嵌入式气象采集系统及网络实时性研究

论文摘要

加快气象事业发展、提高准确及时的气象预报警报服务,具有重要的社会意义和广阔的市场前景,国家提出第二代自动气象站的设计。以嵌入式系统和CAN网络技术为核心构建,按照主采集器+外部网络+分采集器+传感器+外围设备的结构设计,达到高精度、高稳定、易维护、低功耗、易扩展和实时远程监控的标准。本文以基于ARM处理器、嵌入式Linux操作系统和CAN网络的自动气象站系统为研究对象,搭建交叉编译开发环境,进行根文件系统和内核移植,设计CAN驱动程序和数据采集等应用程序。选择适合气象数据传输的CAN网络,使用MTS混合调度算法对其调度机制进行分析改进,并该思想应用于采集系统中。对系统中采用的Linux 2.6.24内核实时性深入分析,采用时钟粒细化,LSF调度算法提高系统性能。并利用支持多种操作系统的开源系统测试工具LMbench进行改造前后的进程上下文切换时间测试,进行结果对比。实验证明,经过Linux2.6内核的实时性能优化,系统进程上下文切换时间明显缩短,整体实时性能得到提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 论文产生背景
• §1-2 国内外研究现状
• 1-2-1 气象采集系统国内外研究现状
• 1-2-2 工业网络概况
• §1-3 论文主要研究内容及研究方法
• 第二章 采集器系统结构设计
• §2-1 嵌入式气象采集系统结构
• §2-2 AT91SAM9263 处理器介绍
• §2-3 操作系统选型
• §2-4 网络选择
• §2-5 存储空间分配
• §2-6 应用程序设计
• 第三章 嵌入式LINUX 操作系统移植
• §3-1 搭建交叉编译环境
• §3-2 引导程序移植
• 3-2-1 引导程序简介
• 3-2-2 U-Boot 简介
• 3-2-3 U-Boot 的具体实现
• §3-3 LINUX 内核配置与编译
• §3-4 建立根文件系统
• 3-4-1 常见的文件系统及优缺点
• 3-4-2 JFFS2 文件系统移植
• 3-4-3 文件系统优化
• 第四章 CAN 网络实现与实时化改造
• §4-1 CAN 网络模块实现
• 4-1-1 CAN 网络硬件原理
• 4-1-2 CAN 网络驱动设计
• 4-1-3 测试驱动程序
• §4-2 CAN 网络实时性分析
• §4-3 MTS 算法性能分析
• 4-3-1 MTS 算法介绍
• 4-3-2 仿真设计
• 4-3-3 仿真结果分析
• §4-4 MTS 算法在系统中的应用
• 第五章 嵌入式LINUX 实时性能优化
• §5-1 LINUX 内核特点
• §5-2 内核源代码结构
• §5-3 进程调度
• §5-4 LINUX 内核LSF 实时化
• 5-4-1 细化时钟粒度
• 5-4-2 实时调度算法
• 5-4-3 LSF 调度算法设计
• §5-5 基于LMBENCH 的实时性能测试
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果