基于嵌入式Linux的数字存储示波器的设计与软件实现

论文摘要

示波器在工程测量中有着广泛的应用,是工程技术人员在科研工作中最常用的电子测量仪器之一。数字存储示波器（DSO）更是以其特有的优势,成为近年来发展最快的电子测量仪器之一。随着现代测量对电子仪器精度、速度、智能化等各方面要求的提高,传统的基于单片机的测量仪器由于很难完成操作系统的嵌入、文件的管理、各种接口的集成、大容量存储器的扩展等功能,在许多领域的应用受到限制。针对这些问题,本文通过对传统DSO技术方案以及本项目具体功能和指标的分析,提出了ARM+FPGA+嵌入式Linux架构的技术方案。本系统采用Samsung公司的ARM9微处理器S3C2410作为控制核心,其强大的控制性能和灵活的接口技术可以大大简化系统的控制和编程。采用Xilinx公司的性价比较高的FPGA芯片XC3S500E,实现了数据的高速采集和处理。为了在嵌入式Linux操作系统中实现对硬件设备的操作,需要开发对应的设备驱动程序。根据系统要求,研究开发了三种设备驱动程序:GPIO设备驱动程序、SPI设备驱动程序以及FPGA设备驱动程序。实践证明这些驱动程序都能稳定的工作。同时,本文还开发了嵌入式Linux的下位机应用程序,这些应用程序都是在Qt/Embedded环境下开发的。应用程序的作用是通过调用设备驱动程序来控制系统硬件的工作以及实现良好的人机交互功能。经测试应用程序很好地完成了示波器波形的实时显示、控制以及实时响应键盘操作等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 数字存储示波器概述
• 1.2 数字存储示波器的国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 本课题的意义
• 第二章 数字存储示波器的总体方案
• 2.1 系统设计目标
• 2.2 技术方案的确定
• 2.3 本方案的优点
• 第三章 数字存储示波器硬件模块设计
• 3.1 前端模拟通道模块
• 3.2 数据采集和处理模块
• 3.3 系统控制模块
• 第四章 数字存储示波器软件开发平台的建立
• 4.1 软件平台LINUX 的选择
• 4.2 嵌入式LINUX 的组成和实现步骤
• 4.3 嵌入式LINUX 开发环境的建立
• 4.3.1 Linux 内核的裁剪和移植
• 4.3.2 嵌入式Linux 根文件系统的建立
• 第五章 数字存储示波器设备驱动程序的实现
• 5.1 设备驱动程序简介
• 5.2 GPIO 驱动程序设计
• 5.2.1 53C2410 的GPIO
• 5.2.2 GPIO 设备相关寄存器
• 5.2.3 前端衰减器驱动程序设计
• 5.2.4 前端通道控制驱动程序设计
• 5.3 SPI 驱动程序设计
• 5.3.1 53C2410 的SPI 介绍
• 5.3.2 板上DA 电平控制驱动设计
• 5.3.3 AD 驱动程序设计
• 5.3.4 锁相环PLL 及时钟控制驱动程序设计
• 5.4 FPGA 驱动程序设计
• 5.4.1 FPGA 驱动工作原理
• 5.4.2 FPGA 驱动的实现
• 第六章 数字存储示波器人机交互功能的实现
• 6.1 键盘扫描与处理模块
• 6.1.1 键盘的原理及接口方式
• 6.1.2 键盘扫描程序的实现
• 6.1.3 Linux 下串口接收程序的实现
• 6.2 显示处理模块
• 6.2.1 液晶显示原理及接口
• 6.2.2 53C2410 内置LCD 控制器
• 6.2.3 嵌入式图形用户界面开发环境的建立
• 6.2.4 基于Qt/Embedded 示波器界面和菜单的开发
• 6.2.5 嵌入式Linux 下位机应用程序在Qt/Embedded 中的实现
• 第七章 系统测试及结果
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文