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基于ARM和Linux的监控系统研究与开发

2020-11-30阅读(320)

基于ARM和Linux的监控系统研究与开发

论文摘要

自上世纪90年代Linux首次应用于嵌入式系统,至今已过了近10年。10年间,随着芯片技术、总线技术以及计算机技术的发展,嵌入式处理器也从8位单片机时代发展到了如今高低端处理器百花齐放的时代。32位、16位处理器的价格不再是那么高不可攀。在这种背景下,本课题拟研究一种适用于小规模现场的,低成本的,具有RS-232C和CAN总线通讯方式且可在线进行软件更新的监控系统。现今,很多监控系统都以装有微软操作系统的IPC作为监督平台,以单片机、PLC、DSP等作为DDC控制器,通过串口等方式通讯。其开发周期短,但成本总体较高,通讯方式单一。本课题首先对几种嵌入式处理器和嵌入式操作系统进行比较,确定了以ARM核的处理器和Linux作为本监督平台的处理器和操作系统;其次研究了Linux在ARM上的移植以及运行过程,包括引导加载程序vivi、Linux2.6内核、根文件系统、各种外设（包括触摸屏与以太网等）驱动程序的移植,以及基于Qt/E的串口通讯的图形用户界面的开发;最后对CAN总线以及RS-232C通讯方式在ARM7核的处理器及单片机上的应用进行研究。基于以上研究开发的监控系统的监督平台以S3C2410处理器为核心,以Linux2.6内核为操作系统,以触摸屏为主要人机界面,具有RS-232C和以太网通讯方式,其成本较低,体积较小,功能较为灵活;其DDC控制器由基于STC5410AD和ARM7核的LPC2119的两块控制板以及一块RS-232C与CAN总线转换板组成,其控制功能更加强大,通讯方式也更加多样化;另外,监督平台与DDC控制器均可在线更新程序,降低了系统维护难度。经过实践调试,本监控系统的软硬件均工作正常,实现了预期目标。本监控系统可应用于电力、化工、机电等多个领域的现场,具有较强的通用性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 引言
  • 1.1 课题来源、目的和意义
  • 1.2 嵌入式系统的介绍
  • 1.2.1 嵌入式系统的组成、特性及应用领域
  • 1.2.2 嵌入式系统的发展过程
  • 1.2.3 嵌入式系统的发展趋势
  • 1.3 研究内容
  • 1.4 论文章节安排
  • 第2章 监控系统总体方案设计
  • 2.1 监控系统的体系结构
  • 2.2 处理器的选型
  • 2.2.1 需要考虑的因素
  • 2.2.2 为何选择ARM 处理器
  • 2.3 操作系统的选择
  • 2.3.1 需要考虑的因素
  • 2.3.2 几种实时操作系统的比较
  • 2.3.3 为何选择Linux2.6
  • 2.4 嵌入式图形界面开发工具的选择
  • 2.4.1 嵌入式图形用户界面简介
  • 2.4.2 嵌入式图形界面开发工具的选择
  • 2.5 ARM 处理器的介绍
  • 2.5.1 ARM 处理器简介
  • 2.5.2 ARM 编程模型
  • 第3章 基于ARM 和嵌入式Linux 的监督平台的设计
  • 3.1 监督平台的总体框架
  • 3.2 硬件平台的介绍
  • 3.3 嵌入式 Linux 的开发流程
  • 3.4 交叉编译开发环境的构建
  • 3.4.1 安装Redhat9 操作系统
  • 3.4.2 安装交叉编译器
  • 3.4.3 宿主机开发环境配置
  • 3.5 vivi 在 S3C2410 上的移植
  • 3.5.1 vivi 简介
  • 3.5.2 移植vivi
  • 3.6 Linux2.6 在 S3C2410 上的移植
  • 3.6.1 Linux 的内核结构
  • 3.6.2 内核代码的修改
  • 3.6.3 配置内核
  • 3.6.4 编译内核
  • 3.6.5 注意事项
  • 3.7 根文件系统的构建
  • 3.7.1 根文件系统简介
  • 3.7.2 安装文件系统
  • 3.7.3 构建根文件系统
  • 3.7.4 根文件系统初始化
  • 3.8 驱动程序的开发与移植
  • 3.8.1 驱动程序的开发与移植简介
  • 3.8.2 设备文件管理方式
  • 3.8.3 在Linux 上移植usb 主控制器驱动
  • 3.8.4 在Linux 上移植LCD 驱动
  • 3.8.5 在Linux 上移植触摸屏驱动
  • 3.8.6 在Linux 上移植CS8900A 驱动
  • 3.9 图形界面用户程序设计
  • 3.9.1 Qt/E 简介
  • 3.9.2 Qt/E 的虚拟帧缓冲qvfb
  • 3.9.3 Qt/E 编程流程
  • 3.9.4 让Qt/E 支持usb 鼠标等输入设备
  • 3.9.5 Qt/E 的串口编程
  • 3.10 调试
  • 第4章 DDC 控制器的设计
  • 4.1 DDC 控制器的总体框架介绍
  • 4.1.1 DDC 控制器的总体框架
  • 4.1.2 DDC 控制器的开发环境介绍
  • 4.2 基于LPC2119 的控制板的硬件设计
  • 4.2.1 LPC2119 的介绍
  • 4.2.2 电源
  • 4.2.3 复位
  • 4.2.4 JTAG 调试接口
  • 4.2.5 DA 转换模块的硬件接口
  • 4.2.6 RS-232C 硬件接口
  • 4.2.7 CAN 通讯的硬件接口
  • 4.2.8 其它接口
  • 4.3 基于LPC2119 的控制板的软件设计
  • 4.3.1 LPC2119 初始化代码的实现
  • 4.3.2 ADS 中连接地址的设置
  • 4.3.3 RS-232C 通讯源码的实现
  • 4.3.4 CAN 通讯源码的实现
  • 4.4 基于 STC5410AD 的控制板的软硬件设计
  • 4.5 RS-232C 与CAN 总线的转换板的软硬件设计
  • 4.5.1 硬件框图
  • 4.5.2 软件设计
  • 4.6 DDC 控制器的功能总结
  • 第5章 监控系统在微波干燥中的应用
  • 5.1 微波干燥简介
  • 5.2 本监控系统在微波干燥上的应用
  • 5.2.1 微波干燥系统总体框架
  • 5.2.2 微波干燥系统的技术要求
  • 5.2.3 微波干燥系统的设计
  • 第6章 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.1.1 研究成果
  • 6.1.2 主要创新与特色之处
  • 6.2 改善方向
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间完成的论文和参与的科研项目
  • 致谢
  • 附录
  • 附录1 基于LPC2119 的控制板的原理图
  • 附录 2 基于 STC5410AD 的控制板的原理图
  • 附录3 RS-232C 与CAN 总线转换板的原理图

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