ARM+CPLD架构下的PC/104总线嵌入式工控机设计与实现

本文主要探讨了在ARM+CPLD架构下实现PC/104总线的嵌入式工业控制计算机的设计与研究。作者李臻君针对工业测控应用中对低功耗处理器的需求，选择了一种功耗低、处理能力强的ARM系列处理器——S3C2410作为核心，而传统的x86架构如8086由于其复杂性导致功耗过大，无法满足这种场景。 首先，文章概述了工业控制计算机的发展历程，重点介绍了PC/104总线的广泛使用，它是专门为工业环境设计的标准化接口，强调了嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成，对比了X86和ARM处理器的架构特点，指出ARM处理器的低功耗特性更适合此类应用。 接着，基于PC/104总线规范，作者提出了基于ARM的嵌入式工控机的整体设计。硬件上，采用了S3C2410处理器和嵌入式Linux操作系统，后者提供了稳定且灵活的开发环境。在硬件实现方面，文章详细描述了最小系统、CAN网络和以太网络的构建，特别聚焦于PC/104总线控制器的设计，分析了ARM本地总线和PC/104总线的时序差异，并用VHDL实现了这一转换逻辑。 在软件移植部分，作者介绍了将Linux操作系统移植到ARM平台的过程，包括配置、编译和下载调试，然后开发了PC/104总线驱动，实现地址映射和中断处理。此外，还针对CAN总线设计了驱动程序，涉及初始化、中断管理、数据缓冲和文件操作接口。驱动的编译和下载步骤也在文中有所阐述。 最后，作者将设计应用于机车工业控制领域，开发出实际系统，并对其性能进行了测试。结果显示，ARM处理器在定点运算方面性能与X86相当，满足了设计目标。系统通过了高低温测试和射频干扰测试，且在装车试运行阶段表现稳定，证明了该设计的成功。 这篇硕士学位论文深入研究了如何在ARM+CPLD架构中集成PC/104总线技术，以满足特定工业环境下的低功耗需求，为嵌入式工控机的设计提供了一种可行的解决方案。