目前在各行各業(yè)中應(yīng)用種類(lèi)繁多的測(cè)量儀器隨著儀器性能指標(biāo)要求的逐漸提升以及功能的不斷拓展，對(duì)儀器控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和集成化程度等性能的要求也越來(lái)越高。目前發(fā)展的趨勢(shì)是開(kāi)放式、集成度向芯片級(jí)靠攏的高實(shí)時(shí)性儀器。針對(duì)目前傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在著功能簡(jiǎn)單、速度慢、實(shí)時(shí)性差、對(duì)數(shù)據(jù)的再加工處理能力極為有限等問(wèn)題，本文根據(jù)課題需要提出了一種基于ARM+FPGA架構(gòu)的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集嵌入式系統(tǒng)方案，應(yīng)用在小功率半導(dǎo)體測(cè)量儀器上。方案采用三星S3C2410的ARM處理器進(jìn)行管理控制，處理數(shù)據(jù)，界面顯示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用來(lái)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和集成化程度。 本文首先給出了ARM+FPGA架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。硬件方面，簡(jiǎn)要討論了ARM處理器的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)PGA在高速采集和并行性上的優(yōu)勢(shì)，給出了硬件的總體結(jié)構(gòu)和主要部件及相關(guān)接口。軟件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建和BootLoader的啟動(dòng)以及內(nèi)核和根文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了嵌入式Linux系統(tǒng)包括建立交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境，修改移植BootLoader和裁減移植Linux內(nèi)核，并且根據(jù)課題實(shí)際需要精簡(jiǎn)建立了根文件系統(tǒng)。 為了滿足測(cè)量儀器的實(shí)時(shí)性，設(shè)計(jì)了ARM與FPGA的高速數(shù)據(jù)采集接口。進(jìn)行了FPGA內(nèi)部與ARM接口相關(guān)部分的硬件電路設(shè)計(jì)；通過(guò)分析ARM與FPGA內(nèi)部時(shí)序的差異，針對(duì)ARM與FPGA內(nèi)部FIFO時(shí)序不匹配的問(wèn)題，解決了測(cè)量儀器中高速數(shù)據(jù)采集與處理速度不匹配的問(wèn)題。接著，通過(guò)研究Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)基本原理和驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程，設(shè)計(jì)了Linux下的FPGA數(shù)據(jù)采集接口驅(qū)動(dòng)程序，并且實(shí)現(xiàn)了中斷傳輸。使得FPGA芯片通過(guò)高效可靠的驅(qū)動(dòng)程序可以很好的與ARM進(jìn)行通訊。 最后為了方便用戶操作，進(jìn)行了人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為了降低成本和提高實(shí)用性利用FPGA芯片剩余的資源實(shí)現(xiàn)了對(duì)PS/2鍵盤(pán)鼠標(biāo)接口的控制，應(yīng)用到系統(tǒng)中，大大提高了人機(jī)交互能力；通過(guò)比較分析目前比較流行的幾種嵌入式GUI圖形設(shè)計(jì)工具的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合課題的實(shí)際情況選擇了MiniGUI作為課題圖形界面的開(kāi)發(fā)。根據(jù)具體要求設(shè)計(jì)了適合測(cè)量儀器方面上使用的人機(jī)交互界面，并且移植到了ARM平臺(tái)上，給測(cè)量儀器的使用提供了更好的交互操作。 本課題完成了嵌入式Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立，針對(duì)課題實(shí)際硬件電路設(shè)計(jì)修改移植了bootloader，裁減移植了內(nèi)核以及根文件系統(tǒng)的建立；設(shè)計(jì)了FPGA內(nèi)部硬件電路，解決了接口中ARM與FPGA時(shí)序不匹配的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了ARM與FPGA之間的高速數(shù)據(jù)采集；設(shè)計(jì)了高速采集接口在嵌入式Linux下的驅(qū)動(dòng)程序以及中斷傳輸和應(yīng)用程序；合理設(shè)計(jì)了適合測(cè)量儀器使用的人機(jī)交互界面，并巧妙設(shè)計(jì)了PS/2鍵盤(pán)鼠標(biāo)接口，進(jìn)一步提高了交互操作。
標(biāo)簽：
ARMFPGA
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)
測(cè)量儀器
上傳時(shí)間：
2013-06-21
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