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基于龙芯的嵌入式数控系统平台的研究与开发

作 者: 卢小张
导 师: 刘伟
学 校: 中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所)
专 业: 计算机应用技术
关键词: 嵌入式数控系统 龙芯处理器 嵌入式 Linux系统 PCI驱动程序
分类号: TG659
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 45次
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内容摘要


数控技术是当今先进制造技术的核心技术,是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术,为了提升我国制造业水平,国家加大了对数控技术自主开发的支持力度,数控机床与技术被列入“十一五”十六项重大专项之一。而随着嵌入式技术的迅速兴起,利用嵌入式处理器和嵌入式操作系统开发出高可靠性、具有竞争力的嵌入式数控产品,对我国数控技术的发展,具有十分重要的战略意义。但目前该领域的应用都是基于国外各大厂商的嵌入式处理器。在嵌入式数控领域使用国产处理器,走国产化自主创新道路已经成为一个迫切需要解决的问题。龙芯处理器是中国科学院计算技术研究所研制的通用处理器,它不仅填补了我国高性能通用处理器“无芯”的空白,同时它还有利于我国的信息工业安全。龙芯处理器现可以广泛应用于工业控制、信息家电、通讯、服务器等产品上。本文主要研究了基于龙芯2F处理器与FPGA架构下的嵌入式数控系统软硬件平台的开发。首先介绍了系统平台的硬件结构的总体设计和具体模块设计。主要硬件模块包括系统电源、系统复位、系统时钟和看门狗、内存、PCI总线接口、BootROM、显示模块、南桥以及IDE和USB接口等,接着给出了基于FPGA的精插补电路的设计与仿真验证。建立了基于龙芯的交叉开发环境,详细介绍了系统引导加载PMON的引导流程、配置和编译,以及Linux内核的移植工作和根文件系统Ramdisk的制作过程,并重点给出了PCI轴卡的驱动程序设计与实现。最后,对研究内容进行了总结与展望,希望可以对基于龙芯的嵌入式数控系统深入研究与开发提供一定的借鉴作用。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
引言  7-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 嵌入式系统概况  9-10
  1.2 嵌入式数控系统的发展现状  10-12
    1.2.1 国外研究现状  10-11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 研究目的与研究意义  12
  1.4 研究内容及文章的组织结构  12-14
第二章 嵌入式数控系统平台的总体设计  14-19
  2.1 系统的总体结构  14
  2.2 系统硬件平台功能模块的规划  14-15
  2.3 嵌入式操作系统的选择  15-17
  2.4 嵌入式数控系统软硬件功能划分  17-18
  2.5 本章小结  18-19
第三章 基于龙芯的嵌入式数控系统平台的硬件设计  19-35
  3.1 系统平台硬件结构整体设计  19-20
  3.2 基于龙芯的系统平台硬件设计  20-29
    3.2.1 系统电源模块  20-21
    3.2.2 系统复位模块  21
    3.2.3 系统时钟和看门狗模块  21-23
    3.2.4 内存DDR2 SDRAM 模块  23-24
    3.2.5 PCI 总线接口  24-25
    3.2.6 BOOTROM 和Flash 器件  25-26
    3.2.7 显示SM722 模块  26-27
    3.2.8 南桥 CS5536 模块  27
    3.2.9 IDE 接口  27-29
    3.2.10 USB 接口  29
  3.3 基于FPGA 的精插补电路的设计  29-34
    3.3.1 精插补原理  29-31
    3.3.2 FPGA 内部结构设计  31
    3.3.3 插补电路的设计  31-33
    3.3.4 仿真验证  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章 基于龙芯的嵌入式Linux 软件平台构建  35-48
  4.1 基于龙芯的开发环境构建  35-36
  4.2 系统引导加载PMON  36-39
    4.2.1 系统初始化基本流程与关键代码分析  36-38
    4.2.2 PMON 的配置与编译  38-39
  4.3 Linux 内核分析与移植  39-43
    4.3.1 Linux 内核在操作系统中的位置  39-40
    4.3.2 Linux 内核体系结构  40-41
    4.3.3 Linux 内核移植  41-43
  4.4 根文件系统的构建  43-47
    4.4.1 根文件系统类型  43-44
    4.4.2 根文件系统内容  44-46
    4.4.3 Ramdisk 制作  46-47
  4.5 本章小结  47-48
第五章 PCI 轴卡设备驱动程序开发与系统调试  48-60
  5.1 Linux 设备驱动概述  48-50
    5.1.1 设备分类  48-49
    5.1.2 设备驱动程序的编译方式  49-50
    5.1.3 内存操作  50
  5.2 PCI 轴卡设备驱动程序的设计与实现  50-56
    5.2.1 PCI 轴卡设备驱动程序架构  50-52
    5.2.2 PCI 轴卡设备驱动程序的具体实现  52-56
  5.3 系统调试与运行  56-59
    5.3.1 系统调试流程和方法  56-59
    5.3.2 系统运行情况  59
  5.4 本章小结  59-60
结束语  60-61
参考文献  61-63
发表文章  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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