1、研 究 生 課 程 論 文(2014-2015學(xué)年第一學(xué)期)Ubuntu系統(tǒng)安裝及內(nèi)核編譯和RTAI安裝研究生： 提交日期： 2015年3月1日 研究生簽名： 學(xué) 號學(xué) 院自動化科學(xué)與工程學(xué)院課程編號Z0111024課程名稱嵌入式系統(tǒng)原理及其應(yīng)用學(xué)位類別碩士任課教師劉少君教師評語： 成績評定： 分 任課教師簽名： 年 月 日目錄摘要：3第一章、Linux系統(tǒng)簡介41.1、Linux的誕生41.2、Linux系統(tǒng)的特點41.2.1、Linux和Window的比較51.3、Linux發(fā)行版本簡介51.4、Ubuntu發(fā)行版本簡介6第二章、WIN7硬盤下Ubuntu 14.04的安裝82.1、準備工

2、作82.2、安裝過程10第三章、Ubuntu 14.04的內(nèi)核編譯173.1、準備工作173.2、編譯過程18第四章、RTAI-4.0安裝254.1、RTAI介紹254.2、準備工作254.3、安裝過程264.3.1、內(nèi)核編譯264.3.2、編譯RTAI27第五章、總結(jié)30參考文獻：31Ubuntu系統(tǒng)安裝及內(nèi)核編譯和RTAI安裝摘要：Linux已經(jīng)是現(xiàn)代社會最熱門的關(guān)鍵詞之一，它的開放性與穩(wěn)定性是現(xiàn)在很多小型電子設(shè)備所青睞的。現(xiàn)在以Linux為內(nèi)核的圖形界面操作系統(tǒng)越來越多，其中以Android為操作系統(tǒng)的智能手機日益增多，促使Linux越來越受大眾歡迎。本文先簡單介紹了Linux的發(fā)展以及

3、它的特色，然后在眾多的Linux發(fā)行版本上重點介紹了Ubuntu，經(jīng)過多年的發(fā)展，Ubuntu已經(jīng)發(fā)展成為一個成熟的優(yōu)秀的操作系統(tǒng)，能夠滿足普通人簡單的娛樂與工作需要。本文詳細介紹了如何在WIN7系統(tǒng)上應(yīng)用EasyBCD引導(dǎo)安裝Ubuntu14.04系統(tǒng)，在Ubuntu 14.04的基礎(chǔ)上也清楚的講解了Linux內(nèi)核的編譯過程，通過內(nèi)核編譯，技術(shù)人員可以按照自己的需求來配置內(nèi)核，使系統(tǒng)工作方便快捷。最后還在內(nèi)核linux-3.8.13的基礎(chǔ)上安裝了實時擴展RTAI-4.0。RTAI 是一種采用雙內(nèi)核機制的Linux 內(nèi)核的強實時擴展。優(yōu)先級高于Linux 內(nèi)核，它負責處理系統(tǒng)的實時任

4、務(wù)。關(guān)鍵字：Linux簡介，Ubuntu的安裝，內(nèi)核編譯，RTAI 第一章、Linux系統(tǒng)簡介1.1、Linux的誕生1991年，在芬蘭赫爾辛基大學(xué)計算機科學(xué)系就讀的學(xué)生林納斯·本納第克特·托瓦茲（Linus Benedict Torvalds）在Minix的基礎(chǔ)上開始開發(fā)Linux內(nèi)核。 當年的8月25日，他在新聞組“comp.os.minix.”發(fā)表了如下的著名帖子，宣告了Linux的誕生：使用minix操作系統(tǒng)的各位，大家好！我正在為386（486）AT clones寫一個（自由的）操作系統(tǒng)（只是愛好而已，不會和GNU一樣成為廣泛且專業(yè)的操作系統(tǒng)）。這個計劃從4月份開

5、始醞釀，現(xiàn)在已做好準備。我希望得到人們關(guān)于minix優(yōu)缺點的任何反饋意見，因為我的操作系統(tǒng)和它有類似的方面（因為可行性方面的原因，兩者的文件系統(tǒng)物理布局相同）。我剛剛把bash（1.08）和gcc（1.40）移植到了系統(tǒng)上，而且看來運行得很好。這意味著我可以在幾個月內(nèi)把它變得有實用性了。我想知道大家想要些什么特色。歡迎提任何的建議，但是我不保證我會實現(xiàn)你的建議。整個來說，Linux屬于開放源碼軟件。開放源碼軟件是源代碼完全公開的自由軟件，旨在免費分享技術(shù)資訊。根據(jù)自由軟件基金會的定義，自由軟件（Free Software）是一種可以不受限制地自由使用、復(fù)制、研究、修改和分發(fā)的軟件。自由軟件的許

6、可證類型主要有GPL許可證和BSD許可證兩種。自由軟件可以看作是開源軟件的一個子集。1.2、Linux系統(tǒng)的特點Linux操作系統(tǒng)是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中最具有代表性的實例。只要遵循GNU通用公共許可證，任何人和機構(gòu)都可以自由地使用Linux的所有底層源代碼，也可以自由地修改和再發(fā)布。Linux的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括服務(wù)器、嵌入式Linux系統(tǒng)和桌面應(yīng)用等。 Linux具有以下特點：Ø 開放性。Ø 多用戶多任務(wù)，支持多進程和多線程。Ø 可靠的系統(tǒng)安全性。Ø 良好的用戶界面。Ø 強大的網(wǎng)絡(luò)功能。Ø 高穩(wěn)定性。Ø 具有標準兼容性

7、。Ø 支持多平臺。 1.2.1、Linux和Window的比較1.3、Linux發(fā)行版本簡介一個內(nèi)核不是一套完整的操作系統(tǒng)。一套基于Linux內(nèi)核的完整操作系統(tǒng)叫做Linux操作系統(tǒng)，或是GNU/Linux。內(nèi)核有內(nèi)核版本，由不定期發(fā)布。而發(fā)行版本是在Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上，由開發(fā)人員添加其他組件和應(yīng)用程序整合而成為實際可用的操作系統(tǒng)，發(fā)行版本則由各自廠商或社區(qū)發(fā)布。Linux由某個組織、公司或者個人發(fā)行，通常所說的“Linux操作系統(tǒng)”指的是發(fā)行版本。典型的Linux發(fā)行版包括Linux內(nèi)核，一些GNU函數(shù)庫和工具，命令行shell，圖形界面的X Win

8、dow系統(tǒng)和相應(yīng)的桌面環(huán)境（如KDE或GNOME），并包含多種應(yīng)用軟件，如辦公套件、編譯器、文字編輯器等。發(fā)行版面向的目標各自不同，包括對不同硬件結(jié)構(gòu)的支持（如X86或POWER）、區(qū)域或語言的本地化定制版本（如Linux Deepin、紅旗Linux等）、實時應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)等。目前，活躍的發(fā)行版本超過300個，其中約十多種被廣泛使用。很多Linux發(fā)行版不需要安裝就能使用，稱作LiveCD，如Damn Small Linux、Knoppix等。很多流行的發(fā)行版（如Ubuntu和Fedora）的安裝介質(zhì)也是LiveCD。此外，部分發(fā)行版本也支持USB閃存盤啟動。以下是幾個比較流行的版本的圖標

9、：1.4、Ubuntu發(fā)行版本簡介本文的內(nèi)核編譯和RTAI的安裝都是基于Ubuntu發(fā)行版完成的，所以這里來介紹下它的發(fā)行版。Ubuntu是一個以桌面應(yīng)用為主的GNU/Linux操作系統(tǒng)。其名稱來自非洲南部祖魯語“Ubuntu”一詞，意思是“Humanity to others（人性待人）”、“我的存在是因為大家的存在”，類似中華文化的“仁愛”思想。Ubuntu每6個月發(fā)布一個新版，每個版本都有代號和版本號。版本號源自發(fā)布日期，例如12.04代表是2012年4月發(fā)布。普通的桌面版可以獲得18個月的支持，標為LTS（Long-Term Support，長期支持）的桌面應(yīng)用版可以獲得更長時間的支持

10、。例如Ubuntu 12.04 LTS，其桌面應(yīng)用系列可以獲得三年技術(shù)支持，服務(wù)器版可以獲得五年技術(shù)支持。默認的Ubuntu版本采用Gnome桌面系統(tǒng)，不過從11.04版開始，它采用自己開發(fā)的Unity界面。Ubuntu屬于Debian系的衍生版本，雖然誕生較晚，但發(fā)展極為迅速，用戶數(shù)量已經(jīng)超越Red Hat系發(fā)行版本。Ubuntu使用高級軟件包工具APT管理DEB軟件包，其優(yōu)點是發(fā)行周期和支持周期穩(wěn)定，用戶界面友好，文檔豐富全面，特別是國內(nèi)的軟件包源數(shù)量較多，速度較快，Ubuntu中文社區(qū)在所有發(fā)行版本中最為活躍，可以迅速找到技術(shù)支持。服務(wù)器版本與其他發(fā)行版本相比尚屬后來者，但是增長極為迅速

11、。缺點是與Debian兼容性不完善。第二章、WIN7硬盤下Ubuntu 14.04的安裝2.1、準備工作1、從官網(wǎng)上下載unbuntu14.04 32位操作系統(tǒng)的鏡像文件ubuntu-14.04-desktop-i386.iso。網(wǎng)址是：下載到的鏡像文件，放在win7硬盤的根目錄下，我是放在F盤，然后用解壓工具把鏡像文件解壓，從解壓出的文件夾中casper下拷出initrd.lz和vmlinuz兩個文件也放在F根目錄下。2、在win7系統(tǒng)上右鍵計算機->管理->磁盤管理，找一個剩余容量比較大的盤符右鍵壓縮出30G左右的空閑空間，用于安裝ubuntu系統(tǒng)。3、到網(wǎng)上下載easyBCD

12、2.2中文版并安裝在win7系統(tǒng)上。easyBCD是一款很優(yōu)秀的系統(tǒng)引導(dǎo)軟件，功能強大，最關(guān)鍵的是傻瓜式一站式簡易操作，極其適合新手使用！ 4、前面三步都做好之后，剩下的就是用easyBCD配置ubuntu安裝的啟動項了，打開easyBCD2.2，按照下圖第1、2、3步。安裝完后點配置。點擊配置按鈕后，會出現(xiàn)一個記事本文件，將下面的代碼粘貼到文件尾部：title Install Ubuntu 14.04LTSroot (hd0,6)kernel (hd0,6)/vmlinuz boot=casper iso-scan/filename=/ubuntu-14.04-desktop-i386.is

13、o ro quiet splash locale=zh_CN.UTF-8initrd (hd0,6)/initrd.lz如下圖所示：特別說明： 上圖代碼中“ubuntu-14.04-desktop-i386.iso”為你下載的ubuntu 14.04系統(tǒng)鏡像文件名，這個文件名是可以修改的，但修改的名字一定要與導(dǎo)入的系統(tǒng)鏡像文件名字一致，否則將無法引導(dǎo)安裝；(hd0,6)表示磁盤分區(qū)，hd(0,0), hd(0,1), hd(0,2), hd(0,3)表示主分區(qū)，(hd0,4)以后的表示邏輯分區(qū)，一般我們win7下只有一個主分區(qū)C盤，則(hd0,0)表示C盤，(hd0,4)表示D盤，(hd0,5

14、)表示E盤，(hd0,6)表示F盤，我的鏡像就是放在F盤里，如果你放在別的盤根目錄下，請把(hd0,6)改成自己對應(yīng)的分區(qū)。準備工作至此已全部完成！2.2、安裝過程1、重啟電腦，可以看到多了一個啟動項“NeoGrub引導(dǎo)加載器”，選擇該項enter，然后選擇“Install Ubuntu 14.04LTS”。接下來如果正常的話，會刷刷的滿屏幕文字，很高端的樣子，等著它結(jié)束就行。如果在這一步報錯，一般來說就是之前的menu.lst配置文件不對，無法訪問C盤，這時只要在grub命令行處輸入reboot，然后進入win7重新配置就行。2、NeoGrub引導(dǎo)加載器會引導(dǎo)進入ubuntu14.04的桌面

15、，在這個桌面上可以看到左上邊有兩個圖標，右上角是“關(guān)機”按鈕。3、對于硬盤安裝，在雙擊桌面左上角的安裝圖標之前，要先在終端中輸入命令，使得鏡像設(shè)備不要掛載在ubuntu系統(tǒng)上。操作如下：按住快捷鍵“Ctrl+Alt+T”出現(xiàn)終端窗口，輸入命令sudo umount l /isodevice/后，enter即可完成。4、雙擊桌面“安裝Ubuntu14.04 LTS”圖標，稍等出來一個“歡迎”面板，左側(cè)應(yīng)該選中了“中文(簡體)”，如果不是就在左邊選中它，然后點右下角“繼續(xù)”按鈕；5、檢查準備情況，要求磁盤空間足夠，不要連接網(wǎng)絡(luò)，一般不勾選更新和第三方軟件，直接點“繼續(xù)”按鈕；6、不要連接無線網(wǎng)絡(luò)，

16、點繼續(xù)；7、接下來是詢問安裝到哪個分區(qū)，選擇最下邊的“其他選項”，點“繼續(xù)”按鈕；8、接下來出來磁盤分區(qū)情況，這兒是安裝到之前壓縮出的30G左右空閑分區(qū)上；9、選中空閑分區(qū)，點擊“+”按鈕為Ubuntu系統(tǒng)創(chuàng)建分區(qū)，創(chuàng)建的分區(qū)包括大小、類型、位置、文件系統(tǒng)類型以及掛載點，分區(qū)類型和位置不必動，只要更改其他三個就可以了。10、我是安裝下面分的區(qū)：200M ext4 /boot (啟動引導(dǎo)區(qū))5G ext4 / （根目錄也即系統(tǒng)盤）5G ext4 /home（文檔存儲）10G ext4 /usr10G ext4 /var剩余空間 swap （緩存）檢查一下分區(qū)編輯好了，點“現(xiàn)在安裝”；11、然后出

17、來詢問地區(qū)，點“繼續(xù)”即可，或者在地圖上找找自己所在的地區(qū)，我打的是廣東省，這時下邊已經(jīng)開始安裝了；12、接下來是鍵盤布局，一般是“漢語”，直接點“繼續(xù)”；13、接下來是設(shè)定自己的用戶名(小寫字母)和密碼等，從上到下依次輸入即可，然后點“繼續(xù)”；14、然后接著等待系統(tǒng)的安裝，可以看一下系統(tǒng)的介紹；15、耐心等待完成，然后出來一個對話框，點“現(xiàn)在重啟”完成安裝，按電源鍵也可以呼出關(guān)機對話框；16、重新啟動后，選擇進入Ubuntu系統(tǒng)，之后會停在一個登錄界面，點擊自己的用戶名，輸入密碼后按回車，進入系統(tǒng)；順利的進入系統(tǒng)后，這就說明Ubuntu14.04安裝完成。第三章、Ubuntu 14.04的內(nèi)

18、核編譯3.1、準備工作1、下載最新的穩(wěn)定版Linux內(nèi)核源碼：下載地址是/，現(xiàn)在最新的穩(wěn)定版本是3.18.3?？梢栽赪IN7系統(tǒng)上下載下來，然后進入Ubuntu系統(tǒng)把下載文件復(fù)制到/home文件夾下。也可以直接在Ubuntu系統(tǒng)上下載，下載好后文件是保存在/home/liuhai/下載目錄下面。2、內(nèi)核編譯的整個過程都要在root權(quán)限下進行，按住快捷鍵“Ctrl+Alt+T”，在終端中輸入命令：sudo i，然后輸入密碼就行了。3、為了安裝新內(nèi)核，需要安裝一些必要的工具。在終端中輸入命令：sudo apt-get install libncurses5-

19、dev（使用make menuconfig命令時要用到）。4、把下載好的內(nèi)核文件包，移動到/usr/src目錄下，以后的編譯工作都在這個目錄下進行。先到內(nèi)核文件的存儲文件夾：cd /home/liuhai/下載，然后再使用mv指令移動linux-3.18.3.tar.xz到/usr/src，最后回到/usr/src目錄下，解壓內(nèi)核文件包，解壓命令為：xz d linux-3.18.3.tar.xztar xvf linux-3.18.3.tar解壓結(jié)果如下圖，會在/usr/src目錄下多出一個linux-3.18.3的目錄，里面就是內(nèi)核3.18.3的所有重要信息了。3.2、編譯過程1、按快捷鍵

20、“Ctrl+Alt+T”，在終端里面輸入命令：uname a，從出來的信息中我們可以看到，當前系統(tǒng)內(nèi)核是3.13.0版本，下面開始我們的編譯過程2、在root權(quán)限下進入目錄/usr/src/linux-3.18.3，清除殘留的.config和.o文件，輸入命令：make mrproper(如果是第一次編譯可以不執(zhí)行此步驟)；3、把當前內(nèi)核的配置文件.config復(fù)制到文件夾linux-3.18.3下面，我們新內(nèi)核的配置就按照這個內(nèi)核來，方便又快捷，避免自己配置搞錯。4、復(fù)制完.config文件到linux-3.18.3目錄下后，回到linux-3.18.3目錄，輸入命令：make menuco

21、nfig，如果自己完全清楚的話，可以根據(jù)菜單提示，選擇編譯配置選項，并保存為配置文件.config。5、但我是直接加載（load）復(fù)制過來的.config文件，在出現(xiàn)的配置界面選擇加載；6、要加載的文件就是.config，點ok即可；7、然后回到配置界面，選擇保存（save）；8、保存的文件名也是.config，點ok即可，然后內(nèi)核的編譯將會按照這個文件來配置。9、確定依賴性，命令：make dep，提示沒有必要，可能是加載以前配置文件的原因，清理編譯中間文件，命令：make clean；10、生成新內(nèi)核，命令：make bzImage，時間20分鐘左右；11、生成modules，命令：mak

22、e modules，時間大概2個小時；12、安裝modules，命令：make modules_install；之后并建立要載入ramdisk的映像文件，命令：mkinitramfs -o /boot/initrd-linux-3.18.3.img，如果你的系統(tǒng)是跑在虛擬機里，那么建立映像這一步一定需要。13、最后一步，安裝內(nèi)核，命令：make install，安裝問內(nèi)核之后，我們可以看到grub引導(dǎo)程序自動生成，不需要我們再配置grub引導(dǎo)文件了。14、重啟系統(tǒng)，從grub菜單中選中新內(nèi)核引導(dǎo)Ubuntu啟動，可以在終端中輸入命令：uname a，檢查一下編譯過后內(nèi)核變成了3.18.3，編譯

23、成功。第四章、RTAI-4.0安裝4.1、RTAI介紹早期的Linux系統(tǒng)沒有實時能力，就連基本的內(nèi)核態(tài)任務(wù)搶占也沒有。如果談?wù)揜eal-Time Linux系統(tǒng)，首先要談?wù)揜TLinux，它是第一個實時Linux系統(tǒng)，并且現(xiàn)在比較流行。RTAI是Real-Time Application Interface的縮寫。從名稱中可以看出RTAI是一套用戶可以使用的實時任務(wù)調(diào)用接口。RTAI實際上是RTLinux的變種，由于RTLinux在移植時比較困難，因此RTLinux的一部分開發(fā)人員建立了RTAI系統(tǒng)，RTAI也采用了架空Linux內(nèi)核的機制。RTAI是完全開源的實時系統(tǒng)，它的源代碼可以從RT

24、AI官方網(wǎng)站免費獲取?，F(xiàn)在RTAI的使用范圍比RTLinux廣泛的多。4.2、準備工作1、那些編譯工具之前內(nèi)核編譯的時候已經(jīng)安裝了，如果沒安裝的這里要安裝，命令：sudo apt-get install build-essential kernel-package libncurses5-dev；2、 登陸/下載最新的RTAI壓縮包rtai-4.0.1-tar.bz2,把壓縮包解壓到/usr/src目錄下，這里主要要查看與RTAI補丁包相匹配的內(nèi)核包的型號，進入/rtai-4.0.1/base/arch/x86/patches目錄，查看當下文件，可以看到支持

25、的內(nèi)核版本最新的是hal-linux-3.8.13-x86-4.patch，故需要下載linux-3.8.13版本的內(nèi)核。3、登陸/pub/linux/kernel/下載內(nèi)核linux-3.8.13的壓縮包，同樣解壓到/usr/src目錄下。4.3、安裝過程4.3.1、內(nèi)核編譯1、切換到root權(quán)限：sudo -i2、進入內(nèi)核解壓包并為內(nèi)核打上相應(yīng)的RTAI補?。篶d /usr/src/linux-3.8.13；patch -p1 -b< /usr/src/rtai-4.0.1/base/arch/x86/patches/hal-linux-3.8

26、.13-x86-4.patch。3、配置linux內(nèi)核，配置菜單有很多中，在Ubuntu下推薦使用圖形化的配置菜單，這就要求安裝ncurse庫，之前已經(jīng)安裝了。和上一章節(jié)的內(nèi)核編譯一樣，先執(zhí)行命令：make mrproper 清除目錄下所有配置文件和先前生成的核心時的中間文件；make menuconfig 出現(xiàn)配置界面；4、配置內(nèi)核要格外的細心和耐心，一步一步配置。在此只列出一些較重要的選項進行說明：（1）、General setup ->Local version-a ppend to kernel release =-rtai-4.0.1-wr；本地版本-附加內(nèi)核版本，此處填-rt

27、ai-4.0.1-wr，表明我們已經(jīng)給新內(nèi)核配置了RTAI，這樣會在新內(nèi)核的啟動向?qū)е谐霈F(xiàn)3.8.13rtai-4.0.1-wr的選項。General setup ->Create deprecated sysfs files（NEW）->no（2）、Enable loadable module support ->（允許可裝載的模塊支持）->Module versioning support(模塊支持的版本)=no 不同的內(nèi)核在使用同一模塊時區(qū)別于搭原有的模塊，此處不選。Enable loadable module support ->Module unload

28、ing（模塊卸載）這個選項可以卸載不再使用的模塊，如果不選將不能卸載任何模塊。（3）、Processor type and features ->（處理器的類型和特性）->Symmetric multi-processing support（對多處理器支持）=no 如果有多個CPU或CPU是多核的就選上。此時“Enhanced Real Time Clock Support”選項就必須開啟，“Advanced Power Management”選項必須關(guān)閉。Processor type and features ->Interrupt pipeline =yesProcess

29、or type and features ->Subarchitecture Type（子構(gòu)架類型）=PC-compatible 標準的PC或兼容機。Processor type and features ->Processor family（處理器系列）=core2/newer xeon 根據(jù)實際CPU選擇Processor type and features ->Generic x86 support（通用的x86支持）=no CPU能在上述“Processor family”中找到就可不選Processor type and features ->Multi-co

30、re scheduler support（針對多核CPU進行調(diào)度策略優(yōu)化） =yesProcessor type and features ->Preemption Model（內(nèi)核搶占模式）-> Preemption Kernel（Low-Latency Desktop）（適合運行實時程序的主動內(nèi)核搶占）->yes（4）Power management options（ACPI,APM）-> Power Management support（電源管理選項）=no 電源管理有ACPI和APM兩種標準且不能同時使用，即使關(guān)閉該選項，x86上運行的Linux也會在空閑時發(fā)出

31、HLT指令將CPU進入睡眠狀態(tài)Power management options（ACPI,APM）->CPU Frequency scaling（CPU變頻控制）->CPU Frequency scaling Power management options=no CPU變頻控制允許在運行中改變CPU主頻，達到省電和降溫的目的，但是這個驅(qū)動不會自動改變CPU的時鐘速度，選擇no其他的設(shè)置可以保持默認，保存設(shè)置為配置文件.config。若需要更進一步精簡內(nèi)核，則需要對配置的各類信息和自己的計算機硬件有詳細的了解。5、確定依賴性，命令：make dep6、清理編譯中間文件，命令：make clean7、生成新內(nèi)核，命令：make bzImage8、生成modules，命令：make modules9、安裝modules，命令：make modules_install10、建立要載入ramdisk的映像文件，命令：mkinittramfs -o /boot/initrd-linux-3.8.13.img 11、安裝內(nèi)核，命令：make install12、安裝完后重啟。命令：reboot4.3.2、編譯RTAI啟動3.8.13的新內(nèi)核后，打開終端，接下來編譯RTAI，對內(nèi)