空中机器人嵌入式飞控系统软件设计

论文摘要

随着航空事业的发展,空中机器人以其体积小、成本低、多用途和可复用等特点而备受关注。其中飞行控制系统是空中机器人系统组成中的一部分,是实现其自主飞行的关键技术之一。本文研究的对象是微小型固定翼的空中机器人,研究的重点是微小型固定翼空中机器人的飞控系统软件设计。其主要内容有以下几方面:1.文中简要介绍了课题研究背景和国内外空中机器人的研究现状。2.根据空中机器人飞控系统的功能需求,本文提出了飞控系统的软件系统结构方案。采用了嵌入式Linux的软件开发平台,通过对嵌入式Linux的裁剪使得系统软件平台具有小型化、高效性及成本低等特点。3.首先概述目标系统硬件平台的配置,然后重点阐述了基于ARM-Linux的飞控系统软件开发平台构建问题,完成了基于ARM的嵌入式Linux操作系统的移植相关工作。具体内容包括:Bootloader、内核、根文件系统的定制和移植。4.针对空中机器人飞控系统的特定外围硬件设备,开发其设备驱动程序。包括:GPS、HMR3000数据采集模块、SPI接口和PWM模块的驱动设计等,实现了上层飞行控制软件和底层硬件平台之间的交互。5.依据空中机器人飞行控制系统的控制策略,进行了飞行控制软件功能模块和任务的划分。重点进行了基于嵌入式Linux多线程的飞行控制软件的设计工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外空中机器人研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 空中机器人飞控系统软件的设计方案
• 2.1 飞控系统的总体方案
• 2.1.1 系统功能需求分析
• 2.1.2 整体方案设计
• 2.2 飞控系统软件的设计方案
• 2.2.1 飞控系统软件的特点
• 2.2.2 嵌入式操作系统的选型
• 2.2.3 飞控系统软件体系结构
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于ARM-LINUX 的飞控软件开发平台构建
• 3.1 目标系统的平台组成
• 3.1.1 硬件平台
• 3.1.2 嵌入式Linux 软件平台
• 3.2 U-BOOT 的定制及移植
• 3.2.1 Bootloader 及U-Boot 简介
• 3.2.2 基于S3C2440 的U-Boot 移植
• 3.3 LINUX 2.6 内核的移植
• 3.3.1 Linux 内核结构分析
• 3.3.2 Linux 内核裁减与编译
• 3.4 文件系统的创建
• 3.4.1 文件系统的选择
• 3.4.2 YAFFS 文件系统简介
• 3.4.3 修改内核支持YAFFS 文件系统
• 3.4.4 制作和下载YAFFS 文件系统映像
• 3.5 本章小结
• 第四章 外围设备驱动程序的设计实现
• 4.1 嵌入式LINUX 驱动程序概述
• 4.1.1 设备驱动程序分类及特点
• 4.1.2 设备驱动程序结构
• 4.1.3 设备驱动的加载方式
• 4.2 GPS、HMR3000 数据采集
• 4.2.1 UART（通用异步收发器）分析
• 4.3.2 GPS 数据包的接收与解码
• 4.2.3 HMR3000 数据包的接收
• 4.3 SPI 驱动设计
• 4.3.1 S3C2440 中的SPI 接口
• 4.3.2 AD7927 的SPI 驱动程序的设计
• 4.4 PWM 模块驱动程序的开发
• 4.4.1 PWM 定时器工作原理
• 4.4.3 PWM 驱动实现
• 4.5 驱动程序的编译与调试
• 4.5.1 编译加载驱动程序模块
• 4.5.2 软件设计中遇到的问题及解决方法
• 4.6 本章小结
• 第五章 实时多任务操作系统下飞控系统软件设计
• 5.1 飞行控制策略
• 5.1.1 飞行控制算法原理
• 5.1.2 导航算法原理
• 5.2 嵌入式LINUX 下的飞控系统软件设计
• 5.2.1 软件系统总体设计
• 5.2.2 基于多线程的软件实现策略
• 5.2.3 初始化模块
• 5.2.4 主循环控制模块
• 5.2.5 无线传输模块
• 5.2.6 其他管理任务模块
• 5.3 系统软件功能测试实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 前景与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文