嵌入式Linux数据采集系统通讯模块的设计与实现

论文摘要

嵌入式系统应用是最近发展起来的很热门的一个研究方向。Linux操作系统是在2003年之后开始全面和嵌入式系统应用相结合，这两者的结合诞生了嵌入式Linux系统。目前工业现场数据采集是以工控机加数据采集卡的模式为主。这种模式是一种使用了很多年的模式，一直以来都没有做出本质更新。而且，这样一套数据采集系统维护难度高，存在系统稳定性低、安全性差、功耗高等缺陷。嵌入式Linux数据采集系统正是看到目前工业现场数据采集系统的现状，借鉴嵌入式Linux系统的特性，对工业现场数据采集模式做出的改进。目前为止还没有查到有关在过程工业集中数据采集中使用嵌入式Linux数据采集方案的资料和应用案例，本文自主设计并基本实现了该方案的通讯部分。在整套系统开发过程中，先后选择了ARM和MIPS架构的两种硬件方案，分别搭建针对这两种方案的交叉编译环境，并对数据采集系统的通讯模块做出移植，验证了这套系统的跨平台移植特性。基于用户使用方便和升级的考虑，在系统中引入了JFFS2文件系统。对突发数据和读写数据冲突这两种可能发生的现象，我们在软件层面也做出了应对的措施，避免数据冲突发生导致采集出错误的数据。通过这两种平台的开发，对嵌入式数据采集系统的功能扩展做了一些准备工作。在后期选择的MIPS架构系统中做了串口扩展的工作，方便后续接GPRS模块做远程无线数据传输。嵌入式Linux数据采集是一个很有前景，富有挑战性的课题，还有很多的后续研究工作要做。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 相关的技术背景介绍
• 1.2.1 嵌入式定义
• 1.2.2 嵌入式系统的特点
• 1.2.3 嵌入式系统软件的特性
• 1.2.4 三种主流硬件架构介绍
• 1.2.5 主流嵌入式Linux操作系统介绍
• 第二章 当前数据采集系统的现状
• 2.1 目前处于主流的数据采集架构
• 2.2 嵌入式数据采集初露端倪
• 2.3 数据采集系统发展前景的推断
• 2.4 嵌入式数据采集系统的提出
• 2.4.1 工控机加数据采集卡架构存在的安全隐患
• 2.4.2 性价比经济性和节能
• 第三章 嵌入式数据采集系统的实现
• 3.1 硬件部分和软件部分的选择
• 3.1.1 为什么选择ARM架构
• 3.1.2 为什么选择Linux系统
• 3.2 开发环境的搭建
• 3.2.1 硬件连接
• 3.2.2 在RedHat9.0下面搭建开发环境
• 3.3 操作系统移植
• 3.3.1 Linux内核编译
• 3.3.2 系统启动介绍
• 3.3.3 设置监控串口
• 3.3.4 下载、烧写内核zImage
• 3.4 数据采集系统软件开发
• 3.4.1 实现原理
• 3.4.2 数据传输部分设计
• 3.4.3 程序实现和移植
• 3.4.4 固化程序并烧写到目标板
• 3.4.5 需要改进的设计
• 第四章 硬件改进版本
• 4.1 对于ARM架构嵌入式开发板的重新思考
• 4.2 改进版本硬件选择
• 4.3 串口和JTAG接口扩展
• 4.3.1 串口扩展
• 4.3.2 JTAG口扩展
• 4.4 系统移植
• 4.5 JFFS2文件系统
• 4.5.1 闪存具有的一些特性
• 4.5.2 NOR flash与NAND flash的不同
• 4.5.3 闪存作为文件系统作简单介绍
• 4.6 JFFS2文件系统的具体实现
• 第五章 软件改进版本
• 5.1 对数据采集系统软件的思考
• 5.2 读写数据原子性问题
• 5.3 线程与进程
• 5.4 关注硬件实现细节
• 第六章 总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书