嵌入式课程设计之触摸屏程序设计

摘要

随着多媒体信息的与日俱增，传统的人机交互的速度已经不能满足需求，传统的人机交流是通过键盘或鼠标来实现的。信息交换的速度比较慢，而且要求操作者具有一定的专业知识。这将使信息交流的目的大打折扣。触摸屏因方便灵活、节省空间、直观等特点，作为嵌入式系统的输入设备，已取代键盘，越来越受到各种终端产品商的重视。 基于 Linux 的嵌入式系统目前获得到了广泛应用，在嵌入式 Linux 核心层的开发中，设备驱动分为字符设备、块设备和网络接口设备，触摸屏驱动属于字符设备，但它也可以被纳入 input 输入子系统的框架下。通过毕业设计的驱动程序开发，也希望能对国家在这方面的发展做出自己的一点贡献。 本论文介绍了触摸屏的分类和原理，接着概要介绍嵌入式系统的相关原理理论，然后详细介绍了整个系统的开发环境，最后对整个触摸屏驱动系统进行了分析，讨论了系统具体实现。

关键词：Linux 操作系统；触摸屏；程序开发；交叉编译

目录

第一部分 绪论 ........................................................................................................................... - 2 - 1.1设计目的 ................................................................................................................................. 1 1.2 设计意义 ............................................................................................................................- 2 - 1.3 设计内容 ............................................................................................................................- 2 - 1.4 主要任务 ............................................................................................................................- 2 - 第二部分 正文 ........................................................................................................................... - 3 - 2.1触摸屏工作原理（触摸屏接口工作模式） .....................................................................- 3 - 2.2、设计总体方案 ..................................................................................................................- 4 - 2.3、设计所需工具 ..................................................................................................................- 7 - 2.4、平台构建过程 ..................................................................................................................- 7 - 2.4.1、硬件平台搭建 .......................................................................................................... - 7 - 2.4.2根文件系统的制作 ..................................................................................................... - 9 - （1）根文件系统 ................................................................................................................ - 9 - 第三章 程序 ............................................................................................................................. - 14 - 3.1.程序流程图： ...................................................................................................................- 14 - 3.2.分析驱动 ...........................................................................................................................- 14 - 3.2.1、触摸屏设备驱动中数据结构 ................................................................................ - 14 - 3.2.2、触摸屏驱动模块加载和卸载函数 ........................................................................ - 16 - 3.2.3、触摸屏设备驱动的读函数 .................................................................................... - 18 - 3.2.4、触摸屏设备驱动的轮询与异步通知 .................................................................... - 18 - 3.2.5、实验结果显示： .................................................................................................... - 20 - 第四部分 心得 ......................................................................................................................... - 20 - 4.1 课程设计心得体会： ......................................................................................................- 20 - 第五部分 参考文献 ................................................................................................................. - 21 - 5.1【参考文献】 ....................................................................................................................- 21 -

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第一部分 绪论

1.1 设计目的

1.基于Linux操作系统，以及Emest III实验箱，利用触摸屏返回触点坐标值及 动作信息。

2.坐标及动作的具体显示：触摸笔动作，触点X坐标值，触点Y坐标值。

1.2 设计意义

1. 熟悉嵌入式系统开发平台

2. 掌握ARM嵌入式Linux操作系统下的各个指令的使用方法 3. 了解触摸屏的原理

1.3 设计内容

1.Linux系统的正确移植和使用 2.根文件系统的正确移植和使用 3.驱动程序的编译与装载

4.嵌入式系统下应用程序的交叉编译及下载与调试

1.4 主要任务

1.熟悉实验的流程

2.vivi,linux内核的烧写

3.cramfs文件系统（烧写前需编译）的烧写

4. 调用驱动程序的某些函数，编译与调试应用程序

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第二部分 正文

2.1触摸屏工作原理（触摸屏接口工作模式）

（1）普通转换模式

普通转换模式(AUTO_PST = 0，XY_PST = 0)是用作一般目的下的ADC转换。这个模式可以通过设置ADCCON和ADCTSC来进行对AD转换的初始化；而后读取ADCDAT0（ADC数据寄存器0）的XPDATA域（普通ADC转换）的值来完成转换。 （2）分离的X/Y轴坐标转换模式：X轴坐标转换和Y轴坐标转换。

X轴坐标转换(AUTO_PST=0且XY_PST=1)将X轴坐标转换数值写入到ADCDAT0寄存器的XPDATA域。转换后，触摸屏接口将产生中断源（INT_ADC）到中断控制器。

Y轴坐标转换(AUTO_PST=0且XY_PST=2)将X轴坐标转换数值写入到ADCDAT1寄存器的YPDATA域。转换后，触摸屏接口将产生中断源（INT_ADC）到中断控制器。

（3）自动(连续)X/Y轴坐标转换模式。

自动（连续）X/Y轴坐标转换模式（AUTO_PST=1且XY_PST= 0）以下面的步骤工作：

触摸屏控制器将自动地切换X轴坐标和Y轴坐标并读取两个坐标轴方向上的坐标。触摸屏控制器自动将测量得到的X轴数据写入到ADCDAT0寄存器的XPDATA域，然后将测量到的Y轴数据到ADCDAT1的YPDATA域。自动（连续）转换之后，触摸屏控制器产生中断源（INT_ADC）到中断控制器。 （4）等待中断模式

当触摸屏控制器处于等待中断模式下时，它实际上是在等待触摸笔的点击。在触摸笔点击到触摸屏上时，控制器产生中断信号（INC_TC）。中断产生

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后，就可以通过设置适当的转换模式（分离的X/Y轴坐标转换模式或自动X/Y轴坐标转换模式）来读取X和Y的位置。 （5）静态（Standby）模式

当ADCCON寄存器的STDBM位被设为1时，Standby模式被激活。在该模式下，A/D转换操作停止，ADCDAT0寄存器的XPDATA域和ADCDAT1寄存器的YPDATA（正常ADC）域保持着先前转换所得的值。

2.2、设计总体方案

1、软件

（1）Embest Online Flash Programmer For ARM: Embest Flash在线编程器 （2）HYPER TERMINAL（超级终端）：传送vivi.nand;

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传送vivi.nand

vivi> load flash kernel x <回车> 烧写更新内核，传送zImage文件; 等待传送内核文件

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传送内核：

vivi>load flash root j <回车> 烧写更新文件系统; 烧写新的文件系统 load flash root j

(3) EmbestIDE Pro for ARM:

应用于嵌入式软件开发的新一代集成开发环境，是一个高度集成的图形界面操作环境，包含编辑器、编译汇编链接器、调试器、工程管理、Flash 编程等工具；支持的开发语言包括标准C和汇编语言。 （4）cygwin:

一个在windows平台上运行的unix模拟环境，它对于学习unix/linux操作环境，或者从unix到windows的应用程序移植，或者进行某些特殊的开发工作，尤其是使用gnu工具集在windows上进行嵌

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入式系统开发，把gcc，gdb，gas等开发工具进行了改进，能够生成并解释win32的目标文件。 2、硬件

S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，32位微控制器。该处理器拥有：独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer ，I/O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在203MHz。

2.3、设计所需工具

1．软件： Embest Online Flash Programmer For ARM，HYPER TERMINAL（超级

终端），EmbestIDE Pro for ARM，cygwin

1. 硬件：s3c2410开发板，Embest实验箱

2.4、平台构建过程

2.4.1、硬件平台搭建

硬件流程图：

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(1) Vivi烧写过程

1)首先把SW104断开，Flash Programmer的Program，在File选择Open打开要烧写的配置文件S3C2410&NandFLash_vivi.cfg，在Flash Programmer的Program页中选择要烧写的文件vivi.bon&load.bin。点击按钮 Progarm 开始烧写，直到烧写成功

2) 连接串口线到 PC 机 COM1，运行光盘中提供的 Windows 超级终端Hyper Terminal.ht 把开发板重新加电，程序运行后，在超级终端上可以看到串口输出Wating，表示正在等待用户从超级终端下载文件。这时，请点击超级终端菜单\传送\选择 Xmodem 方式下载 vivi.nand 文件，点击 OK 后等待下载烧写结束即可。 (2) 内核zImage烧写

1) 首先SW104设为短接（从Nand Flash启动），并确定已经烧写vivi.nand，加电。

2 ) 在vivi启动等待中，敲入空格键进入vivi界面环境，并输入以下命令：vivi> load flash kernel x <回车> 烧写更新内核约1分钟即可烧写完毕 3 ) 点击超级终端菜单中的“传送”，选“发送文件”zImage” 并选择xModem方式传送）烧写结束，重起实验板，观测超级终端窗口提示信息就可以启动linux内核， (3) 新文件系统的烧写

1）首先SW104设为短接（从Nand Flash启动），确定已经成功烧写vivi.nand，加电运行可以看到vivi启动信息，输入空格进入命令状态；

2）双击运行Download.pjf（该文件在/tmp/edukit-2410/image/中）工程（将启动Embest IDE环境），点击连接Remote connect，程序应该正在运行（命令按钮STOP为红色）；在串口输入help，看看有没有反应，如果没反应，点击IDE 按钮：Reset ->Start(F5)；再输入help测试，直到有反应为止；

3）如果可以输出一些信息，再点击IDE中的Stop，配置Debug的Download地址为0x30000000，并点击IDE菜单Project选择Settings项，在Download页下拉Category到Download项，在Download File选择root.cramfs文件，点击确定后：

点击IDE菜单DEBUG选择Download下载文件系统映象

约1分钟

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下载完毕后，点击Start(F5)

然后在超级终端里输入： load flash root j (烧写更新文件系统)约1分钟即可烧写完毕

注意：只能在“vivi的烧写”操作完成后，才可以按以上方法正确烧写root映象到Nand Flash。

重起实验板，观测超级终端窗口提示信息，引导整个系统启动到linux行命令输入状态。

2.4.2根文件系统的制作 （1）根文件系统

根文件系统是Linux系统的核心部分，包含系统使用的软件和库，以及所有用来为用户提供支持架构和用户使用的应用软件，并作为储存数据读写结果的区域。在Linux系统启动时，首先完成内核安装及环境初始化，最后会寻找一个文件系统作为根文件系统被加载。Linux系统中使用“/”来唯一表示根文件系统的安装路径。嵌入式系统中通常可以悬着的根文件系统有：Romfs、CRAMFS、RAMFS、JFFS2、EXT2等，甚至还可以使用NFS作为根文件系统。

（2）cramfs文件系统

Cramfs是Linux创始人Linux torvalds开发的一个适用于嵌入式系统的小文件系统。Cramfs是一个只读文件系统，采用zlib压缩，压缩比一般可以达到1：2，但仍可以做到高效的随机读取。Linux系统中，通常把需要修改的目录压缩存放，并在系统引导的时候再将压缩文件解开。因为cramfs不会影响系统读取文件的速度，而且是一个高度压缩的文件系统，因此非常广泛应用于嵌入式系统中。

（3）cygwin简介

Cygwin是一个在windows平台上运行的unix/Linux模拟环境，是cygnus solutions公司开发的自由软件。Cygwin中，“/”表示根目录，即cygwin的安

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装目录。我们常用的set_env_linux.sh中定义的目录有：

SOURCEDIR：/tmp/edukit-2410存储了vivi、linux、fs等源代码和例程 WORKDIR：/usr/local/src/edukit-2410工作区。

一般情况下都要把已经规划好的目录结构转换成一个映象文件，即使用命令工具 mkcramfs（cygwin下为 mkcramfs.exe），把相应的 cramfs 目录树压缩为单一的映象文件。其命令格式为：

mkcramfs [-h] [-e edition] [-i file] [-n name] dirname outfile 可以使用我们提供的 mkcramfs.exe 在 cygwin 下编译生成文件系统映象文件 root.cramfs，再固化到开发系统 FLASH 上运行。

（4）常用的Linux行命令

1)、cd 改变当前目录（文件夹）。例如下， cd/ 返回到根目录 cd.. 退回到上级目录

cd/tmp/edukit-2410/进入/tmp/edukit-2410/文件夹 2)、ls 列出当前目录中的内容。 Ls 简单格式列表 ls–l 使用详细格式列表。 3)、pwd 显示当前所在的目录。

（5）tar工具命令

tar 程序用于储存或展开 tar 存档文件。 命令格式：

tar [-参数] ［文件名］［路径］ -x ：extract | --get 从存档展开文件 -v ：--verbose 详细显示处理的文件 -j ：--有 bz2 属性的必须包含

-f ：--file [HOSTNAME:]F 指定存档或设备（缺省为 /dev/rmt0）

（6）解压原文件系统（命令+解压目录的存放）

1）先将 root.cramfs.tar.bz2文件放在C:\\cygwin目录中

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2）解压文件系统

运行cygwin，执行以下命令解压安装：

$> source /tmp/edukit-2410/set_env_linux.sh变量设置 $> cd /

$> tar -xvjf root.cramfs.tar.bz2 $> ls ? root ?

root文件夹中就是我们想要的cramfs文件系统 3) 如果在根目录中产生root文件夹，解压成功 4）在root目录中新建xx文件夹，用于存放应用程序

进入该目录后执行以下命令编译链接测试程序： $> cd root $>mkdir xx

Linux编译环境

（7）编译应用程序 ts.c (命令+生成文件格式+存放位置):

将编写好的ts.c程序放在C:\\cygwin目录中 进入该目录后执行以下命令编译链接测试程序： $> cd /

$> arm-linux-gcc -o ts ts.c （也可以编写Makefile来编译）

生成文件： ts 如下图所示

将ts文件放入root 下的xx文件夹中

（8） 新文件系统的制作:

把刚才编译输出的ts文件拷贝到文件系统所在的工作目录root目录下，执行以下命令生成新的文件系统映象： $> cd /

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$> mkcramfs root root.new

刚刚编译生成的文件系统映象 root.new 中已经包含测试程序即生成文件。 解压文件系统

解压成功如下

在root目录中新建xx文件夹，用于存放应用程序

将编写好的ts.c程序放在C:\\cygwin目录中

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生成文件： ts 如下图所示

新文件系统的制作

生成文件：

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第三章 程序

3.1.程序流程图：

3.2.分析驱动

触摸屏驱动在/kernel/drivers/char/s3c2410-ts.c 文件中。3.2.1、触摸屏设备驱动中数据结构

1）触摸屏的file_operations

static struct file_operations s3c2410_fops={

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（ owner: THIS_MODULE, open: s3c2410_ts_open, read: s3c2410_ts_read,

release: s3c2410_ts_release,

#ifdef USE_ASYNC

fasync: s3c2410_ts_fasync,//异步通知

#endif

poll: s3c2410_ts_poll,//轮询 };

（2）触摸屏设备结构体的成员与按键设备结构体的成员类似，也包含一个缓冲

区，同时包括自旋锁、等待队列和fasync_struct指针 typedef struct {

unsigned int penStatus; /* PEN_UP, PEN_DOWN, PEN_SAMPLE */ TS_RET buf[MAX_TS_BUF]; /* protect against overrun（环形缓冲

区） */

unsigned int head, tail;/* head and tail for queued events （环

形缓冲区的头尾）*/

wait_queue_head_t wq; //* 等待队列数据结构 spinlock_t lock; //* 自旋锁

#ifdef USE_ASYNC

struct fasync_struct *aq;

#endif

#ifdef CONFIG_PM

struct pm_dev *pm_dev; //友善之臂专有的，我后面的代码删除了

这段 #endif } TS_DEV;

（3）触摸屏结构体中包含的TS_RET值的类型定义，包含X、Y坐标和状态（PEN_DOWN、PEN_UP）等信息，这个信息会在用户读取触摸信息时复制到用户空 间

typedef struct {

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unsigned short pressure; //* 压力，这里可定义为笔按下，笔抬起，笔拖曳

unsigned short x; //* 横坐标的采样值 unsigned short y; //* 纵坐标的采样值 unsigned short pad; //* 填充位 } TS_RET;

（4）在触摸屏设备驱动中，将实现open()、release()、read()、fasync()和poll()函数，因此，其文件操作结构体定义

触摸屏驱动文件操作结构体：static struct file_operations s3c2410_fops={}

3.2.2、触摸屏驱动模块加载和卸载函数

（1）在触摸屏设备驱动的模块加载函数中，要完成申请设备号、添加cdev、申

请中断、设置触摸屏控制引脚（YPON、YMON、XPON、XMON）等多项工作 触摸屏设备驱动的模块加载函数

static int __init s3c2410_ts_init(void) 触摸屏设备驱动模块卸载函数

static void __exit s3c2410_ts_exit(void)

（2）可知触摸屏驱动中会产生两类中断，一类是触点中断（INT-TC），一类是

X/Y位置转换中断（INT-ADC）。在前一类中断发生后，若之前处于PEN_UP状态，则应该启动X/Y位置转换。另外，将抬起中断也放在INT-TC处理程序中，它会调用tsEvent()完成等待队列和信号的释放 触摸屏设备驱动的触点/抬起中断处理程序

static void s3c2410_isr_tc(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *reg)

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当X/Y位置转换中断发生后，应读取X、Y的坐标值，填入缓冲区 触摸屏设备驱动X/Y位置转换中断处理程序

static void s3c2410_isr_adc(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *reg) 触摸屏设备驱动中获得X、Y坐标

static inline void s3c2410_get_XY(void)

（3）tsEvent最终为tsEvent_raw()，这个函数很关键，当处于PEN_DOWN状态

时调用该函数，它会完成缓冲区的填充、等待队列的唤醒以及异步通知信号的释放；否则（处于PEN_UP状态），将缓冲区头清0，也唤醒等待队列并释放信号

触摸屏设备驱动的tsEvent_raw()函数 static void tsEvent_raw(void)

（4）在包含了对拖动轨迹支持的情况下，定时器会被启用，周期为10ms，在

每次定时器处理函数被引发时，调用start_ts_adc()开始X/Y位置转换过程

触摸屏设备驱动的定时器处理函数

static void ts_timer_handler(unsigned long data)

（5）在触摸屏设备驱动的打开函数中，应初始化缓冲区、penStatus和定期器、

等待队列及tsEvent时间处理函数指针 触摸屏设备驱动的打开函数

static int s3c2410_ts_open(struct inode *inode, struct file *filp)

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（6）触摸屏设备驱动的释放函数非常简单，删除为用于拖动轨迹所使用的定

时器即可

触摸屏设备驱动的释放函数

static int s3c2410_ts_release(struct inode *inode, struct file *filp)

3.2.3、触摸屏设备驱动的读函数

触摸屏设备驱动的读函数实现缓冲区中信息向用户空间的复制，当缓冲区有内容时，直接复制；否则，如果用户阻塞访问触摸屏，则进程在等待队列上睡眠，否则，立即返回-EAGAIN 触摸屏设备驱动的读函数

static ssize_t s3c2410_ts_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)

3.2.4、触摸屏设备驱动的轮询与异步通知

在触摸屏设备驱动中，通过s3c2410_ts_poll()函数实现了轮询接口，这个函数的实现非常简单。它将等待队列添加到poll_table，当缓冲区有数据时，返回资源可读取标志，否则返回0 触摸屏设备驱动的poll()函数

static unsigned int s3c2410_ts_poll(struct file *filp, struct poll_table_struct *wait)

而为了实现触摸屏设备驱动对应用程序的异步通知，设备驱动中要实现s3c2410_ts_fasync()函数 触摸屏设备驱动的fasync()函数

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static int s3c2410_ts_fasync(int fd, struct file *filp, int mode)

3.3.应用程序的调试

使用触摸屏驱动编写应用程序，读取触摸屏的触点坐标值及动作信息（触点

x坐标值，y坐标及是否有压力值press），并在串口中断打印出来

对触摸屏设别的操作有打开设备，关闭设备，读操作等。编写应用程序读取触摸屏的触点坐标值及动作信息时，只需利用触摸屏驱动程序便可实现，先打开触摸屏设备，然后调用读函数即可。 其中，触摸笔动作取值如下： #define PEN_UP 0 /* 触摸笔抬笔，即触摸屏不被压下 */ #define PEN_DOWN 1 /* 触摸笔下笔，即触摸屏被压下 */ #define PEN_FLEETING 2 /* 触摸笔拖动 */ 结构体定义如下： typedef struct {

unsigned short pressure; /* 触摸笔动作 */ unsigned short x; /* 触点x座标值 */ unsigned short y; /* 触点y座标值 */ unsigned short pad; }TS_RET

打开应用程序：

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3.2.6、实验结果显示：

第四部分 感想

第四部分 心得

4.1 心得体会：

为期几周的嵌入式课程及上机结束了，再次期间我积极亲自实验，用嵌入式

开发板来学习触摸板的设计。我学会了很多。

首先我扪主要了解整个设计过程，以及实验环境的建立，这次用的是交叉编译环境，通过这次课设我更清楚搭建嵌入式系统的开发平台，掌握了一些常用的命令，加上老师给我们的指导，知道了如何学习，如何思考，知道了运用linux

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操作系统开发嵌入式。

其次是学会vivi,内核，根文件系统的编译与移植（烧写），通过这个过程我熟悉了怎么把软件固化到硬件上，知道了软件怎么控制硬件，这个步骤很重要，要烧写不成功，目标板系统就运行不起来，实验就失败了！

再次我们就运用老师给我们的应用程序，通过以上步骤实验系统搭建好了，只要调试好应用程序，然后再运行成功就行了，为此我认真看了实验指导书，经老师悉心指导，经过不断的操作终于编译成功。

我明白了只有不断的努力，不断的学习，才能在将来遇到的问题中能够游刃有余，才能够不会捉襟见肘。

第五部分 参考文献

5.1【参考文献】

1 程昌南，方强等．《ARM Linux入门与实践 》【M】．北京：北京航空航天大学出版社，2008.10

2 张晓林等．《嵌入式系统设计与实践》【M】．北京：北京航空航天大学出版社，2006．1

3 李俊等．《嵌入式Linux设备驱动开发详解》【M】．北京：北京人民邮电出版社，2008．3

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4 黄智伟，邓月明，王彦．《ARM9嵌入式系统设计基础教程》．北京：北京航空航天大学出版社，2008．8

5 [美]Wayne Wolf. 嵌入式计算系统设计原理. 孙玉芳, 梁彬 罗保国 等译.

北京: 机械工业出版社, 2002

6 李剑, 赵鹏程, 汤建彬. 32位ARM嵌入式处理器的调试技术. 电子技术应用,

2003, (3)

7 钟汉如, 王创生. 嵌入式Linux的中断处理与实时调度的实现机制. 计算机

工程, 2002, 28(10)

8 Arnold Berger. 嵌入式系统设计. 吕骏 译. 北京: 电子工业出版社, 2002

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/26do.html