基于ARM9多通道快速数据采集系统的设计研究

论文摘要

探地雷达是一种高效的浅层地球物理探测设备,在探测地下目标的无损检测中独具特色。探地雷达具有探测速度快、空间分辨率高、图象显示实时、设备便携等特点,而且探地雷达的工作环境一般都很恶劣,因此探测雷达系统必须满足高稳定性、可靠性、低功耗以及数据采集系统的高速和高精度的要求。嵌入式系统凭借着在功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面的优势而发展迅猛,嵌入式产品也已经应用到各个领域。本文针对探地雷达的新要求,结合嵌入式系统的优势,提出了一套完整的基于ARM9微处理器的嵌入式数据采集系统,并详细介绍了其实现过程。本文首先对探地雷达的国内外发展及现状进行了综述,紧接着对探地雷达技术理论和嵌入式系统,特别是ARM系列微处理器进行了详尽的分析和研究,给出了基于S3C2440A的数据采集系统方案。在分析了各模块原理的基础上,完成了电路原理图和整个系统的PCB设计。然后给出了Boot-loader以及Linux系统的移植方法和Linux系统下设备驱动的实现方法。论文最后总结了本课题现阶段的工作情况,并对课题后续的工作提出了自己的建议。本系统在测试过程中性能稳定,数据采集速度可达160MBPS,传输速度为6.67MByte/s,满足探地雷达实际要求。本论文所做的工作对于探地雷达以及通用数据采集系统的发展有一定的参考作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 探地雷达国内外发展及现状
• 1.3 嵌入式系统
• 1.4 本文的主要工作内容安排
• 第二章 探地雷达原理及系统总体方案
• 2.1 GPR系统工作体制与原理
• 2.2 等效采样原理
• 2.3 探地雷达的数据采集方式与预处理
• 2.3.1 数据采集方式
• 2.3.2 探地雷达数据的预处理
• 2.4 本系统的总体设计方案
• 第三章 ARM体系结构
• 3.1 ARM微处理器的特点及应用领域
• 3.2 ARM微处理器系列概述
• 3.3 ARM微处理器的应用选择
• 3.4 ARM微处理器编程模式
• 3.4.1 ARM的工作状态
• 3.4.2 ARM体系结构的存储方法
• 3.4.3 ARM处理器运行模式
• 3.4.4 ARM寄存器
• 3.5 异常和中断处理
• 第四章 数据采集系统的硬件设计
• 4.1 S3C2440A 微处理器的介绍及系统硬件结构
• 4.1.1 S3C2440A 微处理器的介绍
• 4.1.2 数据采集系统硬件结构
• 4.2 系统功能模块原理及设计方法
• 4.2.1 电源模块
• 4.2.2 系统时钟和定时器
• 4.2.3 SDRAM模块设计
• 4.2.4 Flash控制器
• 4.2.5 通用异步收发器UART
• 4.2.6 LCD模块设计
• 4.2.7 MMC/SD/SDIO接口设计
• 4.2.8 S3C2440A DMA 数据传输
• 4.2.9 JTAG模块设计
• 4.3 AD转换器与双端口RAM设计
• 4.3.1 AD9224 转换器
• 4.3.2 双端口 RAM IDT7027S
• 第五章 嵌入式软件设计
• 5.1 Boot-loader的分析与移植
• 5.1.1 U-Boot的源码结构及启动过程
• 5.1.2 U-Boot的移植
• 5.2 Linux系统移植
• 5.2.1 Linux内核结构及启动过程
• 5.2.2 Linux系统的移植
• 5.3 Linux设备驱动程序的开发
• 5.3.1 Linux驱动程序的分类
• 5.3.2 DMA软件设计
• 5.3.3 触摸屏驱动设计
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 附录 系统PCB图