ARM嵌入式工控机研究:Linux系统移植与PC/104总线实现
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更新于2024-08-07
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"Linux系统移植-深入理解软件构造系统 原理与最佳实践"
这篇硕士学位论文探讨了基于ARM的PC/104总线嵌入式工控机的研究与实现,作者通过湖南大学的硕士研究生李臻君在导师黎福海的指导下完成。论文主要涉及了以下几个关键知识点:
1. **Linux系统移植**:在嵌入式领域,Linux系统移植通常包括内核配置、内核编译和内核安装。内核配置是移植过程的关键,因为它涉及到定制适合目标硬件的内核功能,确保系统能有效运行。
2. **Linux内核结构**:Linux内核负责启动程序(如初始化和驱动程序)、内存管理(如内存分配)、进程管理(如调度和通信)、设备管理(如串行/并行设备和I/O设备)以及文件管理(包括常规文件和目录管理)。这些构成了嵌入式系统的基础架构。
3. **处理器选择**:在特定工业测控应用中,低功耗和高性能的处理器是必要的。ARM处理器因其低功耗和高性能而被广泛选用,而x86系列由于其较高的功耗,往往不适用于这些场景。
4. **PC/104总线与ARM**:由于ARM处理器不直接支持PC/104总线,论文提出了使用CPLD(复杂可编程逻辑器件)来实现ARM本地总线与PC/104总线之间的转换。这使得基于ARM的系统能够与PC/104标准兼容,扩展了其在工业控制领域的应用可能性。
5. **系统设计与实现**:论文详细描述了从总线规范出发,基于ARM处理器的PC/104嵌入式工控机的设计过程,包括硬件选择(如选用Samsung的S3C2410)和软件选择(如使用嵌入式Linux操作系统)。
6. **硬件实现**:论文涵盖了系统硬件各部分的实现细节,如最小系统、CAN网络、以太网络和PC/104总线控制器的构建。重点讨论了PC/104总线控制器的实现方案,分析了两种总线的时序差异,并使用VHDL语言实现了总线控制器逻辑。
7. **操作系统移植**:Linux的移植过程包括配置、编译和下载运行调试。此外,还编写了针对PC/104总线的驱动程序,以映射总线地址至系统虚拟地址并绑定中断。
8. **驱动程序开发**:论文详细讲解了CAN总线驱动的开发,包括初始化、中断处理、数据缓冲区管理和文件操作接口。同时,也描述了驱动的编译和下载过程。
9. **应用程序接口**:提供了应用程序接口的设计,以便用户可以方便地与系统交互。
10. **系统测试与应用**:系统经过了严格的运算性能测试,证明其定点运算能力与x86相当,满足了设计需求。通过了铁路行业的高低温和射频干扰测试,并在3个月的装车试运行中表现出稳定的工作状态。
关键词:嵌入式系统、ARM处理器、PC/104总线、CAN总线。
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马运良
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