【正文】 Key words: Linux 。 關(guān)鍵詞： ARM； linux； 內(nèi)核 ； 驅(qū)動 ；溫度監(jiān)測 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） Embedded System of Temperature Testing Based on ARM Abstract With the development of science, embedded system develops at a fast speed. Embedded system has been applied to all aspects, which has brought great convenience to people39。 溫度監(jiān)測 軟件系統(tǒng)的設(shè)計過程如下，本設(shè)計 首先為 溫度監(jiān)測 系統(tǒng)構(gòu)建 Linux 環(huán)境，其次 在 Linux 下編寫并加載系統(tǒng)驅(qū)動程序，然后編寫 應(yīng)用程序，編譯并下載到 ARM 開發(fā)板中 。 嵌入式溫度監(jiān)測 系統(tǒng)由溫度監(jiān)測硬件系統(tǒng)和溫度監(jiān)測軟件兩部分組成。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 畢業(yè)設(shè)計說明書 基于 ARM的嵌入式溫度監(jiān)測系統(tǒng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 摘 要 隨著科技的發(fā)展， 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展也異常迅速，同時， 嵌 入式系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于各個方面，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了極大的便利 。 目前嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到了嵌入式處理器與操作系統(tǒng)相結(jié)合的階段，本設(shè)計就是將 ARM 處理器與 Linux 操作系統(tǒng)相 結(jié)合實現(xiàn) 的 。其中硬件系統(tǒng)包括 SBC2410 開發(fā)套件，溫度檢測電路、信號放大電路及信號顯示終端，論文中按模塊對各部分硬件的設(shè)計進行了詳細 的 介紹。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試， 實現(xiàn)了溫度監(jiān)測的功能 。s production and daily life. At present, the application of embedded system have been developed to the stage of bining embedded processor with operating system, and the design es true based on bining the ARM processor with linux operating system. Embedded temperature measurement system includes temperature monitoring hardware and software systems. Hardware system includes SBC2410 system development kit, temperature detection circuit, signal amplifier circuit and signal display terminal. This paper, in detail, introduces the hardware design according to modules. The process of the design of temperature measurement software system is as follows: First，the design construct Linux environment for temperature measurement the system .Secondly, the design piles and loads driver program in Linux。 ARM 。 Drivert 。從體系結(jié)構(gòu)上看，嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、支撐硬件和嵌入式軟件組成。 嵌入式 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)一般由 3 個部分組成 ， 如圖 所示 ：嵌入式系統(tǒng)硬件平臺、嵌入式操作系統(tǒng)及 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。嵌入式 linux提供了完 善的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持， μ C/OSII 操作系統(tǒng)也成為實時操作系統(tǒng)或 RTOS，使用它作為開發(fā)工具 將會使 實時應(yīng)用程序變得相對容易。一個嵌入式芯片供電系統(tǒng)為其供電 ；必須有時鐘信號 系統(tǒng) 提供時鐘信號 ；必須有復(fù)位系統(tǒng)。如果芯片內(nèi)部沒有存儲器或存儲器容量不足以滿足需 求，則需要外擴存儲內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 芯片。 這些嵌入式處理 器運行的必要條件的電路或者芯片與嵌入式處理器一起構(gòu)成了嵌入式處理器的最小系統(tǒng)。與一般軟件開發(fā) 的 區(qū)別在于軟件實現(xiàn)的編譯和調(diào)試兩部分。編譯的主要工作就是將程序轉(zhuǎn)化成該程序的 CPU 所能識別的機器代碼。 程序?qū)嶋H運行的環(huán)境稱為目標機，也就是嵌入式系統(tǒng)環(huán)境。 由于編譯的過程包括編 譯、鏈接等幾個階段，因此，嵌入式的交叉編譯也包括交叉編譯和交叉鏈接等過程，通常， ARM 的交叉編譯器為 armelfgcc，交叉鏈接器為armelfld，一般可執(zhí)行文件是 ELF 格式。 交叉調(diào)試 嵌入式軟件編譯和鏈接完成后即進入調(diào)試階段。 在 嵌入式軟件開發(fā)中的調(diào)試方式采用的是交叉調(diào)試，調(diào)試器運行在宿主機上 的通用操作系統(tǒng)之上，被調(diào)試的進程運行在基于特定硬件平臺的嵌入式 操作系統(tǒng)中。調(diào)試器可以控制、訪問被調(diào)試進程，讀取被調(diào)試進程的當(dāng)前狀態(tài)，并能夠改變被調(diào)試的運行狀態(tài)。 調(diào)試器通過串口、并口、網(wǎng)絡(luò)、 JTAG 等控制被調(diào)試進程。這種調(diào)試代理可能是某些支持調(diào)試功能的硬件設(shè)備，也可能是某些專門的調(diào)試軟件。此時物理上雖然只有一臺計算機，但是邏輯上仍然存在這宿主機和目標機的區(qū)別 [22]。 ARM ARM ARM9E、 ARM10E 是4 個通用處理器系列。 SecurCore 是第 5 個產(chǎn)品系列，是專門為安全設(shè)備而設(shè)計的。下面對 ARM9 進行相應(yīng)的介紹。由于采用了 5 級指令流水線， ARM9 處理器能夠運行在比 ARM7 更高的時鐘頻率上，改善了處理器的整體性能；存儲器系統(tǒng)根據(jù)哈佛體系結(jié)構(gòu)（程序和數(shù)據(jù)空間獨立的體系結(jié)構(gòu)）重新設(shè)計，區(qū)分了數(shù)據(jù)總線和指令總線。次處理器能夠被用在要求有虛擬存儲器支持的操作系統(tǒng) 上。 ARM940T 包含一個更小的數(shù)據(jù)指令 Cache 和一個 MPU。 ARM920T、 ARM940T 都執(zhí)型 v4T 架構(gòu)指令 [13]。它具有低功耗、大容量、擦寫速度快、可整片或分扇區(qū)在系統(tǒng)編程（燒寫）、擦除等特點，在體積、抗震性方面都有很大的優(yōu)勢，并且可有內(nèi)部嵌入式算法完成對芯片的操 作，因而在各種嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。常內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 用的 Flash 為 8 位或 16 位的數(shù)據(jù)寬度，編程電壓為單 。任何 Flash 器件進行寫入操作前必須先進行 擦除。 NAND 器件執(zhí)行擦除操作十分簡單，而 NOR 則要求在進行擦出前，現(xiàn)將目標塊內(nèi)所有的地址 都寫 0。執(zhí)行擦除時，塊尺寸的不同進一步拉大了 NAND 和 NOR 之間的差距。 NOR 的傳輸速率很高，在1~4MB 的小容量時具有極高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大降低了它的性能。 NOR 主要用在代 碼存儲介質(zhì)中， NAND 適合于數(shù)據(jù)存儲 [22]。當(dāng)系統(tǒng)初始化后， CPU 首先從復(fù)位地址 0x0 處讀取啟動代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼一般應(yīng)調(diào)入 SDRAM 中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度，同時，系統(tǒng)及用戶堆棧、運行數(shù)據(jù)也都放在 SDRAM 中。 SDRAM 的存儲單元可以理解為一個電容，總是傾向于放電，為不免數(shù)據(jù)丟失，必須定時刷新（充電）。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） SDRAM 是高速的動態(tài)隨機存取存儲器，它的同步接口和完全流水線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使其擁有極大的數(shù)據(jù)速率，目前 SDRAM 時鐘頻率已經(jīng)達到 100MHz 以上?；敬鎯卧莾?nèi)存芯片中存儲信息的最小單位，每個存儲 單元可以存儲 1bit 的信息，并且有一個由行地址和列地址共同定義的唯一的地址。雖然內(nèi)存基本存儲單元具有唯一的地址，但是并不能進行獨立的尋址，這將要求內(nèi)存芯片有數(shù)以百計的引腳同計算機通信 ， 顯然這是不可能的。而這些內(nèi)存框架構(gòu)成一個內(nèi)存 bank， SDRAM 內(nèi)存以 bank 為組織，可由行列地址尋址。 要知道 SDRAM 的結(jié)構(gòu)特點，就必須先了解 DRAM 器件的結(jié)構(gòu)特點。一個電容可以存儲一定量的電子或者電荷，一個充電的電容器被認為是邏輯上的 1，而 “ 空 ” 的電容器則是 0。因為電容器不能持久的保持存儲的電荷，所以內(nèi)存需要不斷定時刷新，才能 保持暫存的數(shù)據(jù)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 晶 體 管電 容列 線行 線 圖 DRAM 的原理圖 SDRAM 的存儲單元的基本原理同前面提到的 DRAM 基本一樣，但是這些存儲單元的組織和控制與 DRAM 就有相當(dāng)大的差別了。 JTAG 調(diào)試器 JTAG 是英文 “Joint Test Action Group（聯(lián)合測試行為組織） ”的詞頭字母的簡寫 , 是一種國際標準測試協(xié)議（ IEEE 兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試 及對系統(tǒng)進行仿真、調(diào)試 。標準的 JTAG 接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI、 TDO,分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 JTAG 最初是用來對芯片進行測試的 ， 基本原理是在器件內(nèi)部定義一個 TAP（ Test Access Port 測試訪問口）通過專用的 JTAG 測試工具對進行內(nèi)部節(jié)點進行測試 ?，F(xiàn)在， JTAG 接口還常用于實現(xiàn) ISP（ InSystem Programmable。 JTAG 編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG 編程 ， 從而大大加快工程進度。 在硬件結(jié)構(gòu)上， JTAG 接口包括兩部分： JTAG 端口和控制器。 標準中規(guī)定對應(yīng)于數(shù)字集成電路芯片的每個引腳都設(shè)有 一個移位寄存單元，稱為邊界掃描單元 BSC。由集成電路的所有邊界掃描單元構(gòu)成邊界掃描寄存器 BSR。 JTAG 也可以實現(xiàn)對電路版的 Flash 編程 。嵌入式系統(tǒng)的 Flash 芯片的地址線、數(shù)據(jù)線和控制信號線接到嵌入式系統(tǒng)帶 JTAG 接口的微處理器相應(yīng)的引腳上，在對 Flash 編程時， PC 機上運行的程序控制 PC 機發(fā)送指令或數(shù)據(jù)到嵌入式系統(tǒng)微處理器內(nèi)部的邊界掃描寄存器里，再把此數(shù)據(jù)或指令通過 JTAG 專用指令傳送到 Flash，從而將代碼寫入 Flash 中 [22]。隨著技術(shù)的不斷進步，傳感器也有了飛速的發(fā)展，體積變得越來越 小，精度 越來越高，功能也越來越強大。 溫度傳感器：溫度傳感器就是把溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。 AD590 的室溫補償 電路 性能 集成溫度傳感器 AD590 是一種高內(nèi)阻、電流輸出型的兩端器件 , 其檢測靈敏度為 1 μ A/K。 AD590 的特點是 ： (1) 兩 端器件 ： 電壓輸入 ， 電流輸出 ； (2) 線性電流輸出 ： 1μ A/K；(3) 較寬的檢測范圍 ： 55～ + 155℃ ； (4) 極好的線性 ： 在工作范圍內(nèi)非線性誤差 177。 誤差校正 經(jīng)過激光微調(diào)定標的 AD590 芯片 ， 其靈敏度為 1μ A/K， 輸出電流值 (μ A ) 可直接表征絕對溫度 (K)。 為了消除這種誤差 ， 可采用單點校正電路進行校正。經(jīng)校正后 ， 大大減小了誤差 ， 同時也減小了誤差對溫度的依賴 ， 即減小了誤差溫度系數(shù)[20]。在測室溫時，室溫為 n度，那輸出的電壓為： V0=+n，單位為 mv。例如：室溫在一般情況下為 25℃，那么我們就應(yīng)該調(diào)整電阻 R2，使 AD590的輸出為：內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） V0=+25，單位為 mv。 但是 AD590的輸出級別是 mv級別，而我們的單片機的串口不能感受到 這微小的變化，那么 就需要對 AD590的輸出進行放大，這樣才能使得單片機能獲得這個信號。在本 設(shè)計中，單片機的串口電壓是 ，所以 AD590的信號經(jīng)過放大后不能超過 。 在上圖中，我們用的是兩級的負放大：第一級是 放大倍數(shù)，第二級的作用是使輸出為正。 013402 VRRV ?? （ 32） 第二級放大倍數(shù)，此級的作用是改變符號 。該種熱電偶的正極為含鉻 10%的鎳鉻合金，負極為含 3%的鎳硅合金。它的特點是使用溫度計范圍寬，高溫下性能較穩(wěn)定，熱電偶與溫度的關(guān)系近似線性，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 價格便宜，因此它是目前用量最大的一種熱電偶。 K型熱電偶是氧化性較強 的賤金屬熱電偶。 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。 ② 測量范圍廣。 熱電偶就是利用熱電效應(yīng)來工作的。當(dāng)導(dǎo)體 A和 B的兩個執(zhí)著點 1和 2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢 ， 因而在回路中形成一個大小的電流 ,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶補償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。 在使用熱電偶補償導(dǎo)線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過 100℃ 。如果自由端 溫度保持恒定，則熱電偶熱電勢就變成為工作段溫度的單值函數(shù)。 設(shè)熱電偶工作端溫度為 t，冷端為 nt 。冷端溫度為 0t ，則有