基于嵌入式Linux操作系统的导航计算机系统设计

论文摘要

捷联惯性导航系统是一种十分先进的惯性导航技术,通过导航计算机系统实时计算出姿态矩阵,建立起数学平台,以数学平台代替传统平台式惯性导航系统中的物理平台。导航计算机系统是整个导航系统的核心和关键,捷联惯性导航系统正向高精度、高可靠性、低成本、小型化、数字化的方向发展,提出一套合理的导航计算机系统设计方案,成为惯性导航系统的发展需要。本文结合导航计算机系统的设计要求,提出一套基于嵌入式Linux操作系统的导航计算机系统设计方案。选用ARM微处理器作为导航计算机系统的处理器,在ARM硬件平台上,移植了嵌入式Linux操作系统,建立了导航计算机系统的嵌入式系统硬、软件平台。高性能的ARM微处理器保证了导航计算机系统的数据处理能力,并且具有丰富的接口,方便导航计算机系统与导航系统中其它部分通信。采用ARM微处理器实现了单CPU的导航计算机系统,有效地精简了导航计算机系统的体积。在ARM硬件平台上移植了嵌入式Linux操作系统作为导航计算机系统的软件平台。嵌入式Linux操作系统具有内核稳定、功能强大、移植性好等特点,采用自由软件嵌入式Linux操作系统建立导航计算机系统的软件平台可以获得较高性价比。在PC机的Linux操作系统环境下,采用交叉编译的方法,根据需要裁减嵌入式Linux操作系统内核,交叉编译生成目标代码,下载到硬件平台上实现导航计算机系统的软件平台。建立起导航计算机系统的硬、软件平台后,编程实现一种导航算法。选用基于角速度输入的导航姿态算法,通过PC机编程实现,再采用交叉编译的方法生成导航计算机系统上可运行的导航应用程序,下载到导航计算机系统中。嵌入式硬件平台、软件平台以及导航应用程序构建了整个导航计算机系统。采用PC机编程模拟惯性元件,建立了导航计算机系统的运行环境,由导航计算机系统运行,导航计算机系统的运行结果表明导航计算机系统能够顺利完成导航计算机系统的相关功能,从而验证了本文提出的导航计算机系统设计方案的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文主要内容
• 第2章 导航计算机系统的整体设计方案
• 2.1 引言
• 2.2 导航计算机系统的整体结构
• 2.3 系统的微处理器选型
• 2.4 导航计算机系统的操作系统设计方案
• 2.4.1 嵌入式操作系统的选择
• 2.4.2 建立移植嵌入式Linux操作系统的开发环境
• 2.5 导航应用程序的设计方案
• 2.6 本章小结
• 第3章 导航计算机系统Linux操作系统的移植
• 3.1 引言
• 3.2 移植的概念及主要任务
• 3.3 Bootloader的移植
• 3.3.1 Bootloader的功能
• 3.3.2 Bootloader的启动过程与移植
• 3.4 Linux操作系统内核的移植
• 3.4.1 Linux的源代码文件组织
• 3.4.2 修改Linux内核源代码
• 3.4.3 裁减和编译内核
• 3.5 Linux根文件系统的移植
• 3.5.1 根文件系统的目录结构
• 3.5.2 编译Busybox工具
• 3.5.3 根文件系统的实现
• 3.6 本章小结
• 第4章 导航应用程序设计
• 4.1 引言
• 4.2 捷联惯性导航姿态算法分析
• 4.3 导航算法的编程实现
• 4.4 串口通信程序设计
• 4.5 导航应用程序的交叉编译
• 4.6 本章小结
• 第5章 导航计算机系统运行结果及分析
• 5.1 引言
• 5.2 导航计算机系统运行环境
• 5.3 导航计算机系统的硬件平台
• 5.4 惯性元件的模拟实现
• 5.5 系统运行结果及分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢