一种平台化的嵌入式智能仪器仪表系统底层共性驱动技术研究

论文摘要

智能仪器仪表作为现代计算机技术与仪器仪表相结合的产物,在科学研究、环境监测、生产制造等诸多领域扮演着很重要的角色。但是目前的智能仪器仪表也存在着结构简单、功能单一、适应面狭窄、维护升级困难等缺点。因此,本文针对常规智能仪器仪表在结构上缺乏可配置性和功能上缺乏扩展性等主要不足,提出了“平台化的嵌入式智能仪器仪表”这一新的设计思想。这种设计思想将综合性、平台化、可扩展等主要特点作为智能仪器仪表的设计目标,利用嵌入式系统高集成性,可定制的特点,将数据采集、数据处理、数据存储、数据交互等智能仪器仪表的一般化功能以模块的形式提炼出来。根据具体应用领域和功能需求的不同,通过对功能模块的构成进行定制,实现对仪表功能的重新定义。从而搭建出一个多应用领域,宽适用范围,可扩展的平台化智能仪器仪表系统。本文在第二部分描述了智能仪器仪表平台的硬件体系结构和软件体系结构,同时从操作系统内核和底层设备驱动两个方面着重描述了智能仪器仪表平台的底层软件模型。本文的第三部分致力于构建仪器仪表平台中的各功能模块底层设备及接口的驱动技术研究。详细阐述了linux系统下设备驱动程序的结构及工作机制。着重阐述了嵌入式Linux系统下智能仪器仪表平台各功能模块底层设备及接口的驱动技术,包括数据采集模块的接口驱动技术、数据存储设备的驱动技术、人机接口设备的驱动技术以及智能仪器仪表网络化所需要的网络交互接口驱动技术。本文的第四部分描述了构建嵌入式智能仪器仪表平台中底层驱动软件的设计与实现;介绍了底层设备及接口驱动模块化的设计思想及利用内核裁剪技术对驱动模块进行灵活配置的实现过程;描述了系统引导程序bootloader的结构和工作机制。以及SPI通信接口、LCD显示屏、以太网口、USB口等主要设备及接口的驱动程序设计实现过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 智能仪器仪表的研究现状
• 1.2.2 研究现状分析
• 1.3 论文的研究意义和课题来源
• 1.3.1 本论文的研究目的和意义
• 1.3.2 本论文的课题来源
• 1.4 论文研究的主要内容
• 2 智能仪器仪表平台的体系结构及软件系统模型
• 2.1 智能仪器仪表平台功能分析
• 2.2 智能仪器仪表平台的硬件体系结构
• 2.3 仪器仪表平台的软件体系结构
• 2.4 智能仪器仪表平台底层软件模型
• 2.5 本章小结
• 3 智能仪器仪表平台底层设备驱动技术研究
• 3.1 Linux 下设备驱动程序概述
• 3.1.1 Linux 系统下设备文件的定义及其设备无关性
• 3.1.2 Linux 下的字符设备驱动程序
• 3.1.3 linux 下的块设备驱动程序
• 3.2 智能仪器仪表平台各功能模块底层设备驱动技术研究
• 3.2.1 数据测量模块接口驱动技术
• 3.2.2 数据存储模块驱动技术
• 3.2.3 人机接口模块设备驱动技术
• 3.2.4 数据通信模块接口驱动技术
• 3.3 本章小结
• 4 嵌入式智能仪器仪表平台底层设备驱动的设计实现
• 4.1 设备驱动的模块化构建与内核的裁剪配置
• 4.1.1 设备驱动模块的添加
• 4.1.2 内核的裁剪配置
• 4.2 系统引导程序 bootloader 的设计
• 4.3 主要设备及接口驱动程序的设计实现
• 4.3.1 SPI 接口驱动的设计及实现
• 4.3.2 LCD 驱动的设计及实现
• 4.3.3 USB 驱动的设计实现
• 4.3.4 以太网接口驱动的设计与实现
• 4.4 智能仪器仪表平台应用实例
• 4.4.1 应用实例背景
• 4.4.2 银河数据采集记录平台功能描述
• 4.4.3 银河数据采集记录平台的应用效果
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录