ARM平台下地震数据采集软件系统设计

论文摘要

目前,主流的地震仪主机开发平台以单片机,PC机或工业控制计算机（工控机）为主。如重庆地震仪器厂生产的DZQ48高分辨地震仪采用军品级的PC104工控机,虽然数据处理能力强,但其体积大、功耗高,给野外工作带来不便。同时主流的地震仪主机采用的是Windows XP操作系统,Windows XP提供的服务多,针对主频不是太高的工控机会降低主机性能,并增加系统功耗,Windows XP也是一个非实时操作系统,给地震数据采集的实时性带来不便。因此本论文基于以上几种开发平台及Windows XP操作系统存在的缺陷提出了一种基于ARM开发平台下地震数据采集软件系统设计来改善和提高地震仪主机的综合性能。S3C2440是三星公司推出的一款基于ARM920T处理器构架的低功耗、高性能的嵌入式SoC处理器,主频高达400MHz,最高可达533MHz,广泛地应用于PDA、便携媒体播放器、卫星导航仪等多媒体终端。基于S3C2440和Windows CE操作系统提供的服务比较精简,并且可以根据实际需求定制服务,完全能够满足地震仪主机性能的要求。在程序的设计上,本论文采用的是Visual Studio 2008,它是一种广泛使用的程序开发平台,拥有灵活多变的编程方式和丰富的底层操作手段,是实现复杂、高效人机交换界面平台的强有力工具[1]。本论文通过分析地震数据格式,结合Windows CE操作系统的特殊性,软件中进行适当的处理实现了地震波形的快速显示。为了满足系统软件的智能化和人性化操作要求,软件中集成了可选止频率滤波器（低通、高通、陷波）及频谱分析等功能。论文主要取得了以下几个创新点:开发了Windows CE底层驱动（SPI、IIC）相关程序;将采集到的地震数据转换成通用的SEG-2文件格式实现了地震数据的读取,并能准确动态显示地震波形;对地震数据预处理进行了分析,包括FIR数字滤波和频谱分析,并针对FIR数字滤波编写了相关程序;开发了一套基于Windows CE操作系统的集控制、采集、传输、处理为一体的地震数据采集控制软件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究意义及背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 地震仪研究现状
• 1.2.2 地震仪主机平台及操作系统研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 研究成果
• 1.5 本文的组织结构
• 第2章 ARM 体系结构
• 2.1 ARM 及其嵌入式处理器的研发与生产方式
• 2.1.1 嵌入式处理器的研发和生产方式
• 2.1.2 SoC 与嵌入式处理器
• 2.2 ARM 微处理器结构
• 2.2.1 RISC 体系结构
• 2.2.2 ARM 微处理器的指令结构
• 2.3 ARM 处理器的运行模式
• 2.4 ARM 处理器的寄存器
• 2.4.1 ARM 状态下寄存器的组织方式
• 2.4.2 Thumb 状态下寄存器的组织方式
• 2.5 S3C2440 简述
• 第3章 ARM 体系与Windows CE 构造调试平台
• 3.1 Windows CE 的层次体系结构
• 3.2 Windows CE 中的进程
• 3.2.1 创建进程
• 3.2.2 终止进程
• 3.3 Windows CE 中的线程
• 3.3.1 创建线程
• 3.3.2 设置线程的时间片
• 3.4 用户界面与图形系统
• 第4章 Windows CE 底层驱动
• 4.1 无线模块SPI 底层驱动
• 4.2 IIC 驱动
• 第5章 应用程序设计
• 5.1 地震数据读取
• 5.1.1 SEG-2 文件描述块的结构
• 5.1.2 SEG-2 道描述块的结构
• 5.1.3 地震数据读取程序设计
• 5.2 系统集成功能
• 5.2.1 功能模块的总体布局
• 5.2.2 数据采集
• 5.2.3 文件操作
• 5.2.4 系统测试
• 5.2.5 主机参数配置
• 5.2.6 采集站参数配置
• 5.2.7 波形显示
• 第6章 地震数据预处理
• 6.1 有限冲击响应滤波器
• 6.1.1 FIR 数字滤波器
• 6.1.2 FIR 设计方法
• 6.1.3 窗函数设计法
• 6.2 频谱分析
• 6.3 数据预处理集成功能
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果
• 附录