【正文】 即停止當前執(zhí)行的指令。 NRST與 NTRST均為低電 平有效，在 AT91RM92020是異步復位邏輯。一個轉(zhuǎn)換旁路緩沖器 (TLB)被用來加速地址轉(zhuǎn)換過程，并減少頁表讀取所 需的總線傳送。 AT91RM9200基本工作原理 AT91RM9200的核心功能是建立在 ARM920T嵌入式處理之上的，并以低功耗為 [8] 1． CPU內(nèi)核 ARM920T是由一個 ARM9TDMI， 32位 RISC處理器， 16KB指令 Cache, 16KB數(shù)據(jù) Cache和一個存儲器管理單位 MMU構(gòu)成。 （ 15）復位和測試信號。 （ 13）振蕩器和鎖相環(huán)，用于產(chǎn)生內(nèi)核所需的 。 （ 11） TWI，支持兩線 EEPROM。 （ 9）主從 SPI， 8 到 16bit可編程數(shù)據(jù)長度，四個外部設(shè)備片選信號。 （ 7）三個同步串口控制器 SSC。 （ 5） USB 全速 Host Double port集成 FIFO和 DMA通道、 Device port集成 2KB.， 可配置 FIFO 。 （ 3）系統(tǒng)外設(shè)：八級別高級中斷管理器 AIC,電源管理器 PMC、時鐘發(fā)生器、實時 時鐘、四個可編程外部時鐘信號、調(diào)試單元、四個 32bit PIO控制器、七個外部 中斷源和一個快速中斷 。下面有選擇地介紹 AT91RM9200的工作原理 。 （ 1） 16K字節(jié)片上 SRAM, 128K字節(jié)片上 ROM。 （ 5） AMBA總線接口 ,ETM接口、協(xié)處理器接口 [7]。 （ 3） MMU支持高級操作系統(tǒng)如 Linux， Windows CE，提供了一個地址轉(zhuǎn)換表， CP15是訪問 MMU的唯一途徑。 （ 2）內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)，將內(nèi)部指令總線和數(shù)據(jù)總線分開，分別連接 ICache 和 DCache,再通過 AMBA總線接口連接到 ASB總線上去訪問內(nèi)存。 AT91RM9200微處理器 1． AT91RM9200微處理器的特點 AT91RM9200是 Atmel公司的嵌入式 ARM920T內(nèi)核處理器，內(nèi)核工作電壓為 伏，輸入 /輸出電壓 (I/0)為 ，典型功耗值小于 ，具有 180MHz/200MIPS 性能， 16KH的數(shù)據(jù) Cache,16KB指令 Cache，全功能的 MMU, ， 內(nèi)置 10/100M網(wǎng)絡(luò)接口，支持高性能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及其他應(yīng)用，非常適合于系統(tǒng)控 制以及通訊領(lǐng)域使用，同時，也適用于汽車、醫(yī)藥等領(lǐng)域。 （ 5）尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。 （ 3）大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。 2． ARM處理器的特點 采用 RISC架構(gòu)的 ARM微處理器一般具有如下特點 : （ 1）體積小、低功耗、低成本、高性能。手機中的 32位 SIM智能卡也采用了 ARM技術(shù)。 （ 4）消費類電子產(chǎn)品： ARM技術(shù)在目前流行的 數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒 和游戲機中得到廣泛采用。 （ 3） 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 :隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用 ARM技術(shù)的 ADSL芯片正逐步獲得 競爭優(yōu)勢。 1. ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 （ 1） 工業(yè)控制領(lǐng)域 :作為 32的 RISC架構(gòu)，基于 ARM核的微控制器芯片不但占 據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域 擴展， ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的 8位 /116位微控制器提出了挑 戰(zhàn)。世界各大半導體生產(chǎn)商從 ARM公司購買其設(shè)計的 ARM微處理器核，根 據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱?ARM微處理器芯 片進入市場。目前，采用 ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán) (IP) 核的微處理器，即通常所說的 ARM微處理器，己遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、 通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于 ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用 約占據(jù)了 32位 RISC微處理器 75%以上的市場份額， ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生 活的各個方面。 ARM 微處理器 ARM概述 ARM (Advanced RISC Machines)，既可以認為是一個公司的名字，也可以認 為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術(shù)的名字。為了使信號轉(zhuǎn)換的效率更 高， FPGA 采樣控制部分和數(shù)據(jù)傳輸部分由不同的敏感信號觸發(fā)。 MISO/PA0 MOSI/PA1 SPCK/PA2 I/O I/O I/O NPCS0/PA3 XC3S400PQ208 AT91RM9200 Q D C S M25P64 圖 ARM 與 M25P64 的連接方式 （ 2） ARM與 DM9161的連接方式見圖 。 以太網(wǎng)收發(fā)器選用 DM9161。C下可靠工作 20年。 SDRAM選用三星的 K4S561632CTC75， ，最高工作頻率達 133MHz，刷新周期 64毫秒。系統(tǒng)總體框架見圖 。設(shè)備控 制模塊采用 AT91RM9200 作為主控制芯片，設(shè)備啟動后，與 PC 工作站通過 TCP/IP 協(xié)議建立連接，獲取工作站的初始化信息，通過 SPI 串口初始化并啟動數(shù)據(jù)采樣 模塊。 圖 信號調(diào)理通道板信號流程 2．信號采集、處理板 信號采集、處理板的輸入信號是信號調(diào)理通道板的輸出信號，該板的信號流 程見圖 。信號處理流程如下：傳感 器輸出的信號經(jīng)過電壓放大或電流放大或電荷放大等（視傳感器類型定）變換為 電壓信號，該電壓信號經(jīng)程控放大、程控低通濾波，最后再經(jīng)過緩沖放大處理， 輸出電壓信號送給信號采集、處理板。 嵌入式數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)信號流程設(shè)計 1．信號調(diào)理通道板信號流程 取自現(xiàn)場設(shè)備的各種傳感器信號送入信調(diào)理通道板，每個信號調(diào)理通道板上 7 基于 Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計與實現(xiàn) 包含三個信號調(diào)理通道。 信號調(diào)理電路：將傳感器送來的小信號進行放大、低通濾波（有必要時需要 進行模擬濾波），方便后續(xù)的 ADC 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換； ADC：模數(shù)變換，實現(xiàn)基帶信號的數(shù)字化； FPGA：在該系統(tǒng)中，主要功能是實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)的預處理。預 處理 DBamp。AB CB F L A S H 采樣 傳感器信號 信號調(diào)理 電路 24 DBamp。 ADC 時鐘系統(tǒng) 電源系統(tǒng) 傳感器信號 信號調(diào)理 電路 1 傳感器信號 信號調(diào)理 電路 2 1～ 24路 信號同步 DBamp。信號采集、處理系統(tǒng)擬采用 ARM＋ FPGA（ FPGA：現(xiàn)場可編程邏 輯陣列）的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，此種結(jié)構(gòu)的好處是：硬件開發(fā)平臺難度較小，系統(tǒng)軟件 升級容易實現(xiàn)。 6 碩士學位論文 硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)由信號調(diào)理系統(tǒng)和信號采集、處理系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。 （ 5）為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在 存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。 （ 3）嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余， 力爭在 同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的 選擇更具有競爭力。 （ 2）嵌入系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè) 的具體 應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。在嵌入式操作系 統(tǒng)之上開發(fā)嵌入系統(tǒng)將減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量，增強嵌入式應(yīng)用軟件的可移植 性，使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法更具科學性。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式 操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方 面具有較為突出的特點。 （ 4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計 算和通信設(shè)備中，靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，例如需要的功耗只有 mW甚 至 uW級。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已 5 基于 Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計與實現(xiàn) 模塊化，為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計強大的存儲區(qū) 保護功能，同時也有利于軟件診斷。嵌入式微處理器一般具備以下特點： （ 1）對實時多任務(wù)有很強的支持能力，能完成多任務(wù)并有較短的中斷響 應(yīng)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核的執(zhí)行時間減少到最低的限度 。硬件包括處理器 /微處理器、存儲器及外設(shè)器 件和 I/0端口、圖形控制器等軟件部分 包括操作系統(tǒng)軟件 (0S)(要求實時和多任務(wù) 操作 )和應(yīng)用程序。 1. 嵌入式系統(tǒng)定義 嵌入式系統(tǒng)被定義為 :以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁 剪、適應(yīng)應(yīng)用于系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機 系統(tǒng)。比如在測距 以及測厚的某些應(yīng)用領(lǐng)域，精度要求在毫米及，這就需要極高采樣率的數(shù)據(jù)采集 技術(shù)。 具體的說，航空航天系統(tǒng)中火箭發(fā)動機、噴氣流量、飛機發(fā)動機的動態(tài)測試、 發(fā)射試驗過程中的瞬態(tài)信號的記錄、振動波型的記錄，需要高速的信號采集系統(tǒng)。提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣率和數(shù)字 信號處理速度可更深入、更細微、更精確地了解物理量變化特性。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學的一個重要 分支、計算機技術(shù)儀器構(gòu)成了現(xiàn)代檢測技術(shù)的基礎(chǔ)。 最后對本文研究工作進行總結(jié)和展望。 第 4 章，系統(tǒng)測試分析。 第 3 章，數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計及實現(xiàn)。 第 2 章，數(shù)據(jù)采集模塊硬件設(shè)計及實現(xiàn)。 3 基于 Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計與實現(xiàn) 本文結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容 第 1 章，緒論。 嵌入式 Linux 的研究、開發(fā)和應(yīng)用在國外已經(jīng)是如火如荼，在國內(nèi)，嵌入式 Linux 系統(tǒng)的研發(fā)熱潮正在蓬勃興起?；谏鲜銮闆r，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)。工 業(yè)以太網(wǎng)使用了 TCP/IP 協(xié)議，便于聯(lián)網(wǎng)，并具有高速控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點。 3．數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展趨勢 計算機技術(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)遠程采集將是一 種趨勢。 工業(yè)企業(yè)的傳統(tǒng)測控設(shè)備一般來講有體積大、靈活性差、價格高等缺點，而且 控制部件大多遠離機械設(shè)備，布線很復雜。 嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)有如下優(yōu)點： （ 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，有強大的實時處理能力；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)化的信息社會里，這更為 用戶所青睞 ；圖形管理功能強大，可以提供友好的多媒體人機界面，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。嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)其開放的 2 碩士學位論文 源代碼，其內(nèi)核源代碼可從 Inter 上下載，同時 Inter 上有其各種外接設(shè)備 的驅(qū)動程序源代碼，強大而穩(wěn)定，用戶可以根據(jù)需要對內(nèi)核進行裁剪，使得系統(tǒng)小 型化、專業(yè)化。嵌入式 Linux 的開發(fā)和研究是操作系統(tǒng)領(lǐng)域中的一 個熱點，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 。而 Linux 從 1991 年問世以來，已經(jīng)發(fā)展成為功能強大、設(shè)計完善的操作系統(tǒng)。 2． Linux 嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點 嵌入式系統(tǒng)是繼 IT 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，又一個新的技術(shù)發(fā)展方向。 網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高而日益提高。系統(tǒng)存在著實時性不強，性能和穩(wěn)定性不高，通信傳輸距離短，下位機 與上位機通信速度慢、聯(lián)網(wǎng)功能差，易受地理環(huán)境、氣候、時間的影響，開發(fā)困難 等諸多問題。在保證精度的條件下應(yīng)有盡可能高的采樣速度，以滿足實時采集、 實時處理和實時控制對速度的要求 [3]?？傊?，不論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理越及時工作 效率就越高，取得的經(jīng)濟效益就越大。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進采集、監(jiān)視和 記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。該項目成果 —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)濟效益和社會 效益。在設(shè)備監(jiān)測、儀器儀表制造、電力控制、地礦勘測、 水文檢測、油田數(shù)據(jù)采集、紡織制造、交通運輸記錄儀等領(lǐng)域中，都需要用到數(shù) 據(jù)采集和監(jiān)控設(shè)備，市場對其需求很大。傳統(tǒng)獲 取現(xiàn)場數(shù)據(jù)的方法，效率低、誤差大、難以輸入計算機。而且微處 理器由于價格越來越低，功能也不斷增強。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步。 大規(guī)模集成電路技木的迅速發(fā)展，微處理器、存儲器、輸入 /輸出等外圍接 口器件的性能