数字示波器多功能接口模块的设计

论文摘要

数字存储示波器是电子测量领域常用的时域测试仪器,随着计算机技术的发展,配备的数字接口在不断增加,如GPIB、RS232、LAN和USB等数字接口,从而可方便与计算机进行数据通信。而多功能接口模块配套用于某低成本、无操作系统的数字存储示波器,实现了该示波器远程操作接口的多元化。该接口模块是基于嵌入式Linux系统和ARM9处理器,具有技术成熟、可靠性高、易于实现和工作性能好等优点。本文从介绍目前数字示波器配备多种数字接口的方式入手,分析该数字示波器的特征,通过对比而确定了配备该类数字示波器的数字接口方案。根据设计工作的重点和难点,着重阐述了嵌入式Linux系统在ARM9处理器AT91RM9200上的构建和模块主要功能的软件实现。其中嵌入式Linux系统的构建包括系统引导程序的移植、Linux内核的移植以及文件系统的建立三方面,而软件实现部分主要包括嵌入式Linux下USB驱动程序、数据传输应用程序的开发以及Windows下动态链接库函数的开发等。最终该接口模块实现了USB-LAN、USB-USB和USB-GPIB的数据转换,在示波器原有的USB基础上扩展了USB、LAN和GPIB三种数字接口。除了基本功能的实现,为了提高模块的工作性能,本文还重点阐述了软件编程的关键技术:进程与线程的使用、USB驱动中批量IN传输性能的提高以及网络Socket数据传输性能的提高等。经过测试表明,数字示波器多功能接口模块稳定性高,具有良好的数据传送能力,能满足实际应用的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 数字存储示波器的发展现状
• 1.3 课题任务
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 总体设计
• 2.1 需求分析
• 2.2 数字示波器多功能接口模块的总体设计
• 2.2.1 硬件方案设计
• 2.2.2 软件方案设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 模块的嵌入式 Linux 系统构建
• 3.1 目标系统的平台搭建
• 3.1.1 目标系统的硬件平台
• 3.1.2 目标系统的软件平台
• 3.1.3 移植需要完成的工作
• 3.2 系统引导程序的移植
• 3.2.1 Boot Loader 简介
• 3.2.2 U-Boot 的移植
• 3.3 Linux 内核的移植
• 3.4 文件系统的建立
• 3.5 本章小结
• 第四章 模块主要功能的软件实现
• 4.1 模块软件的层次结构设计
• 4.2 嵌入式 Linux 下示波器的 USB 驱动程序开发
• 4.2.1 USB 协议概述
• 4.2.2 Linux USB 驱动层次结构
• 4.2.3 示波器USB 驱动程序的开发
• 4.2.3.1 基本功能的实现
• 4.2.3.2 提高USB 驱动批量IN 传输性能的设计
• 4.2.3.3 多URB 轮流通信的实现
• 4.3 嵌入式 Linux 下的数据传输应用程序开发
• 4.3.1 数据传输应用程序的整体设计
• 4.3.2 IP 地址设置功能的实现
• 4.3.2.1 嵌入式Linux 下UDP 套接口编程设计
• 4.3.2.2 IP 地址设置功能的实现方法
• 4.3.2.3 IP 地址设置功能的实现流程
• 4.3.3 TCP 网络服务器的程序实现
• 4.3.3.1 TCP 网络服务器的设计方法
• 4.3.3.2 TCP 网络服务器的主线程设计
• 4.3.3.3 TCP 网络服务器的各个子线程设计
• 4.3.3.4 提高TCP 网络服务器Socket 性能的设计
• 4.4 Windows 下动态链接库的开发
• 4.4.1 模块功能的申请与释放
• 4.4.2 功能函数的实现
• 4.5 Windows 下应用软件开发
• 4.6 本章小结
• 第五章 模块的调试与测试
• 5.1 模块的基本功能测试
• 5.2 模块的传输速率测试与改进
• 5.2.1 模块传输速率测试与分析
• 5.2.2 模块软件设计改进后联机调试
• 5.3 调试中出现的问题和解决方法
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的研究成果