摘要摘要在工業(yè)生產(chǎn)中，二次自動(dòng)化儀表是構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)的基本單元之一。我國(guó)的單元儀表己基本完成由電動(dòng)型儀表向基于八位或十六位單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的數(shù)字化儀表的轉(zhuǎn)換。由于常規(guī)單片機(jī)資源的限制，以單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的單元儀表基本上還是在功能上替代電動(dòng)型儀表，并按電動(dòng)III型功能進(jìn)行分類(lèi)。這樣造成國(guó)內(nèi)自動(dòng)化儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)的二次數(shù)字化儀表品種繁雜，標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，設(shè)計(jì)隨意性大。因此帶來(lái)如下現(xiàn)實(shí)問(wèn)題1自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位的儀表選型、系統(tǒng)調(diào)試、使用中操作、維修和系統(tǒng)的功能優(yōu)化及備件的準(zhǔn)備非常的不方便2儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家的批量生產(chǎn)困難，產(chǎn)品質(zhì)量的提高及成本的節(jié)約不利；3國(guó)內(nèi)現(xiàn)在自動(dòng)化儀表廠(chǎng)家數(shù)量眾多，但都無(wú)法形成規(guī)模生產(chǎn)，質(zhì)量不佳，而國(guó)外進(jìn)口的二次儀表往往依附于特定的集散系統(tǒng)，也存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，難以靈活替換的問(wèn)題，且價(jià)格昂貴。自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用迫切需要一種使用方便、通用性強(qiáng)的智能型二次儀表，以解決上述問(wèn)題，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用方式，這將是未來(lái)自動(dòng)化儀表的發(fā)展趨勢(shì)，也就是本課題的努力方向。本論文正是針對(duì)上述問(wèn)題，以設(shè)計(jì)出一種可靈活組態(tài)的通用智能型二次儀表為研究對(duì)象，在深入分析國(guó)內(nèi)主流儀表廠(chǎng)家的儀表操作方式和儀表功能的基礎(chǔ)上，合理地進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，為在同硬件平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)多種儀表的功能進(jìn)行了創(chuàng)新性和探索性研究。主要內(nèi)容為1各種常規(guī)二次儀表功能、標(biāo)準(zhǔn)、接線(xiàn)、操作習(xí)慣及結(jié)構(gòu)方式的歸類(lèi)分析；2多信號(hào)多量程的柔性測(cè)量方法研究；3系統(tǒng)整機(jī)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)；4UBOOT的向A脅的移植、UCLINUX向ARM的移植、UCLINUX下的通用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)了一種以三星公司的ARM7TDMI系列處理器S3C44BOX為核心，輔以外圍電路，實(shí)現(xiàn)同一硬件平臺(tái)下多種儀表的功能，并成功制作了樣品系統(tǒng)。本文所討論的基于S3C44BOX和UCLINUX的智能儀表系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)同樣適用于其它項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，對(duì)其它嵌入式的應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有重要的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞刪，S3C44BOX，UBOOT,UCLINUX，測(cè)量，智能儀表ABSTRACTABSTRACTHTHEINDUSTRIALPRODUCTION,TWOPROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONCONSTITUTESONEOFAUTOMATEDSYSTEMBASICUNITSOURCOUNTRYSUNITMEASURINGAPPLIANCEONESELFCOMPLETEBASICALLYBYTHEDDZIIIAPPLIANCETOBASEDON8OR16MCUINTOFOUNDATIOND鄂IGN出GITIZCDMEASURINGAPPLIANCETRANSFORMATION。ASARESULTOFTHECONVENTIONALMCURESOURCESLIMIT,BASICALLYSUBSTITUTESELECTRICALLYOPERATEDTAKETHEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITASTHEFOUNDATIONDESIGNUNITMEASUDNGAPPLIANCEINTHCFUNCTIONDDZHIMEASURINGAPPLIANCEANDACCORDINGTOTHEDDZIUN圮FUNCTIONCARRIESONTHECLASSIFICATIOMLIL【ETHISCFEATESTHEDOMESTICPROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONMANUFACTURERPRODUCTIONTWODIGITIZEDMEASURINGAPPLIANCEVARIETYTOBENUMEROUSANDDIVERSE，THESTANDARDUNIFIESWITHDIFFICULTY，THEDESIGNCAPRICIOUSNESSISBIGTHEREFOREBRINGSTHEFOLLOWINGREALISTICQUESTION1AUTOMATEDSYSTEMDESIGNINGDEPARTMENTSMEASURINGAPPLIANCESHAPING，THESYSTEMDEBUGGING，THEUSEOPERAMS，THESERVICEANDTHESYSTEMFUNCTIONOPTIMIZATIONANDTHESPAREPARTSPREPARATIONUNUSUALISNOTCONVENIENT；2MEASURINGAPPLIANCEMANUFACTURERVOLUMEPRODUCTIONDIFFICULTY，THEPRODUCTQUALITYENHANCENLENTANDTHECOSTSAVEDISADVANTAGEOUSLY；3DOMESTICPRESENTPROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONFACTORYQUANTITYISMDTITUDINOUS，BUTAUISUNABLETOFORMTHESCALEPRODUCTION,THEQUALITYISNOT900D，BUTTHEOVCL“SEASIMPORTTWOMEASURINGAPPLIANCESOFTENATTACHINTHESPECIFICCOLLECTIONANDDISTRIBUTIONSYSTEM,ALSOHASTHESTANDARDNOTTOBEUNIFIED,NIMBLYREPLACESWITHDIFFICULTYTHEQUESTION,ALSOTHEPRICEISEXPENSIVEN璩AUTOMATEDSYSTEMDESIGN,THEPRODUCTIONANDTHEAPPLICATIONARGENTNEEDONEKINDOFEASYTOOPERATE，THEVERSATILESTRONGINTELLIGENCETWOMEASURINGAPPLIANCES，SOLVETHEABOVEPROBLEM，THECHANGETRADITIONDESIGN,THEPRODUCTIONANDTHEAPPLICATIONWAY，THISWILIBETHEFURLREPROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONTRENDOFDEVELOPMENT，ALSOISTHISTOPICDILIGENTLYTHEDIRECTIONTHEPRESENTPAPERISPRECISELYINVIEWOFTHEABOVEQUESTION,TAKEDESIGNSONEKINDTOBEPOSSIBLETHENIMBLEEONTIGURATIONGENERALINTELLIGENCETWOMEASURINGABSTRACTAPPLIANCESASTHEOBJECTOFSTUDY,INTHETHOROUGHANALYSISDOMESTIC蛐ARFLMEASURINGAPPLIANCEFACTORYMEASURINGAPPLIANCEOPERATINGMODEANDINTHEMEASURINGAPPLIANCEFUNCTIONFOUNDATION,CARRIESONTHESOFTWAREANDHARDWAREDESIGNREASONABLY，F(xiàn)ORREALIZEDMANYKINDSOFMEASURINGAPPLIANCEFUNCTIONUNDERTHEIDENTICALHARDWAREPLATFORMTOC射TYONTHEINNOVATIONANDTHEEXPLORINGRESEARCHTHEPRIMARYCONTENTIS1EACHKINDOFCONVENTIONALTWOMEASURINGAPPLIANCEFUNCTIONS，STANDARD，WIRHLG，OPERATIONCUSTOMANDSTRUCTUREWAYCLASSIFICATIONANALYSIS；2SIGNALMULTIMEASURINGRANGEFLEXIBILITYMEASURINGTECHNIQUERESEARCH；3SYSTEMDESIGNANDTHERELIABLEDESIGNOFSYS鋤珥4UBOOTTOARMTRANSPLANT,UCLINUXTOARMTRANSPLANT,GENERALCONFIGURATIONSOFTWAREDESIGNBASED011UCLINUXTHISARTICLEHASDESIGNEDONEKINDTAL【CSAMSUNGCORPORATIONSARM7TDMISERIESPROCESSORS3C44BOXASACOREAUXILIARYBYVERIPHERYELECTRICCIRCUITUNDERREALIZATIONIDENTICALHARDWAREPLATFORMMANYKINDSOFMEASURINGAPPLIANCEFUNCTION,ANDWEHASMANUFACTUREDTHESAMPLESYSTEMTHISARTICLEDISCUSSESISSUITABLESIMILARLYBASEDONS3CA4BOXANDTHEUCLINUXINTELLIGENTMEASURINGAPPLIANCESYSTEMDEVELOPMENTTECHNOLOGYFOROTHERPROJECTDEVELOPMENT，HASTHEIMPORTANTREFERENCEVALUETOOTHEREMBEDDEDAPPLICATIONSYSTEMDEVELOPMENTKEYWORDSARM，S3C44BOX,UBOOT,UCLINUX,MEASUREMENT,INTELLIGENTMEASURINGAPPLIANCEM目錄圖表目錄圖31S3C44BOX內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖6圖32S3C44BOX復(fù)位后的存儲(chǔ)器地址分配圖，7圖41UCLINUX系統(tǒng)組成11圖42常見(jiàn)的FLASH空間分配12圖43LINUX內(nèi)核結(jié)構(gòu)12圖44UCLINUX耳錄結(jié)構(gòu)圖45開(kāi)發(fā)環(huán)境15圖51S3C44BOX開(kāi)發(fā)板框圖19圖52ROM連接框圖圖53RAM連接框圖2L圖61信號(hào)調(diào)理電路框圖。23圖62信號(hào)調(diào)理電路具體電路。24圖63程控放大等效電路圖64電阻測(cè)量等效電路圖65非線(xiàn)性修正處理示意圖。27圖71UBOOT的運(yùn)行流程圖33圖72UBOOT啟動(dòng)回送到串口信息圖73UCLIAUX配置圖74UCLINUX啟動(dòng)后串口截圖40圖G1主程序流程圖4L圖82運(yùn)行態(tài)程序流程圖。42圖83八路數(shù)據(jù)循環(huán)采集、存儲(chǔ)、光柱顯示程序流程圖。42圖84八路數(shù)據(jù)循環(huán)采集、存儲(chǔ)、波形顯示程序流程圖。43目錄表31BANK6與BANK7的詳細(xì)地址8表5LOMI0弓I腳描述19表6L輸入信號(hào)類(lèi)別。22表63信號(hào)基準(zhǔn)29表71相關(guān)的硬件初始化設(shè)置。33表81儀表選擇、通道選擇、通道里存放的信號(hào)種類(lèi)選擇?！氨?2公共參數(shù)設(shè)定44表83標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)參數(shù)存貯地址45表84非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)參數(shù)存貯地址46表91CST3003直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源技術(shù)指標(biāo)5L表92測(cè)試數(shù)據(jù)51獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。簽名吼砷年莎月7日關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定簽名她導(dǎo)師簽名三陛噍砷年6月7日第一章緒論第一章緒論11智能儀表的發(fā)展概況及現(xiàn)狀從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，為滿(mǎn)足工業(yè)發(fā)展的需要，將測(cè)量記錄和控制功能組合在一起產(chǎn)生了較早的測(cè)控儀表，這類(lèi)儀表稱(chēng)為“基地式”儀表。這種儀表通常是以在帶有調(diào)節(jié)單元的顯示記錄儀“基地”上，配上測(cè)量元件及執(zhí)行器構(gòu)成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，產(chǎn)生了以功能劃分的“單元組合式”儀表。根據(jù)不同的控制要求，選擇相應(yīng)儀表單元組合起來(lái)構(gòu)成各種不同復(fù)雜程度的控制系統(tǒng)。無(wú)論是“基地式”儀表還是“單元組合式”儀表，它們的共同特點(diǎn)都是模擬式的，采用的是模擬技術(shù)，為模擬儀表時(shí)代，控制系統(tǒng)以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)。然而，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，測(cè)量?jī)x器儀表產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了一次技術(shù)革命，取得了巨大的進(jìn)步。20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在儀器儀表中的應(yīng)用，以微處理器為核心器件的微機(jī)化儀表應(yīng)運(yùn)而生，產(chǎn)生了各種數(shù)字式變送器、數(shù)字式調(diào)節(jié)器、數(shù)字式顯示記錄儀、可編程控制器和智能儀表。數(shù)字化儀表具有模擬式儀表無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，主要特點(diǎn)是采用了數(shù)字技術(shù)。從而，計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠應(yīng)用于儀器儀表和控制領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中也得到廣泛的應(yīng)用與推廣?，F(xiàn)代儀器儀表在測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)控制等諸多方面取得了很大進(jìn)展。到90年代，測(cè)量?jī)x器的高準(zhǔn)確度、高性能以及多功能特性大多都得益于微處理器技術(shù)的推廣。隨著信息時(shí)代的來(lái)臨，人們對(duì)儀器儀表的觀(guān)念得到了進(jìn)一步更新。當(dāng)前，國(guó)際上自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)正進(jìn)行著一場(chǎng)巨大的變革，即儀表的總線(xiàn)化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化，虛擬化等。12課題研究的目的與意義在工業(yè)生產(chǎn)中，二次自動(dòng)化儀表是構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)的基本單元之一，我國(guó)的單元儀表己基本完成由電動(dòng)III型儀表向基于八位或十六位單片機(jī)【11121131為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的數(shù)字化儀表的轉(zhuǎn)換，但由于常規(guī)單片機(jī)資源的限制，基本上還是處于在功能上替代電動(dòng)I型儀表的階段，并按電動(dòng)型功能進(jìn)行分類(lèi)略有擴(kuò)充。造成國(guó)內(nèi)自動(dòng)化儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)的二次數(shù)字化儀表品種繁雜，標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，儀表設(shè)計(jì)隨意性大。這給設(shè)計(jì)單位選型、系統(tǒng)調(diào)試、使用中操作、維修、功能的優(yōu)化及備件的準(zhǔn)備帶來(lái)極大的不便；給儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家的批量生產(chǎn)帶來(lái)困難，不利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高及成本的節(jié)約。這也是國(guó)內(nèi)現(xiàn)在自動(dòng)化儀表廠(chǎng)家數(shù)量眾多，但都無(wú)法形成規(guī)模生產(chǎn)，質(zhì)量不佳的主要原因之一。而國(guó)外進(jìn)13的二次儀表往往依附于特定的集散系統(tǒng)，也存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，難以靈活替換的問(wèn)題，且價(jià)格昂貴。自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用迫切需要一種使用方便，通用性強(qiáng)的智能型二電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文次儀表，以解決上述問(wèn)題，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用方式，這將是未來(lái)自動(dòng)化儀表的發(fā)展趨勢(shì)，也就是本課題的努力方向。本項(xiàng)目擬利用32位ARM處理器豐富的可配置硬件資源及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力設(shè)計(jì)出一種可靈活組態(tài)的通用智能型二次儀表，完成各種常規(guī)自動(dòng)化儀表單元的功能。其作用類(lèi)似于常規(guī)邏輯控制中的PLC雖然PLC也可以靈活組態(tài)，但在操作、顯示適用性及成本上無(wú)法替代常規(guī)過(guò)程測(cè)控中的二次儀表。系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用時(shí)，用戶(hù)只需要選擇儀表單元AI、AO、DI、DO的數(shù)量、具體完成的功能、人機(jī)界面設(shè)置等。本儀表設(shè)計(jì)打破了常規(guī)自動(dòng)化儀表依據(jù)持定功能如流量測(cè)量?jī)x、調(diào)節(jié)器等要求進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的模式。通過(guò)同一硬件平臺(tái)下組態(tài)軟件設(shè)置單元儀表功能，方便了設(shè)計(jì)維護(hù)、調(diào)試、維修、及備件的訂購(gòu)及貯備。有利于生產(chǎn)廠(chǎng)家的大規(guī)模生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量提高和成本的控制?？朔藗鹘y(tǒng)數(shù)字化儀表由于批量小，難以支持按設(shè)計(jì)要求訂制專(zhuān)用集成芯片的不足。二次自動(dòng)化儀表國(guó)內(nèi)需求很大，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅數(shù)顯表一個(gè)系列品種，國(guó)內(nèi)年需求量就達(dá)到幾萬(wàn)臺(tái)。如果能達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)的目的，將會(huì)使自動(dòng)化儀表行業(yè)的生產(chǎn)及使用產(chǎn)生巨大的變化，創(chuàng)造可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。13本論文的研究?jī)?nèi)容和技術(shù)難點(diǎn)131本論文的研究?jī)?nèi)容本論文以設(shè)計(jì)出一種可靈活組態(tài)的通用智能型二次儀表為研究對(duì)象，在深入分析國(guó)內(nèi)主流儀表廠(chǎng)家的儀表操作方式和儀表功能的基礎(chǔ)上，合理地進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，為在同硬件平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)多種儀表的功能進(jìn)行了創(chuàng)新性和探索性研究。主要內(nèi)容為1各種常規(guī)二次儀表功能、標(biāo)準(zhǔn)、接線(xiàn)、操作習(xí)慣及結(jié)構(gòu)方式的歸類(lèi)分析；2多信號(hào)多量程的柔性測(cè)量方法4115研究；3系統(tǒng)整機(jī)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)；4UBOOT的向ARM61FRL的移植、UCLINUXTSJ向ARM的移植、通用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。132本論文的技術(shù)難點(diǎn)本論文所討論的基于S3C44BOX和UCLINUX的嵌入式智能儀表的主要技術(shù)難點(diǎn)在于1將各種自動(dòng)化儀表功能進(jìn)行綜合，合理地進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，以得到良好的功能組態(tài)界面及組態(tài)后形成的各種功能儀表操作界面符合廣大用戶(hù)的使用習(xí)慣。在這方面擬參考PLC的組態(tài)功能設(shè)計(jì)組態(tài)界面，綜合國(guó)內(nèi)主流儀表廠(chǎng)家的儀表操作方式，并征求用戶(hù)及設(shè)計(jì)院意見(jiàn)進(jìn)行操作界面設(shè)計(jì)，并完第一章緒論成了一部分調(diào)研工作。ARM豐富的片內(nèi)資源也為功能強(qiáng)大使用方便的軟件設(shè)計(jì)提供了硬件基礎(chǔ)。不同種類(lèi)的二次儀表顯示內(nèi)容、顯示方式差異極大，本設(shè)計(jì)用整屏液晶顯示解決此問(wèn)題。2由于通用儀表可完成各種自動(dòng)化儀表功能，簡(jiǎn)單地把各種常規(guī)儀表硬件電路組合在一起將會(huì)使系統(tǒng)電路復(fù)雜，成本提高并降低產(chǎn)品的可靠性。所以本課題的另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)就是以盡可能用簡(jiǎn)單的電路，利用各種先進(jìn)前端測(cè)量及后端控制技術(shù)，充分利用軟件功能，在保證高精度高可靠性的前提下完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。3本設(shè)計(jì)采用嵌入式LINUXGLM】【LL愫作系統(tǒng)，這使得本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以更加靈活，軟件功能更加強(qiáng)大，但另一方面也因LINUX的移植困難、源碼繁多而使軟件編程更加困難相比使用UCOSII12】而言，這是本設(shè)計(jì)的又一大難點(diǎn)。4成本控制及可靠性設(shè)計(jì)是本項(xiàng)目成功的關(guān)鍵，也是本設(shè)計(jì)首先應(yīng)該克服的困難。本項(xiàng)目單機(jī)成本主要受顯示液晶、ARM芯片及多信號(hào)輸入處理硬件設(shè)計(jì)的影響，其中多信號(hào)輸入處理硬件設(shè)計(jì)已找到合理解決方案，顯示單元液晶成本快速下降，在達(dá)到量產(chǎn)后，320240液晶成本可控制在200元以?xún)?nèi)，同時(shí)擬采用彩色和黑白二種液晶供選擇。ARM芯片現(xiàn)己開(kāi)始大量進(jìn)入市場(chǎng)，其內(nèi)部帶有比一般單片機(jī)豐富的硬件資源，成本和一般單片機(jī)擴(kuò)展外部功能器件相當(dāng)，據(jù)估計(jì)5年內(nèi)其價(jià)格還有大的下降空間。即本項(xiàng)目硬件成本和常規(guī)數(shù)字儀表設(shè)計(jì)相當(dāng)，但由于生產(chǎn)品種規(guī)格簡(jiǎn)單，有利于達(dá)到批量生產(chǎn)，有條件訂制顯示液晶及ARM芯片，促使硬件成本的下降。同時(shí)使設(shè)計(jì)選型、調(diào)試、維修等各環(huán)節(jié)軟成本大幅降低。ARM的高集成度和量產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)也為可靠性提高創(chuàng)造了條件。5技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、電氣特性及接線(xiàn)方式滿(mǎn)足電動(dòng)型儀表國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。儀表功能滿(mǎn)足多種二次儀表功能要求。輸入信號(hào)包括熱電偶LI”、熱電阻【141、各種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)、頻率信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)信號(hào)等，輸出信號(hào)包括標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)、功率輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)信號(hào)等變送、控制、報(bào)警信號(hào)。輸入輸出信號(hào)精度達(dá)到千分之二?？刂凭冗_(dá)到千分之五。功能的保證及精度的要求也成為本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。3第二章嵌入式系統(tǒng)概述第二章嵌入式系統(tǒng)概述21嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)【15】【161是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶(hù)應(yīng)用軟件等部分組成。它通常嵌入在主要設(shè)備中運(yùn)行，主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理等功能。22嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比較而言，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)I嵌入式系統(tǒng)通常采用面向特定應(yīng)用的嵌入式CPU嵌入式CPU大多工作在為特定用戶(hù)群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它們通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而使嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的融合也越來(lái)越緊密。2對(duì)軟、硬件的設(shè)計(jì)要求高嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)的選擇成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。3以特定應(yīng)用為目標(biāo)嵌入式系統(tǒng)往往和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，都具有較長(zhǎng)的生命周期。4固化存儲(chǔ)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(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤(pán)等載體中。4電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5開(kāi)發(fā)環(huán)境嵌入式系統(tǒng)本身不具備開(kāi)發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶(hù)通常也不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，必須借助于一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才行。23嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今已經(jīng)有30多年的歷史，近幾年來(lái)，計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子的一體化趨勢(shì)日益明顯，嵌入式技術(shù)已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。縱觀(guān)嵌入式技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，具有與監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。第二階段是以嵌入式微處理器為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。主要特點(diǎn)是CPU種類(lèi)繁多，通用性比較弱系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)小，效率高操作系統(tǒng)達(dá)到一定的兼容性和擴(kuò)展性應(yīng)用軟件較專(zhuān)業(yè)化，用戶(hù)界面不夠友好。第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。第四階段是以HLTERNA為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。24當(dāng)今嵌入式技術(shù)的熱點(diǎn)綜上所述，今天的嵌入式技術(shù)己經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的高度，尤其具有以下三個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)1由8位或16位嵌入式微處理器向32位IUSC嵌入式微處理器過(guò)渡2嵌入式操作系統(tǒng)逐步走向成熟，與嵌入式系統(tǒng)的結(jié)合日益緊密3嵌入式KTEMET技術(shù)全面應(yīng)用可見(jiàn)，在未來(lái)嵌入式技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，3264位微處理器將在系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，嵌入式操作系統(tǒng)的功能將更加強(qiáng)大，系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)、與H【盯NET的結(jié)合將日益密切，甚至是直接嵌入到INTEMET中去應(yīng)用，以此為基點(diǎn)推動(dòng)嵌入式系統(tǒng)向更廣泛、更深入的方向發(fā)展。第三章S3C4480X處理器概述第三章S3C44BOX處理器概述31S3C4480X處理器簡(jiǎn)介S3C44BOX1邪81是三星公司為手持設(shè)備和工業(yè)應(yīng)用等一般類(lèi)型應(yīng)用提供的高性?xún)r(jià)比和高性能的微控制器解決方案。為了降低成本，S3C44BOX提供了豐富的內(nèi)置部件，包括8KBCACHE，SRAM、LCD控制器，帶自動(dòng)握手的2通道UART，4通道DMA，系統(tǒng)管理器片選邏輯，F(xiàn)髓D創(chuàng)SDMM控帝4器，PWM功能的5通道定制器，F(xiàn)O端口，RTC，8通道10位ADC，12CBUS接口，IISBUS接口，同步SIO接口和PLL倍頻器。下圖31是S3C44BOX的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。S3C44BOX采用了ARM7TDMI內(nèi)核，025URN工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)編譯器。它的低功耗精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用。同樣S3C44BOX還采用了種新的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，即SAMBAII三星ARMCPU嵌入式微處理器總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。圖31S3C44BOX內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文32S3C44BOX存儲(chǔ)器空間劃分下圖32為S3C44BOX復(fù)位后的存儲(chǔ)器地址分配圖。圖32S3C44BOX復(fù)位后的存儲(chǔ)器地址分配圖從圖中可以看出特殊功能寄存器位于0X01C000000X02000000的4MB空問(wèn)內(nèi)BANK0BANK5的起始地址和空間大小是固定的BANK6的的起始地址固定的，空間可配置為24，832MBBANK7的空間大小和BANK6一樣可變。BANK6和BANK7的詳細(xì)地址和空間大小可參考3I表。7第三章S3C44BOX處理器概述表3IBANK6與BANK7的詳細(xì)地址地址2M舊4MB8MB16MB32MB大小BANK6起始地0X0C0000000X0C000000OXOC0000000X0C0000000X0C000000址結(jié)束地OXOCLFFFFFOXOC3FFFFFOXOC7FFFFFOXOCFFFFFFOXODFFFFFF址BANK7起始地OXOC200000OXOC4000000X0C8000000XOD0000000X0E000000址結(jié)束地0X0C3FFFFF0X0C7FFFFF0X0CFFFFFF0X0DFFFFFOX0FFFFFFF址不難從上圖看出，對(duì)外圍器件的訪(fǎng)問(wèn)地址都是通過(guò)NGCS來(lái)控制的。而加載鏡象的起始地址是OXOC000000。33S3044BOXI0功能配置S3C44BOX有71個(gè)通用可編程多功能輸入輸出引腳，可分為以下7類(lèi)端口兩個(gè)9位輸入輸出端口PORTE和PORTE兩個(gè)8位輸入輸出端口PORTD和PORTG一個(gè)16位輸入輸出端口PORTC一個(gè)10位輸出端口PORTA一個(gè)11位輸出端口PORTB除了PORTA和PORTB外每個(gè)端口都包含三組寄存器，分別是端口配置寄存器PCONAG；端口數(shù)據(jù)寄存器PDATAG；端口上拉設(shè)置寄存器PUPCG。端口配置寄存器PCONAG由于多數(shù)端口都是多功能口，因此，需要用“端口配置寄存器PCONN”來(lái)設(shè)置每個(gè)引腳工作在哪一個(gè)功能模式下。端口數(shù)據(jù)寄存器PDATA_G當(dāng)端口被設(shè)置為輸出腳時(shí)，輸出數(shù)據(jù)的方法就是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到PDATAN的相應(yīng)位中；當(dāng)端口被設(shè)置為輸入腳時(shí)，讀入數(shù)據(jù)的方法就是將PDATAN中的相應(yīng)位讀出。端口上拉設(shè)置寄存器PUPCG端口上拉寄存器用來(lái)設(shè)定PCPG這幾組端口是否具有內(nèi)部上拉。當(dāng)PUPN的對(duì)0電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文應(yīng)位為0時(shí)，該引腳上的上拉使能，當(dāng)為1時(shí)，該引腳上的上拉禁能。每個(gè)端口都可以通過(guò)軟件設(shè)置來(lái)滿(mǎn)足各種系統(tǒng)設(shè)置和設(shè)計(jì)要求。9第四章UCLINUX嵌入式操作系統(tǒng)概述第四章UCINUX嵌入式操作系統(tǒng)概述41UCLIUX的系統(tǒng)簡(jiǎn)介L(zhǎng)INUX是1991年LO月由芬蘭學(xué)生LINUSTORVALDS開(kāi)發(fā)的并發(fā)布的，是目前常見(jiàn)和使用比較多的操作系統(tǒng)。LINUX最初設(shè)計(jì)為桌面系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于服務(wù)器領(lǐng)域。它支持多種體系結(jié)構(gòu)，支持大量外設(shè)，網(wǎng)絡(luò)功能完善，與UNIX系統(tǒng)兼容，開(kāi)放源代碼并有豐富的軟件資源，內(nèi)核穩(wěn)定而高效，大小及功能均可定制。正是由于LINUX自身的一些優(yōu)良特性，能在很大程度上滿(mǎn)足嵌入式操作系統(tǒng)的特殊要求，催生了一些嵌入式LINUX系統(tǒng)，其中就包括UCLINUX。UCLINUX是LINUX20版本的一個(gè)分支，被設(shè)計(jì)用來(lái)微型控制應(yīng)用領(lǐng)域。UCLINUX單詞中U代表MICRO，C代表CONTROL，UCINUX的含義就是MICROCONTROBLINUX，意思是”針對(duì)微控制領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的LINUX系統(tǒng)”，單詞發(fā)音YOUSCCLINUX。UCLINUX主要針對(duì)無(wú)內(nèi)存管理單元MMUMEMORYMANAGEMENTUNIT的處理器設(shè)計(jì)，支持多任務(wù)，具有完備的TCPIP協(xié)議棧并支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。UCLINUX還支持多種文件系統(tǒng)，如ROMFS，NFS，EXT2，F(xiàn)ATL632。實(shí)際上，UCLINUX已經(jīng)成功應(yīng)用于路由器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、機(jī)項(xiàng)盒、PDA等諸多領(lǐng)域。UCLINUX首先被移植到MOTOROLA現(xiàn)在的FREESCALE的MC68328龍珠微處理器上。之后，它越來(lái)越被業(yè)界所青睞，被移植到了更多的無(wú)MMU的處理器上。UCLINUX發(fā)行至今已經(jīng)歷多個(gè)版本，最新的版本為UCLINUXDIST20051103，目前的UCLINUX不僅支持NOMMU處理器，同時(shí)也支持MMU處理器，包括ARM、MIPS、SH、68K、X86、SPARC，甚至BLACKFIN等架構(gòu)的高性能處理器，并在60個(gè)以上基于這些架構(gòu)處理器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)成功實(shí)現(xiàn)移植。42U01IUX的組成結(jié)構(gòu)421UCLINUX的系統(tǒng)組成一個(gè)基于UCLINUX的完整的嵌入式系統(tǒng)由三個(gè)部分組成BOOTLOADER、UCLINUX操作系統(tǒng)內(nèi)核和文件系統(tǒng)。如下圖41所示。電子科技大學(xué)碩七學(xué)位論文圈41UCLINUX系統(tǒng)組成BOOTLOADER系統(tǒng)引導(dǎo)程序，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)資源，包括SDRAM，然后將系統(tǒng)控制權(quán)交給操作系統(tǒng)，控制權(quán)交給操作系統(tǒng)后，系統(tǒng)的運(yùn)行和BOOTLOADER再無(wú)任何關(guān)系。UCLIMEL【的發(fā)行包中不包含BOOTLOADER，BOOTLOADER必須由用戶(hù)自己設(shè)計(jì)，但用戶(hù)可以直接使用或參考一些開(kāi)源的BOOTLOADER軟件工程。如UBOOT，本論文會(huì)在第七章中將講述UBOOT在開(kāi)發(fā)板上的移植。UCLINUX內(nèi)核完成的功能和大家熟悉的LINUX內(nèi)核相同，包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)、進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理MM、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)接口和進(jìn)程間通信OPC。使用未壓縮的系統(tǒng)內(nèi)核，一般要占用400K字節(jié)到900K字節(jié)空間，如果是壓縮后的系統(tǒng)內(nèi)核，則占用空間一般在300K字節(jié)到500K字節(jié)之間。文件系統(tǒng)主要存儲(chǔ)用戶(hù)應(yīng)用程序，同時(shí)包括系統(tǒng)配置文件、系統(tǒng)程序和必需的驅(qū)動(dòng)程序，其占用空間由用戶(hù)的應(yīng)用程序規(guī)模決定，從200K字節(jié)到1M字節(jié)不等。BOOTLOADER、UCLINUX內(nèi)核和文件系統(tǒng)固化在FLASH中，分為三個(gè)區(qū)存放，其中BOOTLOADER的首地址為系統(tǒng)復(fù)位的入口地址，系統(tǒng)內(nèi)核和文件系統(tǒng)可以根據(jù)用戶(hù)的需要指定首地址，各部分存儲(chǔ)的空間只要保證不沖突，可以固定一段存儲(chǔ)區(qū)域，也可以后一部分緊接前一部分，采用前一種存儲(chǔ)方式的優(yōu)點(diǎn)是方便內(nèi)核的加載和文件系統(tǒng)的掛載，利于系統(tǒng)內(nèi)核的和用戶(hù)程序的調(diào)試，缺點(diǎn)是會(huì)浪費(fèi)一部分空間，如下圖42所示。第四章UCLINUX嵌入式操作系統(tǒng)概述圖42常見(jiàn)的FLASH空間分配422UCIINUX的內(nèi)核結(jié)構(gòu)LINUX的內(nèi)核主要包括五個(gè)子系統(tǒng)如圖43所示1進(jìn)程調(diào)度SC髓D控制著進(jìn)程對(duì)CPU的訪(fǎng)問(wèn)，調(diào)度程序使用一種較簡(jiǎn)單的基于優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程調(diào)度算法使所有進(jìn)程能公平地訪(fǎng)問(wèn)CPU，確保內(nèi)核在任意時(shí)刻執(zhí)行必要的硬件操作。2內(nèi)存管理MM允許多個(gè)進(jìn)程安全地共享主內(nèi)存區(qū)域。并且支持虛擬內(nèi)存，使得進(jìn)程可以使用超過(guò)實(shí)際內(nèi)存大小的地址內(nèi)存空間，不用的塊保留在磁盤(pán)上，在需要時(shí)導(dǎo)入物理內(nèi)存中。3虛擬文件系統(tǒng)VIRTULFILESYSTEM，VFS隱藏了各種不同硬件的具體細(xì)節(jié)，為所有設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口。VFS可分為邏輯文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，邏輯文件系統(tǒng)指LINUX所支持的文件系統(tǒng)如EX2,FAT等，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序指的是為每一種硬件控制器所編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)程序。4網(wǎng)絡(luò)接口NET提供對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持。網(wǎng)絡(luò)接口可分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序兩部分，前者負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)每一種可能的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，后者負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備進(jìn)行通信，每一種可能的硬件設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。5進(jìn)程問(wèn)通信口C支持系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)程間通信機(jī)制。圖43LINUX內(nèi)核結(jié)構(gòu)電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文423UCLINUX的文件目錄結(jié)構(gòu)UCLINUX的文件目錄結(jié)構(gòu)如圖“所示。圖UCLINUX目錄結(jié)構(gòu)注圖中用特殊顏色標(biāo)記項(xiàng)在日常開(kāi)發(fā)中經(jīng)常用到。ARCH目錄結(jié)構(gòu)平臺(tái)源專(zhuān)用文件放在子目錄“ARCH下。在A(yíng)RMUCLINUX狀態(tài)下，其子目錄“ARNLNOMMTLR用來(lái)區(qū)分由UCLINUX開(kāi)發(fā)者所寫(xiě)的程序和LINUX的源第四章UCLINUX嵌入式操作系統(tǒng)概述程序。DRIVER目錄該子目錄包括所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。這些驅(qū)動(dòng)進(jìn)一步被分為塊OLOCK設(shè)備、字符CHAR設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)NET設(shè)備和其它一些類(lèi)型設(shè)備。塊設(shè)備指的是那些只能以塊為單位進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)的設(shè)備。典型的塊大小為512，1024或4096字節(jié)。塊設(shè)備通過(guò)緩存來(lái)隨機(jī)地進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。而串行口、并行口、觸摸羼等都是字符設(shè)備，它們是直接存取而不通過(guò)緩存。蟊目錄操作系統(tǒng)的一個(gè)目的就是向用戶(hù)隱藏硬件設(shè)備的細(xì)節(jié)。LINUX中的虛擬文件系統(tǒng)VFS就是向用戶(hù)提供同一種格式的文件系統(tǒng)而不管硬件是否相同。文件系統(tǒng)一般位于塊設(shè)備中。INCLUDE目錄C語(yǔ)言頭文件就包含在這個(gè)目錄中。它們進(jìn)一步分為與硬件有關(guān)的文件和通用文件。子目錄6ASNLARCH”下存放與硬件有關(guān)的文件，這些文件又分別存放在子目錄ARCHMACHINE”、PROSPROCESSOR下。其中“ARCH，MACHINE”專(zhuān)門(mén)用來(lái)存放硬件專(zhuān)用頭文件，“PROPROCESSOR”用來(lái)存放進(jìn)程專(zhuān)用頭文件。INIT目錄LINUX入口函數(shù)“STRATKEMELO”在“INITMAINC”中定義。IPC目錄進(jìn)程間的相互通訊，以及進(jìn)程與內(nèi)核之間的通訊，以便協(xié)調(diào)它們的運(yùn)行。LINUX支持信號(hào)量、線(xiàn)程、系統(tǒng)VIPC等進(jìn)程通訊機(jī)制。KERNEL目錄內(nèi)核文件所在的目錄。LINUX是多任務(wù)操作系統(tǒng)，在同一時(shí)間會(huì)有多個(gè)進(jìn)程等待響應(yīng)，調(diào)度程序會(huì)找出最需要執(zhí)行的一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行執(zhí)行。這個(gè)子目錄包含著調(diào)度程序的源代碼。M_R11NONHDU目錄操作系統(tǒng)的最重要特征之一就是它支持虛擬內(nèi)存的技術(shù)，這個(gè)技術(shù)會(huì)使用戶(hù)感覺(jué)可用內(nèi)存大于實(shí)際的物理內(nèi)存。然而虛擬內(nèi)存技術(shù)需要MMU的支持。對(duì)于沒(méi)有MMU的處理器，這個(gè)子目錄會(huì)被子目錄“MM，代替?！癐IL】M，中包含簡(jiǎn)單內(nèi)存頁(yè)面管理源代碼。NET目錄網(wǎng)絡(luò)幾乎就是LINUX的同義詞。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就包含在這個(gè)子目錄中。01IB目錄該子目錄包含LINUX自身的源代碼，不需要標(biāo)準(zhǔn)的C程序庫(kù)。0SCDPTS目錄該目錄包含配置和編譯支持腳本文件。14電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文43建立UCIINUX的開(kāi)發(fā)環(huán)境431建立交叉編譯環(huán)境基于UCLINUX操作系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境一般是由目標(biāo)開(kāi)發(fā)板S3C44BOX開(kāi)發(fā)板和宿主機(jī)PC所構(gòu)成。目標(biāo)硬件開(kāi)發(fā)板用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用軟件，而目標(biāo)板所用到的操作系統(tǒng)的內(nèi)核編譯、應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試則需要通過(guò)宿主機(jī)來(lái)完成。雙方之間一般通過(guò)串口，并口或以太網(wǎng)接口建立連接調(diào)試關(guān)系。如下圖舢5所示。篚E錯(cuò)繳桃；L”E琳辯I瞵審J|、礦、，H橛援I5“圖45開(kāi)發(fā)環(huán)境一般我們?cè)谒拗鳈C(jī)上建立的開(kāi)發(fā)和調(diào)試環(huán)境有兩種途徑一種是在虛擬機(jī)如VMW甜E，CYGWIN上安裝LINUX并建立，另一種是直接在宿主LINUX環(huán)境下建立。本文采用的是在宿主機(jī)上安裝LINUXUBUNTU發(fā)行版建立的。第一步，我們需要得到交叉編譯工具鏈CROSSPLATFORMDEVELOPMENTTOOLCHAIN，我們得到交叉編譯工具的途徑有兩種一種是直接到下面的地址下載HTTPWWWUCLINUXORGPUBUCLINUXM68KELFTOOLSARMELFTOOLS一20030314SH最新的打包的交叉編譯工具鏈。如果要編譯26的內(nèi)核則需要下面的地址下載HTTP01ENSRCSCCSMNSUNGCORNDOWNLOADARMELFTOOLS20040427SH交叉編譯工具鏈包關(guān)于26內(nèi)核的移植可以參見(jiàn)NYOKSCHOI的OETTINGFAMILIARWITHUCLINUXARM261。接下來(lái)就需要解壓工具鏈包。SUDOSHARMELFTOOLSSH15第四章UCLINUX嵌入式操作系統(tǒng)概述再接著就是測(cè)試交叉編譯環(huán)境是否正常工作，在這里我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的TESTC程序進(jìn)行測(cè)試。INCLUDE_250KF25、電阻注“S礦為輸入信號(hào)類(lèi)別多功能信號(hào)處理電路主要是由前端通道選擇電路和信號(hào)調(diào)理電路兩部分組成。前端通道選擇電路主要由兩個(gè)4052和一個(gè)4051組成，該電路依據(jù)儀表工作狀態(tài)打開(kāi)相應(yīng)的通道來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。信號(hào)調(diào)理電路由選通、程控放大等部分電路組成，該電路僅通過(guò)五個(gè)端子EXTL、EX12、EXT3、EXT4、EXT5就可以測(cè)量各種常用信號(hào)，其中EXTL為模擬地。實(shí)際使用時(shí)用戶(hù)根據(jù)輸入信號(hào)類(lèi)型設(shè)定輸入選擇參數(shù)，并從以下介紹的輸入端輸入被測(cè)信號(hào)。電路框圖見(jiàn)下圖61。E盯，E耵2EXR3匕4051鬢扭開(kāi)關(guān)程控放大LD轉(zhuǎn)按日CR4E5圖61信號(hào)調(diào)理電路框圖當(dāng)采集電阻信號(hào)，從EXTL、EXT2與EXT3輸入端輸入；當(dāng)采集熱電偶及MV信號(hào)，從EXTL與EXT2端輸入；當(dāng)采集大電壓信號(hào)，從EXTL與EXT4端輸入。當(dāng)采集標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，從EXTL與EXT5端輸入，先通過(guò)EXT5端對(duì)地50Q采樣電阻把電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再將EXT4、EXT5端短路，轉(zhuǎn)化的電壓信號(hào)最終從EXR4端輸入。具體電路見(jiàn)下圖62所示。第六章信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)圖62信號(hào)調(diào)理電路具體電路62信號(hào)調(diào)理電路工作原理分析621輸入信號(hào)的選通信號(hào)選通采用U1CD4051作模擬信號(hào)選擇，4051是單8通道數(shù)字控制模擬開(kāi)關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)制通道選擇輸入端A0、AI、A2和片選INH輸入。電路只用了四路選通，A端接低電平，B、C端由ARM芯片的通用輸出IO口控制。ARM芯片通用輸出口輸出不同控制選通信號(hào)00、01、10、11分別選擇X0、XL、X2及3不同的選通端口電壓信號(hào)送到程控放大OP07的正向輸入端。它們分別對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端的EXT3、EXT2、EXT4及EXTL。電路中TL431產(chǎn)生25V基準(zhǔn)電壓，R2、R4兩個(gè)電阻完成熱電阻熱電偶測(cè)量的斷線(xiàn)檢測(cè)。62。2程控放大該部分電路由一個(gè)4051U2_JFN放大器OP07及處圍電阻組成，多路模擬開(kāi)關(guān)4051用來(lái)改變放大器的增益；根據(jù)輸入信號(hào)的大小，由ARM控制4051的選通，改變其反饋電阻的大小，從而達(dá)到改變放大器增益的目的，實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)切換。各種信號(hào)由采樣端采集后，首先通過(guò)RC濾波并經(jīng)過(guò)U14051通道選擇，進(jìn)入程控電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文放大，程控放大采用四檔。輸入信號(hào)類(lèi)型不同，則轉(zhuǎn)化的電壓信號(hào)也不同，采用不同的放大倍數(shù)，使這些放大后的信號(hào)最大值接近AD的最大充許值。以充分利用AD資源，保證測(cè)量精度。各種信號(hào)的放大倍數(shù)的確定和后面AD器件的模擬輸入有關(guān)，本電路采用的AD芯片為ICL7135四位半，該芯片基準(zhǔn)電壓為O5V因此ICL,7135模擬輸入電壓范圍為OIV。程控放大等效電路見(jiàn)圖63。V0輸出到刖D圖63程控放大等效電路圖63中K1和也表示兩個(gè)4051，由于運(yùn)放輸入阻抗很高，模擬開(kāi)關(guān)K1、K2的導(dǎo)通電阻對(duì)放大沒(méi)有影響。K1選擇不同輸入通道衰減或不衰減通道，K2選擇放大倍數(shù)AIRIR2。當(dāng)L【2采用不同的選通端口，RL和R2都會(huì)變化，在程控放大電路中，R14、R15、R16、R17、R18五個(gè)串聯(lián)電阻由模擬開(kāi)關(guān)L【2分成RL和R2兩部分，如在電路中通過(guò)垃選通X4，則RIR1420K,R2R14R15R16R17R18549K，放大倍數(shù)AII2054歸13。同樣道理K2選通X5、X6、X7時(shí)可以分別求得對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)分別為A2I十677910、A3I6945414，A4I733I竅47。所有輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化電壓信號(hào)經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)到達(dá)程控放大器的正向輸入端，其最大值小于O7V經(jīng)放大后應(yīng)小于IV,各放大倍數(shù)可適應(yīng)的輸入信號(hào)范圍為L(zhǎng)、放大13倍的信號(hào)有輸入信號(hào)最大值100MY到07V的電壓信號(hào)；2、放大10倍的信號(hào)有輸入信號(hào)最大值60MY到100MVV的電壓信號(hào)；3、放大14倍的信號(hào)有輸入信號(hào)最大值20MY到60MV的電壓信號(hào)。4、放大47倍的信號(hào)有輸入信號(hào)最大值QOMV的電壓信號(hào)。對(duì)于不同的輸入類(lèi)型信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后，就可以按上述的放大倍數(shù)進(jìn)行處理。實(shí)際應(yīng)用本電路時(shí)，可以根據(jù)AD模擬輸入的要求調(diào)整R14,R18的阻值。第六章信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)63信號(hào)測(cè)量原理分析為滿(mǎn)足多信號(hào)輸入的要求，軟件設(shè)計(jì)必須能根據(jù)用戶(hù)通過(guò)參數(shù)設(shè)定選擇的輸入信號(hào)類(lèi)型自動(dòng)調(diào)整放大倍數(shù)及數(shù)據(jù)處理方法。對(duì)各種輸入信號(hào)處理方法如下631電阻信號(hào)的測(cè)量電阻信號(hào)的測(cè)量等效電路如下所示，RT為待測(cè)電阻，一般小于500Q。電阻輸入采用三線(xiàn)制，從EXTL、EXT2與EXT3輸入端輸入。由于實(shí)際應(yīng)用中連接特定某個(gè)電阻式傳感器到測(cè)量?jī)x表的三根連線(xiàn)粗細(xì)相同，長(zhǎng)度一樣，所以引線(xiàn)電阻R相同，RT表示待測(cè)電阻，其等效電路見(jiàn)圖64。25V電壓經(jīng)過(guò)10K電阻及兩個(gè)引線(xiàn)電阻R和被測(cè)電阻RT到地，產(chǎn)生EXT2和EXT3電壓信號(hào)，經(jīng)RC濾波后分時(shí)通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)UL送入OP07運(yùn)放，由于運(yùn)放輸入阻抗很高，EXT2和EXT3端不會(huì)產(chǎn)生分流。儀表通過(guò)采集EXT2和EXT3端的信號(hào)，通過(guò)處理，排除R對(duì)測(cè)量的影響，得出被測(cè)電阻RT的阻值。EXT3EXT2圖64電阻測(cè)量等效電路在測(cè)量電阻時(shí)，由于10K遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RT2R,我們近似認(rèn)為I為恒流源I2，5V10K，則可以采用了以下的計(jì)算處理過(guò)程計(jì)算出被測(cè)電阻RT阻值。V日CR3I2RRT對(duì)應(yīng)AD采集值為DL。VEMI什RT對(duì)應(yīng)AD采集值為D2。AI2D2DI實(shí)際上就是在恒流源I作用下彼測(cè)電阻RT兩端的電壓，對(duì)應(yīng)輸入電路中；IM2I什RT一I2RRT2VE舳VEXR3可以看出，在最后的結(jié)果中。沒(méi)有出現(xiàn)R，這樣就消除了導(dǎo)線(xiàn)電阻的影響，即在假設(shè)恒流源不變的情況下，通過(guò)對(duì)EXT2、EXT3的測(cè)量計(jì)算可以求出待測(cè)電阻RT。同時(shí)不同熱電阻輸入時(shí)，轉(zhuǎn)化的電壓值不同，故應(yīng)選擇不同的放大倍數(shù)，如電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文CU50的放大倍數(shù)為47，PTL00、CUL00選取放大倍數(shù)為L(zhǎng)O。對(duì)30F至360FL電位器式位置傳感器信號(hào)選取放大倍數(shù)為13。但實(shí)際上，測(cè)量回路電流并非真正的恒流源，而是由穩(wěn)壓管TL431的25V電壓和10K電阻熱RT、2R構(gòu)成，此恒流源的內(nèi)阻應(yīng)該是10KRT，而不是無(wú)窮大。隨著被測(cè)電阻的變化，電流I也會(huì)發(fā)生一定程度的變化。當(dāng)把I作恒流源來(lái)處理時(shí)IIVIOK。但在實(shí)際的計(jì)算中，因?yàn)镽T對(duì)回路電流影響不能忽略，故I應(yīng)采用公式12V，10KRT2R計(jì)算。由于R一般小于LOQ忽略不計(jì)，由此可得電流的誤差A(yù)I11一12_V10KV幅T2什10KAFIIRT10K當(dāng)R400Q時(shí)，恒流源誤差可達(dá)4。由此產(chǎn)生的誤差是本系統(tǒng)不能容忍的。然而通過(guò)硬件手段來(lái)解決此問(wèn)題比較麻煩，但可以采用軟件算法來(lái)進(jìn)行校正消除隨著被測(cè)電阻上升使電流下降帶來(lái)的誤差。根據(jù)公式12V10KRT2R，可以得出被測(cè)電阻和對(duì)應(yīng)的電壓是一條曲線(xiàn)?？梢酝ㄟ^(guò)曲線(xiàn)轉(zhuǎn)化為折線(xiàn)段來(lái)進(jìn)行非線(xiàn)性修正處理，如圖65示。這樣簡(jiǎn)單而且能夠滿(mǎn)足精度，精度的高低直接與分的段數(shù)的多少直接相關(guān)。圖65非線(xiàn)性修正處理示意圖每條曲線(xiàn)段方程為YXXNOON一YN1XNXN1_QN1，我們把電阻測(cè)量范圍分為0100Q和O400Q兩種主要考慮CU50和PTL00的測(cè)量，可以分別為L(zhǎng)O段和20段進(jìn)行處理，測(cè)量的精度可完全滿(mǎn)足要求。同時(shí)如果待測(cè)電阻為熱電阻信號(hào)，還要根據(jù)分度號(hào)表進(jìn)行二次非線(xiàn)性修正把電阻測(cè)量值轉(zhuǎn)化為溫度值。同時(shí)測(cè)量電路中10K電阻的誤差通過(guò)儀表出廠(chǎng)調(diào)校時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻信號(hào)標(biāo)定加以解決。由于電阻測(cè)量時(shí)被測(cè)電阻小于500歐，EXT3端電壓小干O2V故二極管1N4148沒(méi)有作用。第六章信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)632熱電偶的測(cè)量當(dāng)采集熱電偶信號(hào)時(shí)，MV信號(hào)從EXTI與EXT2端輸入，EXT3作為冷端補(bǔ)償輸入；當(dāng)信號(hào)采集端采集到信號(hào)后，經(jīng)過(guò)通道選擇信號(hào)迸入程控放大電路，信號(hào)分度號(hào)不同則MV值的高低也不同，通過(guò)軟件選擇不同的放大倍數(shù)，設(shè)放大倍數(shù)為A，則從程控放大出來(lái)的信號(hào)即為AX，對(duì)于B、S標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，放大倍數(shù)應(yīng)選擇47。對(duì)于WRE、K、E、J標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，放大倍數(shù)應(yīng)選擇14。而由于熱電偶本身的原因，其MV溫度間關(guān)系是非線(xiàn)性的，在軟件設(shè)計(jì)中可以根據(jù)分度號(hào)表進(jìn)行分段折線(xiàn)非線(xiàn)性校正算出C加上通過(guò)測(cè)量冷端於償二極管電壓褥出的冷端補(bǔ)償溫度CO，就得到該路的實(shí)際測(cè)量溫度C，即CCXC0。在實(shí)際應(yīng)用中，在接線(xiàn)端冷端的溫度是變化的，由于熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)和接線(xiàn)端材質(zhì)不同，熱電偶輸入MV值會(huì)被冷端抵消棹一部分。這種情況造成的誤差不能忽略。必須對(duì)它進(jìn)行O50范圍的冷端補(bǔ)償。因?yàn)槎O管在溫度變化時(shí)，其正向?qū)妷鹤兓€(wěn)定2MY“C。因此可以根據(jù)EXT3端1N4148二極管正向壓降變化量的大小推算出冷端溫度變化的大小，EXT3端電壓為O6