数据采集装置嵌入式ARM9核心板的设计与实现

论文摘要

随着经济的发展和工业化进程加快,大型设备能否正常运作成为生产安全、加快科技进步、节约维修成本的关键因素,设备状态监测与故障诊断技术应运而生。它可以确定设备工作是否正常,能早期发现故障及其原因,并能预报故障发展趋势,正确运用可以带来明显的经济效益和社会效益。本文结合嵌入式技术和无线通讯技术,根据设备监测系统的现状和实际需求,给出了数据采集装置核心板的总体方案,设计出了一个基于AT91SAM9263微处理器和Linux操作系统的无线通讯核心板。该核心板主要负责对前端采集的数据排列、打包并通过ASUS WL167G无线网卡以TCP/IP协议发送到监测工作站,进一步分析处理。本文详细地阐述了核心板的硬件实现过程,以及各个模块的设计电路原理图。核心板由两部分组成,以AT91SAM9263微处理器为主的最小系统、Flash、SDRAM存储器和部分10/100以太网接口电路高度集成于一块板子,外围扩展的USB接口、触摸屏接口、LCD接口和各种调试口都放在底板。本文重点描述了Linux操作系统的移植过程,介绍了AT91SAM9263微处理器存储空间的划分,探讨了引导程序U-Boot和BootStrap启动AT91SAM9263微处理器过程,编译并移植了引导程序（U-Boot和BootStrap）以及嵌入式Linux操作系统内核。本文还在分析Linux驱动程序体系结构的基础上,实现了USB无线网卡的初始化,打开与关闭,数据的发送与接收等,并对开发驱动过程中的关键技术进行了阐述,最后编译、移植了USB无线网卡驱动。在对核心板的串口和USB接口功能进行测试后,将基于AT91SAM9263微处理器和Linux操作系统的无线通讯核心板应用于岳化热电事业部汽轮发电机组设备监测系统中,进行带宽测试。.实践结果表明,该核心板工作正常,完全可以满足工业生产要求,外型更加小巧,方便,并且可以通过无线网卡快速传输数据,扩大了设备监测系统的适用范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 研究现状与发展趋势
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本文结构
• 第2章 嵌入式核心板总体设计
• 2.1 嵌入式核心板功能需求
• 2.2 嵌入式核心板的总体设计
• 2.3 嵌入式Linux的架构分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 AT91SAM9263核心板及其底板的硬件设计
• 3.1 基于AT91SAM9263的核心板设计
• 3.1.1 主控微处理器简介
• 3.1.2 时钟电路设计
• 3.1.3 电源电路设计
• 3.1.4 复位电路设计
• 3.1.5 Flash存储器接口电路设计
• 3.1.6 SDRAM存储器接口电路设计
• 3.1.7 以太网接口电路
• 3.1.8 扩展接口电路
• 3.2 底板设计
• 3.2.1 底板电源电路设计
• 3.2.2 JTAG调试端口设计
• 3.2.3 RS232接口电路设计
• 3.2.4 USB接口电路设计
• 3.2.5 IIC总线接电路设计
• 3.2.6 触摸屏接口电路设计
• 3.2.7 LCD接口电路设计
• 3.3 PCB的制作
• 3.4 本章小结
• 第4章 嵌入式Linux操作系统的构建
• 4.1 嵌入式Linux操作系统介绍
• 4.2 Bootloader引导程序介绍与移植
• 4.2.1 存储空间的划分
• 4.2.2 BootLoader引导流程
• 4.2.3 BootLoader代码结构
• 4.2.4 Bootloader移植
• 4.2.5 BootLoader配置
• 4.3 Linux操作系统的裁剪与移植
• 4.3.1 Linux内核的模块结构
• 4.3.2 内核的加载机制
• 4.3.3 Linux内核的移植
• 4.4 Linux根文件系统制作
• 4.5 文章小结
• 第5章 Linux下USB无线网卡驱动程序的开发
• 5.1 Linux设备驱动介绍
• 5.2 USB无线网卡驱动体系分析
• 5.2.1 USB驱动体系分析
• 5.2.2 网络驱动体系分析
• 5.2.3 USB无线网络驱动体系分析
• 5.3 USB无线网卡驱动设计与移植
• 5.3.1 USB无线网络驱动设计
• 5.3.2 驱动程序关键代码研究
• 5.3.3 无线网卡驱动程序移植
• 5.4 本章小结
• 第6章 嵌入式核心板功能测试
• 6.1 串口测试
• 6.2 USB测试
• 6.3 无线网卡通讯测试
• 6.4 带宽测试
• 6.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录B 攻读学位期间参与的科研项目