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基于ARM的PC/104总线嵌入式工控机的研究和实现

2020-11-30阅读(1019)

基于ARM的PC/104总线嵌入式工控机的研究和实现

论文摘要

在特定的工业测控应用中对处理器的功耗有严格的要求,类似X86处理器芯片系列由于继承了原有8086的构架,功耗很大,不能满足要求。当前应用广泛的ARM系列处理器有低功耗、高处理器能力的优点,非常适合于此类应用。由于ARM处理器并没有对PC/104总线有支持,所以本设计使用CPLD可编程逻辑完成ARM本地总线与PC/104总线的转换。文章完成了以下工作:1.介绍了工业控制计算机的发展情况和当前使用广泛的PC/104计算机,描述了嵌入式系统的发展历史和软硬件组成,分析了X86与ARM处理器构架的特点与优缺点;2.从PC/104总线规范出发,对基于ARM处理器的PC/104工业控制嵌入式工控机进行了总体设计,软硬件选型部分对当前流行的软硬件系统进行了详细地描写,硬件处理器选用SAMSUNG公司的S3C2410,软件系统采用嵌入式Linux操作系统;3.对系统硬件各个部分实现细节进行了描写,包括最小系统、CAN网络、以太网络和PC/104总线控制器;其中着重对PC/104总线控制器的实现方案进行了讨论,分析了ARM本地总线时序和PC/104总线时序,最后使用VHDL语言实现了了总线控制器逻辑;4.移植了嵌入式Linux操作系统,Linux操作系统移植分为配置、编译和下载运行调试三个步骤;基于Linux操作系统编写了PC/104总线驱动,驱动完成映射PC/104地址到系统虚拟地址和中断绑定;编写了基于PC/104的CAN总线驱动,分析了驱动初始化、中断处理流程、数据缓冲区管理和文件操作接口,描写了驱动的编译和下载过程;最后给出了应用程序接口;5.根据机车工业控制领域的具体要求,开发了实际系统,给出了系统主要参数指标;对系统的运算性能进行了测试,测试表明定点运算能力与X86相当,符合设计要求;系统通过铁标高低温测试和射频干扰测试,并进行了为期3个月的装车试运行,试运行过程中系统工作正常,完全能够满足设计要求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 工业控制计算机概述
  • 1.2 嵌入式系统
  • 1.2.1 嵌入式系统发展状况
  • 1.2.2 嵌入式系统及特点
  • 1.2.3 嵌入式系统分类
  • 第2章 PC/104 总线嵌入式工控机的总体设计
  • 2.1 PC/104 总线规范
  • 2.2 基于ARM 的PC/104 工业控制嵌入式计算机
  • 2.3 硬件系统选型
  • 2.3.1 ARM 和X86 嵌入式工控机比较分析
  • 2.3.2 X86 的发展壁垒
  • 2.3.3 采用ARM 技术的有利条件
  • 2.3.4 S3C2410 芯片介绍
  • 2.4 软件系统选型
  • 第3章 系统硬件设计
  • 3.1 最小系统设计
  • 3.1.1 SDRAM 电路设计
  • 3.1.2 NAND FLASH 电路设计
  • 3.2 CAN 总线设计
  • 3.3 以太网总线设计
  • 3.4 PC/104 总线设计
  • 3.4.1 PC/104 总线方案
  • 3.4.2 PC/104 转换电路设计
  • 3.4.3 PC/104 时序分析
  • 3.4.4 PC/104 总线控制器实现
  • 第4章 系统软件设计
  • 4.1 设备驱动概念
  • 4.2 LINUX 系统移植
  • 4.2.1 Linux 内核结构
  • 4.2.2 开发环境的建立与交叉编译
  • 4.2.3 配置与编译内核
  • 4.2.4 系统安装
  • 4.3 PC/104 总线驱动设计
  • 4.4 CAN 总线驱动
  • 4.4.1 设备初始化
  • 4.4.2 驱动处理流程
  • 4.4.3 缓冲区管理
  • 4.4.4 文件操作接口
  • 4.4.5 驱动编译和安装
  • 4.5 应用程序接口
  • 第5章 应用实例与系统测试
  • 5.1 产品应用实例
  • 5.2 系统测试
  • 5.2.1 运算性能测试
  • 5.2.2 高低温测试
  • 5.2.4 射频干扰测试
  • 结论与展望
  • 1. 课题研究主要内容和结果
  • 2. 课题研究的局限性
  • 3. 课题展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
  • 附录B 部分程序代码

    • 相关论文文献

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