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基于嵌入式Linux的并行数据采集系统设计与实现

作　者: 王秀梅
导　师: 曹伯燕
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 嵌入式Linux 多线程并行数据采集
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 75次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

大幅面工程扫描仪是一种高档计算机图像输入设备,不仅要有大于等于A1幅面的扫描区域,而且要具有600DPI以上的高分辨率。这类扫描仪大都采用了多组CCD光电系统。以往国内开发的多CCD大幅面扫描仪的采样模块采用串行工作方式,扫描速度很低,不能满足实际需要。我们必须找到一种技术方案,有效提升扫描仪的工作速度,才能满足对几个GB级别的大数据量采样的要求。在影响扫描仪整体扫描速度的因素中,USB协议的数据传输速度并不是决定最终速度的关键,基于TCP/IP协议的数据传输速度也足以满足应用需求,而CCD图像采集元件的图像采样速率与各CCD之间的协同工作方式才是制约设备最终速度的根本原因。本课题就是从研究多CCD扫描控制器的基本工作流程入手,首先优选台湾创惟公司的GL847扫描仪芯片作为CCD控制器,其次构建了一种基于嵌入式Linux的多CCD数据采集系统的框架,为系统的具体实现搭建了硬件和软件平台。本论文深入分析了多CCD的工作方式,引入多线程并行思想,利用多线程实现多个CCD扫描控制器的并行图像采集工作,从而在单位时间内能够完成成倍于传统设计的图像数据采集工作；引入队列数据结构,及时处理扫描控制器芯片采集到的图像数据,进而有效避免因扫描控制器芯片的缓冲空间不足而引起单CCD的重复扫描过程,保证了扫描过程能够不停顿的连续工作。测试结果表明,新设计明显提高了整体扫描速度,同时也验证了多线程并行思想在高速数据采集系统中的可行性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-10
  1.1 研究背景  8
  1.2 课题来源及主要工作  8-9
  1.3 论文结构  9-10
第二章并行处理技术  10-22
  2.1 软件优化  10
  2.2 算法优化  10-12
    2.2.1 数据相关与指令并行  10-11
    2.2.2 内存使用  11
    2.2.3 并行处理  11-12
  2.3 并行处理  12-14
    2.3.1 并行程序设计  12-14
    2.3.2 线程管理  14
  2.4 多线程加速思维  14-17
    2.4.1 引入线程的原因  14-16
    2.4.2 线程的特点及属性  16-17
    2.4.3 多线程技术概述  17
  2.5 Linux下的多线程机制  17-21
    2.5.1 Linux线程库简介  17
    2.5.2 常用函数介绍  17-18
    2.5.3 线程同步  18-21
  2.6 本章小结  21-22
第三章大幅面扫描仪数据采集系统整体设计  22-28
  3.1 扫描控制器  22-24
    3.1.1 CCD成像技术  22
    3.1.2 CIS成像技术  22-23
    3.1.3 CCD与CIS的比较  23
    3.1.4 扫描控制器GL847  23-24
  3.2 多CCD结构模型分析  24-27
    3.2.1 两种多CCD结构模型对比  24-26
    3.2.2 系统设计新思想  26-27
  3.3 软件与硬件平台选择  27
    3.3.1 软件平台选择  27
    3.3.2 硬件平台选择  27
  3.4 本章小结  27-28
第四章并行数据采集系统设计及实现  28-43
  4.1 数据采集系统整体设计  28-30
    4.1.1 串行数据采集方案  28
    4.1.2 并行数据采集方案  28-30
  4.2 主控系统与上层软件的通信  30-33
    4.2.1 TCP网络通信  30-31
    4.2.2 通信命令格式  31-33
  4.3 图像数据缓存  33-36
    4.3.1 队列引入  33-34
    4.3.2 队列相关操作  34-36
    4.3.3 信号量同步  36
  4.4 多线程并行数据传输系统  36-42
    4.4.1 系统功能  37
    4.4.2 任务描述  37-38
    4.4.3 系统初始化  38
    4.4.4 命令接收处理  38-39
    4.4.5 开启多线程  39-42
  4.5 本章小结  42-43
第五章构建嵌入式Linux运行平台  43-58
  5.1 Linux操作系统  43-48
    5.1.1 Linux内核  44-46
    5.1.2 Linux文件系统  46-48
  5.2 定制内核  48-50
    5.2.1 选择内核源代码树  48
    5.2.2 配置内核  48-50
    5.2.3 编译内核  50
  5.3 定制文件系统  50-55
    5.3.1 定制应用程序  51-52
    5.3.2 添加设备  52
    5.3.3 添加库并加载模块  52-53
    5.3.4 创建配置文件  53-55
  5.4 配备引导加载程序  55-57
  5.5 构建数据采集系统平台  57
  5.6 本章小结  57-58
第六章系统调试与测试  58-62
  6.1 系统功能测试  58-60
    6.1.1 单CCD速度测试  58
    6.1.2 多CCD速度测试  58-59
    6.1.3 电机同步测试  59-60
  6.2 调试中出现的问题  60-62
结束语  62-64
致谢  64-66
参考文献  66-67

基于嵌入式Linux的并行数据采集系统设计与实现

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