基于Linux的嵌入式智能控制器平台的研究开发

论文摘要

嵌入式系统是继网络技术之后,又一个新兴的技术发展方向。嵌入系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的突出特征,目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等各个领域。Linux属于开放的操作系统,它对新技术,新协议有良好的适应性。基于Linux嵌入式平台具有低成本高质量的良好性能。 通用串行总线(USB)以其低成本、使用简单、扩展方便及支持即插即用等特点而得到了广泛应用。 本文基于Linux的嵌入式智能控制器平台研究开发的目标是设计出低成本、高性能的Linux嵌入式主控制器和采用USB接口的从控制器,以应用于工业控制中广为运用的分布式二级控制系统。 本文对嵌入式系统的定义、特点、分类和发展进行了阐述,并且对当前比较典型的嵌入式操作系统作了介绍。特别对开发环境、交叉编译以及Linux系统在ARM平台的移植进行深入的研究分析,在研究的基础上建立了一个基于Linux的集成开发环境。 文中介绍了Linux下设备驱动的设计方法,总结并给出了Linux下添加设备的一般过程及设备驱动的主要接口函数。了解并掌握USB协议后,分析了USB设备的各种类型,设计并实现了Linux下的USB设备的驱动程序。 完成了智能控制器的硬件设计和软件设计,重点介绍了固件程序的开发。最后给出了几个常用的控制算法。硬件电路、固件程序、驱动程序、控制算法,采用模块化设计,各个功能单元相互独立的,又可方便的构成一个完整的系统,这使整个系统易于调试、维护,增强了整个系统的强壮性。 本文研究的智能控制器有着广泛的应用场合,并且整套系统的成本很低,这样的系统比较符合中国国情,对它的研究和开发很有实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 嵌入式系统介绍
• 1.1.1 嵌入式系统的定义
• 1.1.2 嵌入式系统的特点
• 1.2 嵌入式系统的分类
• 1.2.1 嵌入式系统的硬件
• 1.2.2 嵌入式系统的软件
• 1.3 嵌入式系统的应用领域及发展趋势
• 1.3.1 应用领域
• 1.3.2 发展趋势
• 1.4 论文研究背景和组织结构
• 1.4.1 论文研究背景
• 1.4.2 论文组织结构
• 第二章 嵌入式系统的开发
• 2.1 嵌入式系统的开发环境
• 2.1.1 硬件实验环境
• 2.1.2 软件开发环境
• 2.2 交叉编译
• 2.3 Linux系统在ARM平台的移植
• 2.3.1 移植的概念
• 2.3.2 Linux内核结构
• 2.3.3 Linux操作系统移植
• 2.3.4 编译Linux内核
• 2.4 本章小结
• 第三章 USB协议简介
• 3.1 总线布局
• 3.2 USB设备与主机的连接
• 3.3 包格式
• 3.3.1 标记包
• 3.3.2 帧开始包
• 3.3.3 数据包
• 3.3.4 握手包
• 3.3.5 握手回答
• 3.4 标记包的字段格式
• 3.4.1 同步字段
• 3.4.2 包标识符字段
• 3.4.3 地址字段
• 3.4.4 帧号字段
• 3.4.5 数据字段
• 3.4.6 循环冗余校验
• 3.5 传送类型
• 3.6 本章小结
• 第四章 Linux下的USB驱动程序设计
• 4.1 Linux的设备管理
• 4.1.1 设备驱动简介
• 4.1.2 Linux的设备文件系统
• 4.1.3 设备分类
• 4.1.4 模块
• 4.1.5 地址空间
• 4.2 USB驱动程序设计
• 4.2.1 uSB驱动模块的实现
• 4.2.2 USB驱动程序的添加
• 4.2.3 设备驱动编程注意事项
• 4.3 本章小结
• 第五章 智能控制器的研发
• 5.1 主控制器系统配置
• 5.1.1 编译LINUX内核
• 5.1.2 下载运行BIOS
• 5.1.3 在BIOS中下载BIOSBOX.BIN烧写到NAND BOOT分区
• 5.1.4 在BIOSBOX中下载和烧写LINUX内核
• 5.1.5 在BIOSBOX中下载和烧写LINUX根文件系统
• 5.1.6 设置LINUX运行参数
• 5.1.7 运行LINUX
• 5.2 从控制器的研发
• 5.2.1 从控制器的硬件设计
• 5.2.2 从控制器的软件设计
• 5.3 主从控制器的通信
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文总结
• 6.2 论文特点
• 6.3 未来展望
• 参考文献
• 附录1：
• 附录2：
• 攻读硕士学位期间的科研工作与发表论文情况
• 参加的主要科研项目
• 发表论文
• 致谢