毕业论文_ARM嵌入式系统课程设计-基于嵌入式系统的烟气检测监控系统_本科毕业设计论文

同时也提供了较好的电气特性，其主要指标如下工业级体系列正常工作温度范围，民用级系列正常工作温度范围内核供电电压正常情况下，最高工作频率可达四种工作模式正常模式低能模式休眠模式和停止模式。

硬件系统的总体设计方案转换系统是整个烟气监控系统的核心部分，主要功能是控制去除烟气中的水气，二是通过串口与数据采集仪进行通讯，三是通过网络将通过串口得到的数据发送给远程服务器。

硬件系统框图如图所示。

硬件平台的主要配置如下内核系统时钟使用外部晶体，由内部倍频至寸以太网接口个基于标准协议的接口，其中用作扩展蓝牙模块个接口接口个主设备接口，个从设备接口指示灯图硬件系统框图整个系统分为核心板和扩展板两部分。

核心板集成了处理器和存储器以及电源模块等所必需的支持元件，组成个最小的硬件核心系统，采用了六层电路板设计方案。

核心板可作为以后不同产品设计的基础。

扩展板集成了所需要的大部分接口部件，如网络接口，主从设备接口，串口，卡接口，系统编程接口等接口。

核心板和扩展板之间采用标准插槽连接，外设和扩展板之间采用相应的外设接口连接。

核心板的设计核心板是整个系统的核心部分，主要包括位处理器存储器管理模块，以及所需要的辅助部件，如晶体振荡器，电源模块等等存储器模块即同步它最大的特色就是可以与的外部工作时钟同步，和系统中的主板使用相同的工作时钟，如果的外部工作时钟是，则送至内存上的频率也是。

这样将去掉时间上的延迟，可提高内存存取的效率。

的工作原理如下是以阵列单元来存储数据的，因此在存取时必须提供个行地址和个列地址来确定所要访问的数据的位置。

第步，地址总线上出现所要访问数据的列地址，同时作为列地址信号标志的号有效，将列地址打入，将整列的数据都准备好，等待着被访问接着地址总线上出现所要访问数据的行地址，并通过行地址信号的目打入，从在这之前已选中的列中挑选出该行地址所对应的数据，并将该数据输出或输入到数据总线。

具体是输出还是输入操作是由信号决定的。

本系统的硬件平台采用的是两片公司的，采用片构成的模块，具体电路如图所示。

闪速存储器模块闪速存储器是类非易失性存储器，即使在供电电源关闭后仍能保存片内信息而诸如，这类易失性存储器，当关闭供电电源后，片内信息随即丢失。

集其它非易失性存储器的特点与相比教，闪速存储器具有明显的优势系统电可擦除和可重复编程，而不需要特殊的高电压与相比较，闪速存储器具有成本低密度大的特点。

其独特的性能使其广泛地运用于包括嵌入式系统在内的各个领域。

电路如图所示。

图接口图图接口电路电源管理模块作为工业产品，电源系统的稳定性对本系统有至关重要的影响。

为了适应各种工作环境，设计两种供电方式，种是通过配备的变压器将转换成，为整个协议转换系统供电，同时也给自带的节号的充电电池充电另外种是通过节号充电电池为整个系统供电。

在本系统硬件平台中，各个不同的部分对电压有不同的要求，需要和两种不同的电压。

综合考虑了性能和成本等问题，本系统采用了两级稳压电源的方案如图所示。

第级，将电源的输入通过，提供稳定的电压，必要时为外接模块供电同时作为第二级电源管理的输入端。

其次通过分压后，接入的内部自带的路，作为电源的监控，以便电源电量不足及时报警。

第二级，通过采用电源转换芯片将输入第级输入电压转换成为整个系统供电。

核心板电源部分的原理采用电源芯片将来自扩展板的电压转换为两组电压供处理器内核使用。

图电源原理图辅助电路的介绍核心板上还有些辅助电路，包括上拉电阻，滤波电容，以及供处理器使用的主时钟晶振，供外设适用的辅助时钟晶振电路等等。

它们起构成了的最小硬件系统板。

核心板工作在高速信号下，为了布线方便，减少干扰，采用了六层电路板设计，第二层为接地面，四层为电源面，其他各层为信号层。

本系统所设计的核心板比较小巧，通过标准芯插座与母板连接。

核心板是个最小的硬件系统板，具有较好的通用性，可以作为不同产品开发设计的基础。

扩展板的设计扩以下几点初始化各种模式的堆栈和寄存器初始化系统中要使用的各种片内外设初始化目标板引导操作系统。

代码是嵌入式系统中应用程序的开头部分，它与应用程序起固化在中，并首先在系统上运行。

设计好代码是设计嵌入式程序的关键，也是系统能够正常工作的前提。

代码所执行的操作主要依赖内核的类型，以及正在开发的嵌入式系统软件中需要使用芯片上的哪些资源代码的般流程即代码应该进行的操们，如图所示。

图执行流程框图当系统上电或者按钮被按下，系统就会从开始运行，会自动将指针恢复为，从地址开始执行。

接着设置中断向量表，中断通常是对设备驱动程序提供服务的，因此在的执行全过程中可以不必响应任何中断，此处通过设置的中断向量寄存器，屏蔽中断，不响应中断。

然后对和存储空间进行初始化和设置，同时通过设置时钟，将在本系统中设置成工作频率在。

为了方便调试和下载操作系统和用户程序，对串口和网口进行了初始化。

通过串口，可以查看系统启动的过程和状态，同时，也为用户提供个操作平台，修改设置等。

网口主要是为下载操作系统提供个高速快捷的通道。

在修改完的源程序后，要对其进行编辑生成文件，并用过下载到目标板上，即实现了整个的移植。

驱动程序及应用程序的设计设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节。

在系统中，硬件设备被认为是种设备文件，应用程序可以像操作普通文件样对硬件设备进行操作。

设备驱动程序是内核的部分，具有下面功能对设备初始化和释放把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据检测和处理设备出现的。

在操作系统下有三类主要的设备文件类型字符设备块设备和网络设备。

字符设备和块设备的主要区别是在对字符设备进行读写操作时，实际的硬件般都紧接着发生了，块设备则不然，它利用块系统内存作缓冲区，当用户进程对设备请求能满足用户的要求，就返回请求的数据，如果不能，就调用请求函数来进行实际的阳操作。

块设备是主要针对磁盘等慢速设备设计的，以免耗费过多的时间来等待。

前面提到，用户进程是通过设备文件来与实际的硬件打交道。

每个设备文件都有其文件属性，用来表示是字符设备块设备还是网络设备，另外每个文件都有两个设备号，第个是主设备号，标识驱动程序第二个是从设备号，标识使用同个设备驱动程序的不同的硬件设备，比如有两个软盘，就可以用从设备号来区分他们。

设备文件的主设备号必须与设备驱动程序在登记时申请的主设备号致，否则用户进程将无法访问到驱动程序。

本次所设计的系统包含的驱动程序主要有驱动程序非标准显示器驱动和触摸屏驱动等。

显示器驱动程序设计开发驱动程序的主要工作包括编写初始化函数初始化函数首先初始化控制器，通过写寄存器设置显示模式和显示颜色数，然后分配显示缓冲区。

在中可以用函数分配段连续的空间。

缓冲区的大小为点阵行数点阵列数用于表示个象素得比特数缓冲区通常分配在大容量的片外中，起始地址保存在控制寄存器中。

编写成员函数编写中函数指针对应的成员函数，读写相当于读写屏幕缓冲区。

映射操作，由于工作于保护模式，每个应用进程都有自己的虚拟地址空间，在应用程序中是不能直接访问物理缓冲地址的。

为此，在文件操作接口中提供了操作，可以将文件的内容映射到用户空间。

对于帧缓冲设备，则可通过映射操作将屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的段虚拟地址中，用户可以通过读写这段地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图。

控制，对于缓冲设备，通过对设备文件的调用可以读设置显示设备或者屏幕的参数，如分辨率显示颜色数屏幕大小等，的实现由底层驱动来完成。

总线驱动程序设计在硬件设计中，接口是通过内部自带的资源扩展的，用来与数据采集单元进行数据的读取及控制其驱动程序本程序中的结构如下对进行读操作，对进行写操作，打开设备，关闭设备，释放资源相对于上面结构，即有相应的函数另外还使用函数进行初始化，并注册设备的函数。

使用函数实现中断。

使用中断与系统交换数据，驱动函数需要使用内存来缓存接收到的数据和将要发送的数据，中断和内存等资源是由系统统管理的，设备驱动程序在初始化时，需要申请资源。

资源不用的时候，应该释放，以利于资源的共享。

在系统里，对中断的处理是属于系统的核心部分，设备驱动程序通过调用函数来申请中断，通过函数释放中断资源。

触摸屏驱动程序设计本次设计所选用的触摸屏驱动芯片是，是位转换芯片，适合用在线制触摸屏，通过标准协议和通信。

当按下触摸屏时，向发送中断请求，接到请求后，应该延时下再响应其请求，目的是为了消除抖动使得采样更准确。

对触摸屏的控制主要就是对接口的操作。

完成接口驱动的编写之后，就能够与触摸屏控制器建立通信。

在内核运行完毕之后，接口要打开，并且已经分配了部分内存供它使用。

同时，的中断程序己经加入等待队列，旦接口有中断，的中断服务程序就被唤醒，开始运行。

这部分的工作是在系统启动过程中运行的初始化函数来完成的。

下面将结合源代码来讨论初始化函数的编写。

主要用到的数据结构触摸屏状态保护队列事件的对头和队尾改结构用于保存触摸屏的返回值应用程序的设计本系统的软件是基于操作系统开发的，层次结构如下图所示图应用程序层次结构图用户进程用户进程就是运行在操作系统之上的本系统的应用程序。

系统调用接口为了在程序中实现特定的任务，可以通过系统的调用接口来调用系统内核中特定的过程，以实现特定的服务。

系统调用运行在内核模式，而般的进程运行在用户模式。

用户进程系统调用接口嵌入式内核硬件控制器调试过程及总结这次设计涉及到了嵌入式及计算机网络的很多知识，有嵌入式系统的各类应用，还有无线局域网的设计与搭建在硬件方面，主要在于核心板的设计部分，数据采集部分，电源供电部分在软件方面，就在于对核心系统的移植，驱动程序的编写等等。

硬件方面只要选好所用的芯片，搭建好电路，调试正确即可但在程序设计以及无线网络的搭建就。

虽然这次课程设计没有很好的完成，有些遗憾，但是从中还是学到了不少知识，最后谢谢老师细心辅导。

参考文献袁志勇，王景存嵌入式系统原理与应用技术北京北京航天航空大学出版社，杜春雷体系结构与编程北京清华大学出版社，黄力，覃纪武嵌入式的现状与前景研究电脑知识与技术，师明珠嵌入式应用系统软件设计技术研究计算机工程程与应用，目录引言