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基于ARM的嵌入式控制平台设计

作　者: 潘宇
导　师: 乌日图
学　校: 内蒙古工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: ARM 扩展 μCLinux 驱动程序 CAN总线
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

嵌入式系统是近年来最热门、且发展较快的学科。未来几年内,随着信息化、智能化、网络化的发展,嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。作为信息时代的产业技术,面对巨大的机遇和挑战,嵌入式系统异军突起,肩负着重大的历史使命,成为当今信息发展的主流技术。控制领域是嵌入式系统一个非常重要的应用领域,可以说嵌入式技术的快速发展是与控制领域的发展分不开的。在嵌入式系统广泛应用的大背景下,现代控制领域也对控制系统的数据处理的能力、实时性和稳定性提出了更高的要求。ARM公司的32位处理器以其高速度、低功耗和低成本成为嵌入式控制方案中的首选处理器。在各种嵌入式操作系统中,Linux系统凭借其源代码开放、功能稳定、结构清晰等方面优势,成为了嵌入式系统领域中的研究热点。因此本文结合ARM和Linux的各自优势,设计了一个基于ARM+Linux的嵌入式控制平台,使之更加符合现代工业生产需求。本文应用工业上主流应用的ARM7系列S3C44B0X处理器和开源操作系统μCLinux完成了一个控制平台的设计,并在此基础上完成了一个温度控制的实例。本文主要做的工作有:分析嵌入式系统的研究现状与意义;论证控制方案的选取及本方案的优越性;系统硬件平台的设计;系统软件平台的搭建;系统的调试等等。其中硬件设计包括:CPU的选取、存储器的扩展、电源和时钟电路设计、I/O口及键盘的扩展、串口的扩展、LCD的扩展、网络接口及CAN总线的扩展、温度采集电路和输出控制电路的设计。软件设计包括:实时嵌入式操作系统μCLinux的移植、Bootloader的移植、Linux文件系统的构建、相关硬件驱动程序的编写、GUI的移植以及温度控制系统相关程序的编写等。最后本文完成了对该系统平台的软硬件调试工作,并对调试流程和方法进行了较为详尽的叙述。调试结果表明该平台硬件运行流畅、系统运行良好、响应速度快、稳定性高,并具有良好的可裁剪性和移植性,可以作为通用控制平台使用,达到了预期的设计效果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题研究背景及意义  9
  1.2 嵌入式系统的国内外应用现状及发展趋势  9-11
    1.2.1 嵌入式系统的现状和发展趋势  9-10
    1.2.2 ARM 处理器的现状和发展趋势  10
    1.2.3 嵌入式操作系统的现状和发展趋势  10-11
  1.3 常见控制方案及其特点  11-12
  1.4 课题研究的主要内容及论文组织架构  12-13
第二章控制平台的总体方案设计  13-16
  2.1 系统控制平台的选择  13-15
    2.1.1 系统控制平台类别  13-14
    2.1.2 嵌入式系统的结构组成  14-15
  2.2 系统总体控制结构  15
  2.3 本章小结  15-16
第三章控制平台的硬件设计  16-28
  3.1 系统的硬件平台结构  16
  3.2 系统处理器的选择  16-17
    3.2.1 ARM7 系列处理器介绍  16-17
    3.2.2 S3C44B0X 处理器介绍  17
  3.3 嵌入式系统的电路接口设计  17-27
    3.3.1 系统存储器的扩展  17-19
    3.3.2 系统的电源及时钟电路设计  19-21
    3.3.3 系统的外部接口电路设计  21-25
    3.3.4 采集电路与输出驱动电路设计  25-27
  3.4 系统硬件的调试  27
  3.5 本章小结  27-28
第四章控制平台的软件设计  28-53
  4.1 嵌入式操作系统的选择和开发环境构建  28-30
    4.1.1 嵌入式操作系统的选择  28-29
    4.1.2 开发环境的搭建  29-30
  4.2 Bootloader 的移植  30-33
  4.3 μCLinux 系统的建立  33-39
    4.3.1 μCLinux 操作系统的移植  33-36
    4.3.2 μCLinux 内核配置、编译及调试  36-39
  4.4 Linux 文件系统的构建  39-41
    4.4.1 Linux 下的文件系统  39
    4.4.2 利用Busybox 构建文件系统  39-41
  4.5 设备驱动程序设计  41-46
    4.5.1 Linux 下的设备管理  41-42
    4.5.2 File operations 结构体  42
    4.5.3 设备注册和中断控制方式  42-43
    4.5.4 μCLinux 下设备的驱动  43-45
    4.5.5 CAN 总线驱动程序的编译  45-46
  4.6 GUI 的设计  46-49
    4.6.1 几种典型的GUI 介绍  47-48
    4.6.2 MiniGUI 的移植  48-49
  4.7 系统相关组件的应用  49-52
    4.7.1 RTC 组件的应用  49-50
    4.7.2 PWM 组件的应用  50-51
    4.7.3 ADC 组件的应用  51-52
    4.7.4 WDT 组件的应用  52
  4.8 本章小结  52-53
第五章系统的调试  53-61
  5.1 调试工具介绍  53-55
    5.1.1 调试工具硬件准备  53-54
    5.1.2 调试工具软件准备  54-55
  5.2 系统的软硬件调试  55-60
    5.2.1 系统内核的调试  55-56
    5.2.2 系统相关硬件的调试  56-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章一个基于ARM 平台的温度控制系统实例  61-69
  6.1 温度控制系统的硬件设计与实现  61-64
    6.1.1 温度控制系统的结构图  61-62
    6.1.2 温度采集电路的设计  62-63
    6.1.3 温度控制电路的设计  63-64
  6.2 温度控制的软件设计与实现  64-68
    6.2.1 温度控制软件流程  64-65
    6.2.2 数据采集ADC 子程序设计  65-66
    6.2.3 模糊控制算法子程序设计  66-67
    6.2.4 PWM 控制器子程序设计  67-68
  6.3 本章小结  68-69
第七章总结与展望  69-71
  7.1 总结  69
  7.2 展望  69-71
参考文献  71-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74

基于ARM的嵌入式控制平台设计

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