2024年4月17日发(作者：)

第３９卷第２期　

船海工程　

Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．２　

２０１０年４月　

ＳＨＩＰ　ＯＣＥＡＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　

Ａｐｒ．２０１０　

嵌入式ｌｉｎｕｘ在柴油机在线诊断装置上的应用　

赵佰权　，刘建设　，许小伟　。金华标　。李明迎。　

（１．武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉４３００６３；２．九江职业技术学院，江西九江３３２０００）　

摘要：针对以ｐｃｌ０４为主体的诊断仪，在虚拟机ｌｉｎｕｘ下裁剪嵌入式内核，制作根文件系统及安装ｇｒｕｂ　

引导程序，分析ｌｉｎｕｘ的启动以及ＣＦ卡加载过程，在系统监测应用程序中，实现图形界面应用程序的移植。　

关键词：柴油机；在线诊断；嵌入式ｌｉｎｕｘ；移植；图形界面　

中图分类号：Ｕ６６４．１２１；ＴＰ３１６．８　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—７９５３（２０１０）０２—００７１—０３　

利用在线诊断装置，记录柴油机的运行状态，　

ＰＳ２键盘／鼠标接口。使用１Ｇ的ＣＦ卡作为启动　

诊断已存在或潜在的故障，可以大大减少＿丁作量　盘，在ＢＩＯＳ里设置为第一启动方式，ｌｉｎｕｘ系统　

人员的检修工作量，并提高柴油机的运行可靠性。　自动识别其为主启动盘。　

装置通过对柴油机转速信号的采集、处理来判断　

在ＰＣ机上安装虚拟机ｌｉｎｕｘ，利用虚拟机进　

柴油机的运行状态。系统的显著特点是利用可靠　行内核裁剪，根文件系统制作，以及引导程序的安　

的转速传感器拾取瞬时转速信号作为状态分析的　

装。利用读卡器将开发的嵌入式ｌｉｎｕｘ移植到　

主要信息源。理论和运用表明，柴油机工作时瞬　

ＣＦ卡上，并且把应用程序也移植进去，最后将ＣＦ　

时转速信号蕴含着柴油机各个气缸工作状态的信　卡在诊断仪上进行试验验证。　

息。利用这些状态信息，可以诊断引起各缸功率　

１．２嵌入式ｌｉｎｕｘ的制作　

不平衡表征的各类故障＿１Ｊ。系统主要包括转速信　嵌入式ｌｉｎｕｘ的制作包括内核裁剪、根文件　

号采集、数据处理、数据保存、数据显示和数据发　

系统制作以及ｇｒｕｂ的配置。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ是系统　

送几个部分。为使系统可进行精确诊断，必须配　

加电后运行的第一段代码，只在启动系统时非常　

备一个合理的操作系统。嵌入式ｌｉｎｕｘ作为一种　

短的时间内运行。对于嵌入式ｌｉｎｕｘ系统，至关　

嵌入式操作系统，十分适合资源限定的各种环境。　

重要。在系统中，整个Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ由系统中的　

嵌入式ｌｉｎｕｘ源代码公开，基于其强大的可裁剪　

（）Ｓ和ＣＦ卡内的ＭＢＲ（主引导扇区）中一段代　

性和可移植性，越来越被操作系统开发者青睐。　

码来共同完成引导任务。采用ｇｒｕｂ引导方式来　

针对目标硬件，裁剪一个嵌入式ｌｉｎｕｘ，并且移植　

实现Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的后半段功能。系统先将ＢＩＯＳ　

到目标系统上。　

检测到的ＭＢＲ内容读取到内存中，然后将系统　

１嵌入式ｌｉｎｕｘ的开发　

控制权交给相应的ｇｒｕｂ，最后，ｇｒｕｂ负责把所要　

引导的操作系统的内核镜像读取到系统ＲＡＭ　

１．１　系统软硬件开发环境　

中，跳转到内核的人口点。ｖｍｌｉｎｕｚ是Ｌｉｎｕｘ内　

选择一款４８６ＤＸ级别的目标板，采用Ｘ８６兼　

核的镜像文件，可以被引导程序加载，从而启动　

容处理器，ＣＰＵ主频２００　ＭＨｚ，内存６４　Ｍ。支持　

Ｌｉｎｕｘ系统。Ｉｎｉｔｒｄ（ｂｏｏｔ　ｌｏａｄｅｒ　ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅｄ　ＲＡＭ　

ＣＲＴ、ＬＣＤ屏、ＩＤＥ硬盘、ＡＴＡＰＩ　ＣＤ－ＲＯＭ，并集　

ｄｉｓｋ）是系统启动时所使用的根文件系统映像文　

成２个串口１个并口，支持ＵＳＢ接口，带标准　

件。　

内核是操作系统的核心，负责管理系统的进　

程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着　

收稿日期：２００９—０３—１８　

系统的性能和稳定性。文中选择的内核版本为　

修回日期：２００９—０４—０８　

ｌｉｎｕｘ－２．６．０。编译内核时候注意需要ｒｏｏｔ权限。　

作者简介：赵佰权（１９８６一），男，硕士生。　

研究方向：柴油机电子控制。　

字符终端下推荐使用ｍａｋｅ　ｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ配置方　

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｂａｉｑｕａｎ２０＠１　６３．ｃｏｒｎ　

式，他是基于文本选单的配置界面。　

内核配置时大部分选项可以使用其缺省值，　

７１　

第２期　船海工程　第３９卷　

只有小部分需要根据用户不同的需要选择。选择　

的原则是将与内核其他部分关系较远且不经常使　

用的部分功能代码编译成为可加载模块，有利于　

减小内核的长度，减小内核消耗的内存，简化该功　

能相应的环境改变时对内核的影响；不需要的功　

２启动过程分析以及程序流程　

系统加电自检后，位于ＢＩＯＳ的ＲＯＭ的引　

导装入程序开始寻找引导扇区，进到装入程序，　

能就不要选；将与内核关心紧密而且经常使用的　

部分功能代码直接编译到内核中　

ｇｒｕｂ首先加载所选择的操作系统内核＿３］，然后加　

载根文件系统。当系统镜像被激活后，会查找并　

配置完成后进行编译。用ｍａｋｅ　ｄｅｐ命令建　

立依赖关系，并使用ｍａｋｅ　ｂｚｌｍａｇｅ生成镜像。得　

到的内核镜像文件ｂｚｌｍａｇｅ是系统启动的必需的　

文件。　

根文件系统制作是嵌入式Ｌｉｎｕｘ中的一个重　

要部分。Ｂｕｓｙｂｏｘ是构建嵌入式ｌｉｎｕｘ根文件系　

统的软件，用他制作根文件系统简单方便，而且设　

置灵活。Ｂｕｓｙｂｏｘ在设计上充分考虑了硬件资源　

受限的特殊工作环境Ｌ２］。首先需要在虚拟机上安　

装Ｂｕｓｙｂｏｘ。Ｂｕｓｙｂｏｘ集成了一百多个常用　

ｌｉｎｕｘ命令和工具以及ｈｔｔｐ服务器和ｔｅｌｎｅｔ服务　

器。利用Ｂｕｓｙｂｏｘ进行根文件系统裁剪，最后得　

到一个根文件系统镜像文件。选用一个稳定的版　

本Ｂｂｕｓｙｂｏｘ－１．００进行配置。　

建立根文件系统的基本目录，包括有ｅｔｃ、　

ｕｓｒ　ｖａｒ　ｔｍｐ、ｐｒｏｃ　ｈｏｍｅ　ｒｏｏｔ、ｄｅｖ　ｃｆ　ｌｉｂ　ｉｎ—　

ｃｌｕｄｅ，直接拷贝。其中ｂｉｎ、ｓｂｉｎ和ｌｉｎｕｘｒｃ一＞　

ｂｉｎ／ｂｕｓｙｂｏｘ在编译ｂｕｓｙｂｏｘ后会自动生成。并　

且需建立设备文件，可以直接从系统／ｄｅｖ目录拷　

贝。设备文件是一种特殊文件，拷贝时加一Ｒ参　

数：＃ｃｐ－Ｒ／ｄｅｖ／ｃｏｎｓｏｌｅ／ｔｍｐ／ｍｙＯＳ／ｒｏｏｔｆｓ／　

ｄｅｖ／。根据需要，拷贝ｎｕｌｌ，ｚｅｒｏ，ｆｄＯ，ｈｄａ，ｈｄａＯ，　

ｒａｍ，ｒａｍｌ，ｔｔｙｌ，ｌｏｏｐｌ，ｆｂＯ，ｆｂ，ｔｔｙ等等。在制作　

ｉｎｉｔｒｄ．ｉｍｇ镜像文件时注意根文件系统大小不能　

超过内核中设定的ＲＡＭｄｉｓｋ的大小，否则系统　

运行会提示错误。　

在安装ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ时采用Ｇｒｕｂ方式。Ｇｒｕｂ　

是一个多重启动管理器，和ｌｉｌｏ相比，支持大硬　

盘，支持开机画面，分区位置改变后不必重新配　

置。建立好ＣＦ分区后格式化成ＥＸＴ３格式，在　

ＣＦ卡上创建ｂｏｏｔ目录和ｇｒｕｂ子目录，用于存放　

配置文件。将虚拟机ｇｒｕｂ目录下ｓｔａｇｅｌ、ｓｔａｇｅ２　

和ｅ２ｆｓ

—

ｓｔａｇｅｌ

一

５拷贝到创建的ｇｒｕｂ目录下。将　

ｇｒｕｂ安装到ＣＦ卡上，注意修改配置文件以使系　

统能正确查找到内核镜像和根文件系统镜像。这　

样，一个完整的嵌人式ｌｉｎｕｘ就已经移植到　

７２　

执行ｌｉｎｕｘｒｃ程序，ｌｉｎｕｘｒｃ按照脚本文件／ｅｔｃ／　

ｉｎｉｔａｂ执行。首先执行／ｅｔｅ／ｉｎｉｔ．ｄ／ｒｅＳ，该程序内　

容中／ｂｉｎ／ｍｏｕｎｔ　ａ为加载／ｅｔｃ／ｆｓｔａｂ下的所有文　

件，．／ｃｆ／ｈｅｌｌｏｗｏｒ｜ｄ为运行ＣＦ目录下的ｈｅｌ—　

ｌｏｗｏｒｌｄ程序，这个ｈｅｌｌｏｗｏｒｌｄ就是应用程序。在　

ｆｓｔａｂ中，按一定文件格式来添加文件与设备：　

ｆｓｓｐｅｃ　ｆｓｆｉｌｅ　ｆｓｔｙｐｅ　ｆｓ

ｏｐｔｉｏｎｓ　ｆｓ

ｄｕｍｐ　ｆｓ

—　———　

ｐａｓｓ　

ｐｒｏｃ／ｐｒｏｅ　ｐｒｏｃ　ｄｅｆａｕｌｔｓ　０　０　

／ｄｅｖ／ｈｄａｌ／ｃｆ　ｅｘｔ３　ｄｅｆａｕｌｔｓ　０　０　

第一项为设备文件描述符；第二项为挂载目　

录；第三项为设备文件系统类型。开机启动时，　

通过上述方式将ＣＦ卡自动挂载到系统。要使　

应用程序在开机后自动运行，可在／ｅｔｃ／ｉｎｉｔ．ｄ／　

ｒｃＳ中添加命令：．／ｃｆ／ｈｅｌｌｏｗｏｒｌｄ。开机后，ｃｆ目　

录下的ｈｅｌｌｏｗｏｒｌｄ程序就自动执行。系统流程　

见　图１。　

Ｌ　

图１　ｌｉｎｕｘ启动流程　

３　图形界面应用程序　

ＱＴ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ作为一种图形界面应用程序，　

与文本显示相比更直观。通过移植ＱＴ　Ｅｍｂｅｄ—　

ｄｅｄ到Ｘ８６目标机，实现应用程序的图形化。在　

Ｌｉｎｕｘ虚拟机上安装Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ＱＴ编译环境，编　

写应用程序。图２为实际运行的程序窗口。移植　

到目标板时，由于开发板与目标板都是Ｘ８６体　

系，只需将应用程序所需要的库文件以及对应系　

统文件拷贝到目标板上。　

嵌入式ｌｉｎｕｘ在柴油机在线诊断装置上的应用——赵佰权，刘建设，许小伟，金华标，李明迎　

一

的显示界面，窗口式界面以及按钮式人机交互　

使得系统更加友好。　

内燃机状态监测使　

状　柴油机转速：７６４　ｒｐｍ　油藕：１．３７　ｇｌｋｗ．ｈ　

４　结论　

１）在ＰＣＩＯ４上移植嵌入式ｌｉｎｕｘ，实现系统　

套　增压器增压压力：妻３７５　ＲＰ　

发电机输出动率：１７５０　ＫＷ　

进气温度：４５　Ｃ　

上止点信号：有受载状态：负载调速状态：稳定　

柴油机状态：故障　故障缸号：６　

数据保存：　ｌ２５　组　

田Ｉ　

内核与根文件系统的裁剪配置，并且利用ｇｒｕｂ引　

导工具配置启动参数，在ＣＦ卡上实现自动加载　

运行，自动挂载运行应用程序，解决了内存支持以　

及多线程问题。　

２）将图形界面ＱＴ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ移植到嵌人式　

警　ＧＰＲＳ理　状态：正常　

发送状态：正在发送　

釜　文侔名：ｉ９８３１２０５，ｔｉｍ　

数据传输：正常　

匿囡　幽　

图２应用程序界面　

豳　

Ｌｉｎｕｘ系统，采用可视化编程，实时采集柴油机的　

各种状态参数，对超限的参数进行报警，高亮显　

实验证明，移植的嵌入式ｌｉｎｕｘ系统可以采　

集和监测系统故障，保存故障数据并在显示界面　

上进行故障报警。与原有ＤＯＳ系统相比，嵌入式　

示，后台同时进行保存正常值数据与故障数据。　

参考文献　

－１１］喻方平，缪

Ｉ－２］胡

敏．船舶发电柴油机在线监测与故障诊　

Ｌｉｎｕｘ打破了ＤＯＳ系统中不能支持大内存的限　

制，解决了内存不足问题。其次，ＤＯＳ系统是单　

线程系统，不能在同一时间内处理多个线程，嵌人　

式ｌｉｎｕｘ系统支持多线程，可以实现多任务处理，　

实现程序中同时进行信号采集与标定诊断等多项　

任务。图形界面的引进，改变了以往ＤＯＳ系统单　

断系统ＥＪＪ．中国航海，２００３（２）：７６—７８．　

维，张方樱．构建嵌人式ｌｉｎｕｘ的根文件系统的　

ｂｕｓｙｂｏｘ方法［Ｊ］．广州大学学报，２００８，７（３）：３８—４０．　

［３］许德新，谈振藩，胡文彬，等．嵌入式ｌｉｎｕｘ在ＰＣ１０４　

平台上的构建与实现［Ｊ］．应用科技，２００６，３３（１０）：　

３５—３７　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ　ｉｎ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　ｏｎ—ｌｉｎｅ　

Ｄｉ１３ｌａｇｎｏｓｉａｇｎｏＳＩｓ　ＥｑｕｉＳ　ｍｐｍｅｎｔｌｃ　

ＺＩｔＡＯ　Ｂａｉ－ｑｕａｎ　。ＬＩＵ　Ｊｉａｎ－ｓｈｅ　，ＸＵ　Ｘｉａｏ－ｗｅｉ　，ＪＩＮ　Ｈｕａ－ｂｉａｏ　，Ｌｉ　Ｍｉｎｇ－ｙｉｎｇ２　

　．

（１　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００６３，Ｃｈｉｎａ；　

２　Ｊｉｕｊｉａｎｇ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉ＠ａｎｇ　Ｊｉａｎｇｘｉ　３３２０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｃｌ０４　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｃｕｔｔｉｎｇ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｋｅｒｎｅｌ，ｍａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｉｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｆｉｘ—　

ｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｒｕｂ　ｂｏｏｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ｄｏｎｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｔｈｅ　

ＣＦ　ｃａｒｄ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ｔｈｅ　ｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｍｉｇｒａｔｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　Ｌｉｎｕｘ　

ｓｙｓｔｅｍ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ；ｍｉｇｒａｔｉｏｎ；ｇｒａｐｈｉｃ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　

７３