钢轨探伤仪的硬件设计与实现

论文摘要

本设计基于ARM9和FPGA为硬件基础主体,深入研究并灵活运用嵌入式系统。完成了针对于钢轨探伤仪的嵌入式计算机系统的硬件设计与调试的任务。在本文的内容中主要就整个嵌入式钢轨探伤仪的硬件设计过程、调试流程进行了详细的叙述。文中主要涉及了系统的硬件平台搭建、嵌入式系统开发环境搭建、系统数字信号处理逻辑控制的FPGA实现和Linux驱动设计这几部分。在正文中分析了整个嵌入式钢轨探伤仪的性能要求的同时,结合合作单位的技术要求,设计了嵌入式系统的系统框架。建立了以ARM为核心,FPGA为主要外设的系统框架,同时详细的分析了系统主要部分的工作原理。参考相关资料,构建了基本的嵌入式系统开发环境,配置了Linux服务器,完成了交叉编译工具链的安装和调试。确定了系统使用的内核,U-Boot和根文件系统,同时完成了烧写的工作。系统使用FPGA实现了数据高速采集、FIR数字滤波、探伤回波显示和各个通道的逻辑控制功能。设计时采用了由顶至下的设计思想,逐步设计仿真实现各个功能。在分析了Linux的驱动设计流程之后,结合了基本的硬件要求,设计并综合了Linux的驱动程序。最后给出了系统的整机调试流程和实验结果,完成了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 超声检测技术简介及国内外研究现状
• 1.3 超声探伤仪的特点以及发展趋势
• 1.3.1 超声探伤仪的特点
• 1.3.2 超声探伤仪的发展趋势
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 钢轨探伤仪的理论基础及硬件设计方案
• 2.1 超声无损检测的理论基础
• 2.2 钢轨探伤仪的整体设计方案
• 2.2.1 系统整体的设计要求和技术指标
• 2.2.2 整体设计方案
• 2.3 系统硬件资源分配
• 2.3.1 S3C2410A的特点
• 2.3.2 地址分配
• 2.3.3 总线分配
• 2.3.4 时钟频率管理
• 2.4 系统硬件分析
• 2.4.1 前端板部分
• 2.4.2 后端板部分
• 2.5 本章小结
• 第3章 嵌入式系统的搭建过程
• 3.1 嵌入式系统的基本概念和开发流程
• 3.1.1 嵌入式系统的概念与特点
• 3.1.2 嵌入式系统的开发流程
• 3.2 构建嵌入式系统开发平台
• 3.2.1 Linux开发环境
• 3.2.2 交叉编译工具的安装
• 3.2.3 服务器配置TFTP、 NFS
• 3.3 Bootloader的设计和实现过程
• 3.3.1 Bootloader介绍
• 3.3.2 U-boot特点及启动流程分析
• 3.3.3 U-boot的下载和更新
• 3.4 Linux内核镜像和根文件系统的制作和烧写
• 3.4.1 Linux内核介绍
• 3.4.2 根文件系统介绍
• 3.4.3 RAMDISK的制作和烧写
• 3.5 本章小结
• 第4章 FPGA数字处理和逻辑功能的实现
• 4.1 FPGA、Verilog简介
• 4.2 基于FPGA的高速数字系统实现
• 4.3 64阶FIR滤波器的设计与实现
• 4.4 通道逻辑控制模块与信号处理模块
• 4.4.1 通道逻辑控制模块设计
• 4.4.2 信号处理模块
• 4.5 显示控制模块
• 4.5.1 显示切换模块
• 4.5.2 VGA显示模块
• 4.6 键盘扫描模块
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统驱动程序设计及软硬件联调
• 5.1 Linux驱动简介
• 5.2 Linux设备驱动设计流程
• 5.3 键盘驱动程序
• 5.4 系统USB功能的实现
• 5.5 系统的硬件调试
• 5.5.1 前端板调试
• 5.5.2 后端板调试
• 5.6 整机软硬件联调
• 5.6.1 通过网络方式无法启动
• 5.6.2 串口无输出的情况
• 5.6.3 上位机软件无法正常工作
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢