mailWang00dz126.指導(dǎo)老師簽名一、前期工作基礎(chǔ)本項(xiàng)目于2010年4月起動(dòng)，經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組成員一年的前期研究，取得了如下進(jìn)展和成果：1、開(kāi)發(fā)環(huán)境在ARM板上搭建成功。絕大多數(shù)的PC系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)多是native方式進(jìn)行的，即本機(jī)開(kāi)發(fā)，調(diào)試，本機(jī)運(yùn)行的方式。但這種方式不適合于嵌入

3、式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)，因?yàn)閷?duì)于嵌入系統(tǒng)的軟件的開(kāi)發(fā)而言，沒(méi)有足夠的資源在本機(jī)(即arm板上的系統(tǒng))運(yùn)行開(kāi)發(fā)工具和調(diào)試工具。通常的嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)采用一種交叉編譯調(diào)試的方式。交叉編譯調(diào)試環(huán)境的建立在PC機(jī)上。開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建包括：交叉編譯器的安裝 ，nfs服務(wù)器的配置。 圖中網(wǎng)線用于NFS服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)連接，串口線用于顯示編譯和運(yùn)行的調(diào)試信息2、Sqlite數(shù)據(jù)庫(kù)成功移植SQLite是一個(gè)開(kāi)源的嵌入式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，它在2000年由D. Richard Hipp發(fā)布，它的減少應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)的開(kāi)銷，SQLite可移植性好，很容易使用，很小，高效而且可靠。SQLite嵌入到使用它的應(yīng)用程序中，它們共用一樣的

4、進(jìn)程空間，而不是單獨(dú)的一個(gè)進(jìn)程。從外部看，它并不像一個(gè)RDBMS，但在進(jìn)程部，它卻是完整的，自包含的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。 由于SQLite具有這些優(yōu)勢(shì)，很適合嵌入式系統(tǒng)。a.配置Makefile：./configure -host=arm-linux -prefix=你要安裝的路徑 -disable-tcl -disable- -disable-readline TLIBS =“-ldl -lpthread” b.編譯安裝 Makemake install利用MiniGUI制作了可視化數(shù)據(jù)庫(kù)編輯器如下圖：將SQLite的庫(kù)和頭文件拷貝到編譯器的環(huán)境變量目錄中，便可以編譯含SQLite API的程序了。

5、3. 利用qt編程增加了linux版本的DNW下載工具功能在arm開(kāi)發(fā)中燒寫(xiě)程序到Flash的一般做法是用windowns xp系統(tǒng)的dnw.exe程序，然而做linux系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)而又跑到windown xp系統(tǒng)下去下載一個(gè)程序，確實(shí)是一件很費(fèi)力的事，勢(shì)必降低開(kāi)發(fā)效率。Xdnw就是一個(gè)運(yùn)行在linux環(huán)境下用于燒寫(xiě)flash的小軟件。Xdnw是由arm社區(qū)發(fā)布的，由我們修復(fù)了其中的一個(gè)重要錯(cuò)誤(不能重復(fù)燒寫(xiě)flash)。用xdnw燒寫(xiě)程序到flash4. Tslib的成功移植，并嵌入到系統(tǒng)中作為可移動(dòng)終端，觸摸屏是最好的與移動(dòng)終端交互的方式，而在采用觸摸屏的移動(dòng)終端中，觸摸屏性能的調(diào)試是個(gè)重

6、要問(wèn)題之一，因?yàn)殡姶旁肼暤木壒?，觸摸屏容易存在點(diǎn)擊不準(zhǔn)確、有抖動(dòng)等問(wèn)題。 Tslib是一個(gè)開(kāi)源的程序，能夠?yàn)橛|摸屏驅(qū)動(dòng)獲得的采樣提供諸如濾波、去抖、校準(zhǔn)等功能，因此tslib移植到arm系統(tǒng)上是一個(gè)重點(diǎn)。下面圖示了移植tslib的步驟：Tslib的編譯過(guò)程以下是運(yùn)行觸摸屏校驗(yàn)程序:5.成功制作了系統(tǒng)人機(jī)交互界面一個(gè)好的平臺(tái)需要有可交互的界面，Qt和minigui是開(kāi)發(fā)arm系統(tǒng)界面的比較流行的開(kāi)發(fā)環(huán)境。用他們的好處是：1.兩者都是開(kāi)源軟件，用于做開(kāi)發(fā)不需要大量的技術(shù)支持（因?yàn)橹灰袉?wèn)題，可以查找源代碼2.兩者都是免費(fèi)的。3. 在網(wǎng)絡(luò)上可以找到大量的資源它們的區(qū)別在于，Qt是用c+語(yǔ)言開(kāi)發(fā)面向?qū)?/p>

7、象編程，對(duì)于圖形界面開(kāi)發(fā)更方便；minigui是用c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，對(duì)于arm系統(tǒng)而言更能節(jié)省cpu資源。以下是我們用Qt做的幾個(gè)小應(yīng)用界面：文本編輯器 一個(gè)小桌面管理系統(tǒng) 文件瀏覽器 數(shù)表處理軟件6. 改進(jìn)了MiniGUI的輸入法窗口，增加了虛擬鍵盤(pán)功能嵌入式設(shè)備的鍵盤(pán)簡(jiǎn)單化導(dǎo)致輸入帶來(lái)了不方便而MiniGUI并沒(méi)有自身的攜帶虛擬鍵盤(pán)使得MiniGUI程序帶來(lái)了接口不友善的弱勢(shì)，為此我們特意研究了MiniGUI1.3.3版本的輸入法窗口，并特意定制了含虛擬鍵盤(pán)的輸入法窗口大大提高了人機(jī)接口的方便性，如下圖：7.成功移植linux 2.6.38核到arm開(kāi)發(fā)板linux核一直在改進(jìn)中，他揉和了最新的

8、技術(shù)，凝聚了全球自由軟件者的心血，為人們提供了一個(gè)良好穩(wěn)定，技術(shù)跟進(jìn)，透明的安全系統(tǒng)，為此要使用最新的技術(shù)，和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，核移植是不可缺少的步驟：由于自由軟件社區(qū)的支持大部分平臺(tái)都可以容易的移植下來(lái)，但是由于存與外圍設(shè)備的不同，一些細(xì)節(jié)還是需要自己修改。a.建立自己的目標(biāo)平臺(tái);b.設(shè)定自己的機(jī)器碼;c.修改時(shí)鐘頻率；d.建立Nand分區(qū)表信息（static struct mtd_partition XXX_default_nand_part）e.移植yaffs文件系統(tǒng)，或者直接使用核默認(rèn)支持的jaffs文件系統(tǒng)，前者更適合性能差的flash嵌入式設(shè)備中。f.移植或添加與自己目標(biāo)平臺(tái)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)

9、但修改卻出現(xiàn)了問(wèn)題： 1.由于2.6.38放棄了舊的信號(hào)量定義方法，所以在移植一些驅(qū)動(dòng)的時(shí)候會(huì)有錯(cuò)誤：舊的方式：DECLARE_MUTEX(name)；/定義name信號(hào)量，并且賦初值為1.新的方式：DEFINE_SEMAPHORE(name)；2.由于2.6.38中#define EV_VERSION0x010001 相對(duì)與舊的#define EV_VERSION0x010000的改變導(dǎo)致了利用TSLib的觸摸屏無(wú)法使用，解決辦法：將上面版本號(hào)改為舊的就可以了。c.bootlaoder 無(wú)法傳遞參數(shù)給核：解決辦法：將linux2.6.38arch/arm/kernel/setup.c文件中的

10、 void _init setup_arch(char *cmdline_p)函數(shù)里#if defined(CONFIG_DEPRECATED_PARAM_STRUCT)和#endif注釋掉。8前期小作品展示1ARM與MSP430通過(guò)nRF905無(wú)線通信 2. 制作了互聯(lián)網(wǎng)飲水機(jī)利用了MiniGUI和網(wǎng)絡(luò)編程以與驅(qū)動(dòng)編程實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離控制家里的飲水機(jī)，并且與時(shí)將信息反饋給發(fā)送者。如下圖：二、項(xiàng)目立論依據(jù)1、 項(xiàng)目研究的目的和意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平也越來(lái)越高，汽車正逐漸走進(jìn)尋常百姓家。交通工具方便了人們的生活，但車輛的日益增加，在某種程度上也給生活帶來(lái)了諸多的不便，造成了一些負(fù)面的社會(huì)

11、影響，如汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染、車輛的存放安全、停車?yán)щy等。尤其像繁華地帶的商業(yè)購(gòu)物區(qū)、大型醫(yī)院、商務(wù)辦公寫(xiě)字樓等場(chǎng)所。停車場(chǎng)面積大，車位多，但往往在停車場(chǎng)存在種種不理想的現(xiàn)狀：找車位難、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，停車場(chǎng)空氣污濁，出來(lái)時(shí)找不到自己的車等。造成這種現(xiàn)狀的原因一是車輛的增多，再就是停車場(chǎng)管理系統(tǒng)不完善。近幾年，我國(guó)停車場(chǎng)自動(dòng)管理技術(shù)已逐漸走向成熟，停車場(chǎng)管理系統(tǒng)向大型化、復(fù)雜化和高科技化方向發(fā)展，并作為樓宇自控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，使管理人員在遠(yuǎn)距離就能方便地實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控與管理，從而在很大程度上減輕了停車問(wèn)題帶來(lái)的壓力。停車場(chǎng)管理的好與壞，不僅會(huì)影響到企業(yè)或公司的形象，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講也會(huì)

12、影響到企業(yè)、公司的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)于大型停車場(chǎng)而言，打造智能管理系統(tǒng)就顯得尤為重要。由大量集成了處理器、存儲(chǔ)器和無(wú)線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的具有動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自組織網(wǎng)絡(luò)稱為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無(wú)線通信和短距離無(wú)線通信模式的無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集，將被測(cè)對(duì)象的各種參量通過(guò)各種傳感元件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或存儲(chǔ)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其自身組網(wǎng)方便、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用在停車場(chǎng)信息采集、停車場(chǎng)設(shè)備的智能化控制等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對(duì)今后智能停車場(chǎng)的發(fā)展將起到重要的支撐作用，具

13、有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。所以設(shè)計(jì)一種基于ARM智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，能有效的防止盜車，提高服務(wù)質(zhì)量；提高工作效率，減少人工工作量，降低人工成本；智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)采用圖形人機(jī)界面操作方式，具有操作簡(jiǎn)單、使用方便、功能先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，車場(chǎng)使用者可以在最短的時(shí)間進(jìn)入或離開(kāi)停車場(chǎng)，以提高車庫(kù)管理質(zhì)量，取得高的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。本系統(tǒng)分為信息采集，信息傳輸，數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建和數(shù)據(jù)信息的處理四大部分。系統(tǒng)構(gòu)成圖如下圖所示。其主控系統(tǒng)為嵌入式系統(tǒng)，采用ARM9 S3C2440處理器與Linux操作系統(tǒng)，具有通信網(wǎng)絡(luò)、通用外設(shè)接口，能對(duì)其中設(shè)備進(jìn)行控制管理。部網(wǎng)絡(luò)采用短距離、低功率無(wú)線通信技術(shù)，結(jié)合傳感器對(duì)停

14、車場(chǎng)信息進(jìn)行采集和傳輸。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)采集信息，使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。具體實(shí)現(xiàn)功能：(1）停車場(chǎng)信息的采集：從分散各地的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)地采集停車場(chǎng)基本信息和車位資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。(2）停車場(chǎng)信息傳輸：從各停車場(chǎng)采集來(lái)的信息合理地向各地各種類型的電子屏、Internet或其他終端用戶發(fā)布出去，引導(dǎo)司機(jī)在最近的可用停車場(chǎng)泊車。(3）停車場(chǎng)管理控制：負(fù)責(zé)對(duì)采集的信息、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)反饋信息進(jìn)行比較分析，并對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題提出合理地解決方案。 (4） 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)：統(tǒng)一保存子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)處理邏輯和收發(fā)存儲(chǔ)邏輯。2國(guó)外研究現(xiàn)狀停車問(wèn)題是一種社會(huì)環(huán)境問(wèn)題，

15、是城市發(fā)展過(guò)程中客觀出現(xiàn)的社會(huì)現(xiàn)象。我國(guó)智能停車場(chǎng)的應(yīng)用與研究正處于起步階段，智能停車場(chǎng)行業(yè)在我國(guó)還是新興行業(yè)，建設(shè)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，規(guī)模也不大，大型的主要靠進(jìn)口，小型的應(yīng)用還不廣泛，綜合國(guó)外市場(chǎng)的需求，可以斷定擁有高技術(shù)含量、高附加值、采用無(wú)線傳感技術(shù)的智能停車場(chǎng)具有廣闊的市場(chǎng)前景。停車場(chǎng)不僅僅停放小型汽車，隨著不斷改進(jìn)，智能停車場(chǎng)的載車型也向大型、重型車輛發(fā)展，在日本正在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)可以停放載重汽車、大客車的智能停車場(chǎng)，還有專門(mén)為家庭設(shè)計(jì)制造的家用型停車場(chǎng)，另外還有的停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化管理。停車產(chǎn)業(yè)正向多元化方向發(fā)展，其停車場(chǎng)技術(shù)不單單是純粹的機(jī)械設(shè)備，它還包含了當(dāng)今建筑、機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)

16、、磁控和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的大量先進(jìn)技術(shù)。無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)日臻完善，如汽車出入聲光引導(dǎo)和定位、汽車尺寸和重量自動(dòng)識(shí)別、限速保護(hù)與多重機(jī)構(gòu)互鎖、停車泊位自動(dòng)跟蹤、鏈繩長(zhǎng)度超圍報(bào)警和彈性變形自動(dòng)補(bǔ)償、汽車安全檢測(cè)、自動(dòng)消防滅火等。停車場(chǎng)的控制正向智能化方向發(fā)展，一些新技術(shù)正在迅速進(jìn)入該領(lǐng)域，如物聯(lián)網(wǎng)、變頻技術(shù)、全電腦(多微機(jī))控制系統(tǒng)、傳感技術(shù)、光纖通訊技術(shù)、垂直提升和水平平移機(jī)構(gòu)、IC卡的防偽技術(shù)、機(jī)電安全裝置系統(tǒng)、防火防盜系統(tǒng)、停電與電源故障的排除與處理系統(tǒng)等。對(duì)于全電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，要設(shè)計(jì)專用硬件系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)專用的軟件技術(shù)，使之適用于存取車全過(guò)程的管理和控制。停車場(chǎng)越來(lái)越向著智能化、無(wú)人化操

17、作方向發(fā)展，而且結(jié)合當(dāng)今先進(jìn)的技術(shù)：自動(dòng)控制技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、報(bào)警裝置、防盜防火裝置等，智能停車場(chǎng)將成為一個(gè)獨(dú)立的高技術(shù)設(shè)備。與各種先進(jìn)技術(shù)的融合將促進(jìn)停車場(chǎng)向高技術(shù)方向發(fā)展，形成智能停車場(chǎng)產(chǎn)業(yè)。我國(guó)智能停車場(chǎng)的需求量會(huì)不斷增大，盡管我國(guó)智能停車設(shè)備工業(yè)起步較晚，但人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到智能停車場(chǎng)建設(shè)的必要性和緊迫性。而我國(guó)也開(kāi)始智能停車場(chǎng)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，加之在控制、機(jī)械、電子等方面具有一定的基礎(chǔ)，相信我國(guó)的智能停車場(chǎng)技術(shù)會(huì)得到迅速發(fā)展。3主要參考文獻(xiàn)1董潔，王子梁.基于網(wǎng)絡(luò)的智能立體車庫(kù)管理系統(tǒng)客戶端程序的開(kāi)發(fā)J.起重運(yùn)輸機(jī)械，2010（1）.2董潔，王子梁.基于網(wǎng)絡(luò)的智能

18、立體車庫(kù)管理系統(tǒng)中央控制程序的開(kāi)發(fā)J.起重運(yùn)輸機(jī)械，2008（2）.3林曉飛，彬.基于ARM 嵌入式Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)與實(shí)例教程M.:清華大學(xué),2007.4江修波.zigbee技術(shù)與其應(yīng)用.低壓電器J，2005,7:27-29.5利民，建中，渝等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)M.:清華大學(xué)，2005.6勇，龍毅宏.嵌入式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)J.理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006,28（3）:107-109.7瑞華，袁.基于嵌入式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)J.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)， 2006,25(4):176-178.三、項(xiàng)目實(shí)施方案1項(xiàng)目研究的主要容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 項(xiàng)目研究的主要容主要分為三大部分：（1）嵌入式Lin

19、ux系統(tǒng)嵌入式Linux的優(yōu)點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。實(shí)時(shí)性是嵌入式系統(tǒng)的基本要求，其次，還要求代碼小，速度快，可靠性高。嵌入式Linux（Embedded Linux）是指對(duì)Linux經(jīng)過(guò)裁剪小型化后，可固化在存儲(chǔ)器或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場(chǎng)合的專用Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)和研究已經(jīng)成為目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。與其它嵌入式操作系統(tǒng)相比（詳見(jiàn)表1），Linux的特點(diǎn)如下。表1 專用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與嵌入式Linux的比較專用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式Linux

20、操作系統(tǒng)費(fèi)每生產(chǎn)一件產(chǎn)品需交納一份費(fèi)免費(fèi)購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用數(shù)十萬(wàn)元（RMB）免費(fèi)技術(shù)支持由開(kāi)發(fā)商獨(dú)家提供有限的技術(shù)支持全世界的自由軟件開(kāi)發(fā)者提供支持網(wǎng)絡(luò)特性另加數(shù)十萬(wàn)元（RMB）購(gòu)買(mǎi)免費(fèi)且性能優(yōu)異軟件移值難（因?yàn)槭欠忾]系統(tǒng)）易，代碼開(kāi)放（有許多應(yīng)用軟件支持）應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，因?yàn)榭蓞⒖嫉拇a有限短，新產(chǎn)品上市迅速，因?yàn)橛性S多公開(kāi)的代碼可以參考和移植實(shí)時(shí)性能好須改進(jìn)，可用PT_Linux等模塊彌補(bǔ)穩(wěn)定性較好較好，但在高性能系統(tǒng)中須改進(jìn)第一，Linux系統(tǒng)是層次結(jié)構(gòu)且核完全開(kāi)放。Linux是由很多體積小且性能高的微核系統(tǒng)組成。在核代碼完全開(kāi)放的前提下，不同領(lǐng)域和不同層次的用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要方便地對(duì)

21、核進(jìn)行改造，低成本地設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出滿足自己需要的嵌入式系統(tǒng)。第二，強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能。Linux誕生于因特網(wǎng)時(shí)代并具有Unix的特性，保證了它支持所有標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)協(xié)議，并且可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開(kāi)發(fā)成為嵌入式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。 此外，Linux還支持ext2、fat16、fat32、romfs等文件系統(tǒng)，為開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用打下了很好的基礎(chǔ)。第三，Linux具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和交叉運(yùn)行環(huán)境，可以跨越嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中仿真工具的障礙。Linux也符合IEEE POSIX.1標(biāo)準(zhǔn)，使應(yīng)用程序具有較好的可移植性。傳統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā)的程序調(diào)試和調(diào)試工具是用在

22、線仿真器（ICE）實(shí)現(xiàn)的。它通過(guò)取代目標(biāo)板的微處理器，給目標(biāo)程序提供一個(gè)完整的仿真環(huán)境，完成監(jiān)視和調(diào)試程序；但一般價(jià)格比較昂貴，只適合做非常底層的調(diào)試。使用嵌入式Linux，一旦軟硬件能夠支持正常的串口功能，即使不用仿真器，也可以很好地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試工作，從而節(jié)省一筆不小的開(kāi)發(fā)費(fèi)用。嵌入式Linux為開(kāi)發(fā)者提供了一套完整的工具鏈（tool chain）。它利用GNU的gcc做編譯器，用gdb、kgdb、xgdb做調(diào)試工具，能夠很方便地實(shí)現(xiàn)從操作系統(tǒng)到應(yīng)用軟件各個(gè)級(jí)別的調(diào)試。第四，Linux具有廣泛的硬件支持特性。無(wú)論是RISC還是CISC、32位還是64位等各種處理器，Linux都能運(yùn)行。Li

23、nux通常使用的微處理器是Intel X86芯片家族，但它同樣能運(yùn)行于Motorola公司的68K系列CPU和IBM、Apple、Motorola公司的PowerPC CPU以與Intel公司的StrongARM CPU等處理器。Linux支持各種主流硬件設(shè)備和最新硬件技術(shù)，甚至可以在沒(méi)有存儲(chǔ)管理單元（MMU）的處理器上運(yùn)行。這意味著嵌入式Linux將具有更廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在開(kāi)發(fā)嵌入式Linux的幾個(gè)問(wèn)題。就目前的技術(shù)而言，嵌入式Linux的研究成果與市場(chǎng)的真正需求還有一些距離，因此，嵌入式Linux走向成熟還需要在以下幾個(gè)方面有所發(fā)展。(a)Linux的實(shí)時(shí)性擴(kuò)充實(shí)時(shí)性是嵌入式操作系統(tǒng)的基

24、本要求。由于Linux還不是一個(gè)真正的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，核不支持事件優(yōu)先級(jí)和搶占實(shí)時(shí)特性，所以在開(kāi)發(fā)嵌入式Linux的過(guò)程中，首要問(wèn)題是擴(kuò)展Linux的實(shí)時(shí)性能。對(duì)Linux實(shí)時(shí)性的擴(kuò)展可以從兩方面進(jìn)行：向外擴(kuò)展和向上擴(kuò)展。向外擴(kuò)展即從圍上擴(kuò)展，讓實(shí)時(shí)系統(tǒng)支持的圍更廣，支持的設(shè)備更多。目前的開(kāi)發(fā)所面向的設(shè)備僅限于較簡(jiǎn)單的有實(shí)時(shí)要求的串/并口數(shù)據(jù)采集、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算等，而像實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)這樣實(shí)時(shí)系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用還需進(jìn)一步發(fā)展。向上擴(kuò)展是擴(kuò)充Linux核，從功能上擴(kuò)充Linux的實(shí)時(shí)處理和控制系統(tǒng)。如嵌入式系統(tǒng)RT-Linux，它的基本原理是將Linux本身的任務(wù)以與Linux核本身作為一個(gè)優(yōu)先級(jí)最低的任務(wù)，而

25、實(shí)時(shí)任務(wù)作為優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，即在實(shí)時(shí)任務(wù)存在的情況下運(yùn)行實(shí)時(shí)任務(wù)，否則就運(yùn)行Linux本身的任務(wù)。實(shí)時(shí)任務(wù)不同于Linux普通進(jìn)程。它是以Linux的可裝載的核模塊(Loadable Kernel Module，LKM)的形式存在的，需要運(yùn)行實(shí)時(shí)任務(wù)的時(shí)候，將這個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)的核模塊插入到核中去，實(shí)時(shí)任務(wù)和Linux一般進(jìn)程之間的通信通過(guò)共享存或者FIFO通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。(b)改變Linux核的體系結(jié)構(gòu)Linux的核體系采用的是Monolithic。在這種體系結(jié)構(gòu)中，核的所有部分都集中在一起，而且所有的部件在一起編譯連接。這樣雖然能使系統(tǒng)的各部分直接溝通，有效地縮短任務(wù)之間的切換時(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)

26、速度和CPU的利用率，且實(shí)時(shí)性好；但在系統(tǒng)比較大時(shí)體積也比較大，與嵌入式系統(tǒng)容量小、資源有限的特點(diǎn)不符。而另外一種核體系結(jié)構(gòu)MicroKernel， 在核中只包括了一些基本的核功能，如創(chuàng)建和刪除任務(wù)、任務(wù)調(diào)度、存管理和中斷處理等部分，而文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等部分都是在用戶存空間運(yùn)行。這種結(jié)構(gòu)雖然執(zhí)行效率不如Monolithic核，但大大減小了核的體積，同時(shí)也方便了整個(gè)系統(tǒng)的升級(jí)、維護(hù)和移植，更能滿足嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)需要。為此，要使嵌入式Linux的應(yīng)用更加廣泛，若將Linux目前的Monolithic核結(jié)構(gòu)中的部分結(jié)構(gòu)改造成MicroKernel體系結(jié)構(gòu)，可使得到的Linux既具有很好的實(shí)時(shí)性

27、，又能滿足嵌入式系統(tǒng)體積小的要求。另外，Linux是一個(gè)需要占用存儲(chǔ)器的操作系統(tǒng)。雖然這可以通過(guò)減少一些不必要的功能來(lái)彌補(bǔ)，但可能會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，而且容易帶來(lái)很大的麻煩。許多Linux的應(yīng)用程序都要用到虛擬存，這在許多嵌入式系統(tǒng)中是沒(méi)有價(jià)值的。所以，并不是一個(gè)沒(méi)有磁盤(pán)的Linux嵌入式系統(tǒng)就可以運(yùn)行任何Linux應(yīng)用程序。(c)完善Linux的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境提供完整的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是每一個(gè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員所期待的。一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境一般需要提供的工具是：編譯/連接器、核調(diào)試/跟蹤器和集成圖形界面開(kāi)發(fā)平臺(tái)。其中的集成圖形界面開(kāi)發(fā)平臺(tái)包括編輯器、調(diào)試器、軟件仿真器和監(jiān)視器等。在Lin

28、ux系統(tǒng)中，具有功能強(qiáng)大的gcc編譯器工具鏈，使用了基于GNU的調(diào)試器gdb的遠(yuǎn)程調(diào)試功能，一般由一臺(tái)客戶機(jī)運(yùn)行調(diào)試程序調(diào)試宿主機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)核; 在使用遠(yuǎn)程開(kāi)發(fā)時(shí)還可以使用交叉平臺(tái)的方式，如在Windows平臺(tái)下的調(diào)試跟蹤器對(duì)Linux的宿主系統(tǒng)做調(diào)試。但是，Linux在基于圖形界面的特定系統(tǒng)定制平臺(tái)的研究上，與Windows操作系統(tǒng)相比還存在差距。因此，要使嵌入式Linux在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)更加明顯，整體集成開(kāi)發(fā)環(huán)境還有待提高和完善。 （2）傳感器網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在檢測(cè)區(qū)域附近，這一過(guò)程可以

29、通過(guò)飛行器撒播，人工埋置和火箭彈射等方式完成。撒放后的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到自檢啟動(dòng)的喚醒狀態(tài)，在簇首節(jié)點(diǎn)的引領(lǐng)下，建立起路由拓?fù)?，之后傳感器?jié)點(diǎn)采集并記錄周圍感興趣的環(huán)境信息，沿著之前建立好的路由拓?fù)渎窂街鹛M(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過(guò)單跳或者路由多跳后傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中處理。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)用PC機(jī)充當(dāng)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再連接到基于Ipv6的cernet2主干網(wǎng)上，監(jiān)控中心從certnet2上獲取數(shù)據(jù)，并完成對(duì)數(shù)據(jù)的融合，展示，預(yù)測(cè)，以與決策，從而對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成部分傳感器節(jié)點(diǎn)主要由傳感單元、處理單元、無(wú)線通訊單元和電

30、源單元四個(gè)基本單元組成。根據(jù)應(yīng)用的需要，傳感器節(jié)點(diǎn)還可以包括定位單元、移動(dòng)單元和能量發(fā)生單元等擴(kuò)展單元。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。目前的無(wú)線通信技術(shù)如表所示無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)方面需解決的問(wèn)題網(wǎng)絡(luò)通信問(wèn)題：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信過(guò)程中，信號(hào)可能由于惡劣環(huán)境而受到一定的影響，而且在同一信道中可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，怎么安全有效的進(jìn)行通信是個(gè)亟待研究解決的問(wèn)題。系統(tǒng)能量供應(yīng)問(wèn)題：目前主要的解決方案有：使用高能電池、降低節(jié)點(diǎn)功率；通過(guò)采用數(shù)據(jù)融合減少節(jié)點(diǎn)通信量；通過(guò)節(jié)點(diǎn)休眠降低能耗。成本問(wèn)題。一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面需要試用數(shù)量龐大的微型傳感器，如何在保證其功能的前提下降低傳感器節(jié)點(diǎn)的成本也備受關(guān)注。高效的無(wú)

31、線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是自組織無(wú)線傳感器的成網(wǎng)技術(shù)，有多種形態(tài)和方式，如何提高網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力以與安全性能方面有諸多問(wèn)題有待解決。（3）嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)（a）嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的性能穩(wěn)定研究與測(cè)試。（b） 數(shù)據(jù)庫(kù)到嵌入式平臺(tái)的移植。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)概述：嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是近幾年才興起的一項(xiàng)新的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。它以目前成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)嵌入式設(shè)備的具體特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)設(shè)備和嵌入式設(shè)備上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、組織和管理。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)通常運(yùn)行在大型的計(jì)算設(shè)備上，隨著計(jì)算設(shè)備的日益小型化，數(shù)據(jù)庫(kù)的小型化也日益迫切。與常見(jiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)相比嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)具有以下特點(diǎn)(a) 嵌入性：可移植性好，

32、有較強(qiáng)的空間限制，可與用戶程序集成在一起。(b) 實(shí)時(shí)性：系統(tǒng)緊湊，只有具有了嵌入性的數(shù)據(jù)庫(kù)才能第一時(shí)間得到系統(tǒng)的資源，對(duì)系統(tǒng)的請(qǐng)求在第一時(shí)間做出響應(yīng)。(c) 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)還具有功能齊備、健壯性等特點(diǎn)。擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題（1）系統(tǒng)軟件操作平臺(tái)的設(shè)計(jì)Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)是完全可行的。因?yàn)長(zhǎng)inux提供了完成嵌入功能的基本核和所需要的所有用戶界面，能處理嵌入式任務(wù)和用戶界面。將Linux看作是連續(xù)的統(tǒng)一體，從一個(gè)具有存管理、任務(wù)切換和時(shí)間服務(wù)與其它分拆的微核到完整的服務(wù)器，支持所有的文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。Linux作為嵌入式系統(tǒng)，是一個(gè)帶有很多優(yōu)勢(shì)的新成員。它對(duì)許多CPU和硬件平臺(tái)都是易移植、穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、易于開(kāi)發(fā)的。嵌入式Linux系統(tǒng)需要下面三個(gè)基本元素：系統(tǒng)引導(dǎo)工具（用于機(jī)器加電后的系統(tǒng)定位引導(dǎo)）、Linux微核（存管理、 程序管理）、初始化進(jìn)程。但如果要它成為完整的操作系統(tǒng)并且繼續(xù)保持小型化，還必須加上硬件驅(qū)動(dòng)程序、硬件接口程序和應(yīng)用程序組。（2）系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)在選擇硬件時(shí)，常由于缺乏