ARM处理器与PC/104总线嵌入式工控机的研究与实现

本文档是关于基于ARM的PC/104总线嵌入式工控机的研究和实现的硕士学位论文，作者李臻君，专业为电路与系统，指导教师黎福海，完成于2008年。该研究探讨了在工业测控应用中，由于x86处理器功耗较高，不适用于某些严格要求低功耗的场景，而ARM处理器凭借其低功耗和高性能特性成为理想选择。论文主要涉及以下几个方面： 1. 讨论了工业控制计算机的发展，特别是PC/104总线计算机的广泛应用，以及嵌入式系统的历史、软硬件架构，并对比了X86和ARM处理器的优缺点。 2. 设计了一款基于ARM处理器（SAMSUNG S3C2410）的PC/104总线嵌入式工控机，选择了嵌入式Linux作为操作系统，并详细描述了软硬件选型和设计方案。 3. 阐述了系统硬件实现的细节，包括最小系统、CAN网络、以太网络和PC/104总线控制器。特别关注了PC/104总线控制器的实现，分析了总线时序，并使用VHDL语言完成控制器逻辑。 4. 移植了嵌入式Linux操作系统，并详细讲解了移植过程。同时，为PC/104总线和CAN总线编写了驱动程序，涵盖了地址映射、中断处理、数据缓冲区管理和文件操作接口。驱动程序的编译和下载过程也进行了说明。 5. 开发了针对机车工业控制的实际系统，给出了系统的主要性能指标，并进行了性能测试，结果表明系统的定点运算能力与X86相当，满足设计需求。系统通过了严格的环境测试和长时间的装车试运行，证明其稳定性和可靠性。 关键词：嵌入式系统；ARM处理器；PC/104总线；CAN总线 在“应用程序接口-深入理解软件构造系统原理与最佳实践”这部分，文件操作接口（file operations）是操作系统中设备驱动程序的关键组成部分。它是一个数据结构，包含了设备操作的函数指针，如read、write、open、release和ioctl等，这些函数映射了标准文件操作到特定硬件的操作。例如，CAN设备驱动程序会实现部分file operations结构，用于控制CAN控制器的工作模式。在Linux中，驱动程序通常被编译成模块以便在运行时动态加载，如使用`insmod`命令安装。应用程序接口则包含对外设操作的主要方法，这些方法可以在应用程序中进行封装，便于对硬件设备的控制。