【正文】 度高等特點(diǎn)，能夠把通用 CPU 中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi) 部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的藕合 也越來越緊密。 3．嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn) 嵌入式操作系統(tǒng)是支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)極 為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng) 接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等。 （ 2）具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。它包括硬件和軟件兩部分。 而在工業(yè)控制領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集是整個(gè)工廠自動(dòng)化的最前端，采樣速度、京都與實(shí) 現(xiàn)該功能的成本是幾個(gè)重要因素，數(shù)據(jù)采集也正朝這幾個(gè)方向發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)采集 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采樣率、分辨率、存儲(chǔ)深度、數(shù)字信號處理速度、抗干擾能力 等技術(shù)指標(biāo)成為了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要因素。搭建了測試平臺，對數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行了性能測試 及采樣測試，對測試結(jié)果進(jìn)行了分析，針對出現(xiàn)的問題給出了改進(jìn)技術(shù)措施。給出了數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設(shè)計(jì)總 結(jié)構(gòu)模型，分析了嵌入式系統(tǒng)的概況，論述了嵌入式系統(tǒng)中常用的 ARM 概念及本 設(shè)計(jì)中采用的 AT91RM9200 芯片的工作原理，提出了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)并 給出了信號模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，內(nèi)存模塊，網(wǎng)絡(luò)芯片模塊的設(shè)計(jì)。在工業(yè)控制設(shè)備上開發(fā)應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)具 有非常廣闊的市場前景 [3]。現(xiàn)在， 32 位嵌入式 CPU 價(jià)格的下降，性能指標(biāo)的提高，為嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提供了可能 性。采用基于嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)的嵌入 式工業(yè)測控設(shè)備，測控設(shè)備可在大型機(jī)械設(shè)備上就近安裝，安裝簡單、體積小、靈 活性好，與傳統(tǒng)工業(yè)測控設(shè)備相比，具有極大的優(yōu)勢。由于其源代碼公開且系統(tǒng)極其強(qiáng)健，用戶只需在其穩(wěn)定內(nèi)核的基礎(chǔ) 上添加應(yīng)用程序，這無疑可以使用戶節(jié)省大量的人力物力，加快了生產(chǎn)周期，而且 產(chǎn)品性能穩(wěn)定完善，具有很強(qiáng)的市場競爭能力，因此產(chǎn)品具有巨大的市場潛力。 嵌入式 Linux （ Embedded Linux）是指對標(biāo)準(zhǔn) Linux 經(jīng)過小型化裁剪處理之后，能 夠固化在只有幾 K 或者幾 M 字節(jié)的存儲(chǔ)器芯片或者單片機(jī)中，適合于特定嵌入式應(yīng) 用場合的專用 Linux 操作系 統(tǒng)?，F(xiàn)有 系統(tǒng)只是以嵌入式微控制器 (MCU，典型代表是單片機(jī) )為核心，與一些監(jiān)測、伺服、 指示設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)一定的功能，遠(yuǎn)不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化信息化的要求。 1．傳統(tǒng)信號采集模塊特點(diǎn) 目前工業(yè)現(xiàn)場中用到的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件常采用 8/16 位的單片機(jī)；軟件多采 用匯編語言編程，僅包含一個(gè)簡單的循環(huán)處理的控制流程；單片機(jī)與單片機(jī)或上位 機(jī)之間通信通過 RS23 RS485 接口來組網(wǎng)，而且這些設(shè)備上一般只有串口而沒有 USB 接口。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力工具也是獲取科學(xué)奧 秘的重要手段之一?；谇度胧?Linux系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān) 控設(shè)備，具有小型化、專業(yè)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、性能好、性價(jià)比高、功能強(qiáng)大 的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)各種功能完善的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，其市場競爭力很強(qiáng)，市 場價(jià)值將不可估量。以數(shù)字化儀器為主的數(shù)據(jù)采集處理技 術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)過程控制及實(shí)時(shí)觀察工業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)及趨勢。模擬儀器 存在輸出動(dòng)態(tài)范圍小，對大動(dòng)態(tài)信號處理線性差 ，因而精度低、信號不可記錄等 缺點(diǎn)。 不保密 □。本人完全意識到本聲明的 法律后果由本人承擔(dān)。 通過樣機(jī)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與測試表明，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)采集硬件平臺設(shè)計(jì)到操作系統(tǒng) 嵌入工作，并開發(fā)完成了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了 預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 （ 1）深入研究了數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，分析了嵌入 式 Linux操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，指出了現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集模塊存在的問題及選題研究的目 的和意義。 湖南大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于 Linux操作系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 姓名：易斌 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：電路與系統(tǒng) 指導(dǎo)教師：戴瑜興 20200401 基于 Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要 數(shù)據(jù)采樣在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測和控制都離 不開數(shù)據(jù)的采集。 （ 2）根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊的性能指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體模塊及系統(tǒng)信 號流程，論述了 ARM32位嵌入式微處理器件的原理及性能，闡述了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中的低功耗設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、可測性設(shè)計(jì)、傳感器測量電路等設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)， 提出了系統(tǒng)中信號模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)存模塊、網(wǎng)絡(luò)芯片模塊的組成原理及設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集，嵌入式， Linux操作系統(tǒng)， ARM微處理器， AT91RM9200 II 碩士學(xué)位論文 Abstract The embedded system plays an important role in modern surveillance and control can not work without data traditional data collecting module based on single chip system can not finish or it is very difficult to finish the operating system embedding,the management of files, different kiinds interface connection, mutual unite with Inter,big size memory enlargement and so on. In the past days,it is limited in many field. In order to solve these problems,this paper designed the embedded data collecting module based on linux OS. Firstly this paper introduced the data collecting, the managing system with the present condition and possible developing trend,analysised the advantages of embedded linux OS,pointed out the possible problems of current data collecting module and the purpose and significance of the research. Secondely, aiming at this system requesting index the total module and signal flow of the the principle and performance of embedded 32bit ARM micro the technical points of low power , reliability,testability sensor test circuit and so on in the hardware system out the ponent principle,design and implementation of the signal AD conversion module,memory module and work chip module of the system. Thirdly,introduced the linux OS kernel platform with developing environment and the embedded system software structure and FPGA digital singnal processing technique of the software reduction of the embedded linux OS,transplant of the kernel and out implementation of the main program in ARM,FPGA function block and FPGA function module. Fourthely,giving out the testing of the basic performance of the transmission based on SPI and the embedded data collecting channel plate,analysised the testing result. After debugging and testing the prototype,basicly realizing the piling of the operating system and programming it to platform,and finished the programme of the application software in the platform,The system can work stably and attained the anticipated object. Keywords： Data Acquisition， Embedded， Linux OS， ARM Processor， AT91RM9200 III 碩士學(xué)位論文 湖 南 大 學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所 取得的研究成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意 學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文 被查閱和借閱。 （請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打 “√”） 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 日期： 年 年 月 月 日 日 I 碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論 選題背景及意義 1．選題背景 計(jì)算機(jī)技術(shù)在飛速發(fā)展，微機(jī)應(yīng)用日益普及深入，微機(jī)在通信、自動(dòng)化、工 業(yè)自動(dòng)控制、電子測量、信息管理和信息系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。在模擬電子技術(shù)領(lǐng)域中，由于使用了包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器件在內(nèi)的數(shù)字器件， 因而在精度、簡化電路結(jié)構(gòu)、靈活、方便等方面取得很大的進(jìn)步。傳統(tǒng)獲 取現(xiàn)場數(shù)據(jù)的方法，效率低、誤差大、難以輸入計(jì)算機(jī)。該項(xiàng)目成果 —基于嵌入式 Linux系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊用于傳統(tǒng) 工業(yè)企業(yè)大型設(shè)備的測控系統(tǒng)的升級換代和改造，將具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì) 效益?？傊徽撛谀膫€(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理越及時(shí)工作 效率就越高，取得的經(jīng)濟(jì)效益就越大。系統(tǒng)存在著實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，性能和穩(wěn)定性不高，通信傳輸距離短，下位機(jī) 與上位機(jī)通信速度慢、聯(lián)網(wǎng)功能差，易受地理環(huán)境、氣候、時(shí)間的影響，開發(fā)困難 等諸多問題。 2． Linux 嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 嵌入式系統(tǒng)是繼 IT 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，又一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展方向。嵌入式 Linux 的開發(fā)和研究是操作系統(tǒng)領(lǐng)域中的一 個(gè)熱點(diǎn)，目前已經(jīng)開發(fā)成功的嵌入式系統(tǒng)中，大約有一半使用的是 Linux 。 嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）適應(yīng)于多種 CPU 和多種硬件平臺；性能穩(wěn)定，裁剪性能好；開發(fā)和使用都 很容易，生成的代碼質(zhì)量高，可靠性好； （ 2）系統(tǒng)為 32 位以上的處理器，有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力；完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， 能夠構(gòu)建各種局域網(wǎng)，并且能接入 Inter，在現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)化的信息社會(huì)里，這更為 用戶所青睞 ；圖形管理功能強(qiáng)大，可以提供友好的多媒體人機(jī)界面，圖像界面和靈 活的控制方式，為嵌入式設(shè)備能和用戶親密接觸提供完善的支持。 3．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展趨勢 計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于 TCP/IP 協(xié)議的 IP 網(wǎng)的 應(yīng)用得到廣泛普及，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中引入嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程采集將是一 種趨勢。基于上述情況，將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可大大提高采集系統(tǒng)的性 能，嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)來開發(fā)。 3 基于 Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本文結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容 第 1 章，緒論。 第 3