基于网络的嵌入式数据采集系统设计与实现

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1、山东理工大学硕士学位论文第一章绪论1.3嵌入式系统的特点[5]嵌入式系统通常具备以下一些特点：1）嵌入式系统与通用的系统相比较，其CPU通常具有集成度高、体积小、功耗低等特点，有利于实现嵌入式系统的小型化，而且能够将通用CPU中许多由板卡完成的任务，集成到其芯片内部。2）嵌入式系统是将电子技术和半导体技术，计算机技术与各个行业的具体应用相结合的产物。是一个资金密集、技术密集、不断创新的知识集成系统。3）为了争取在同样的硅片面积上实现更高的性能，必须高效率地设计嵌入式系统的硬件和软件，去除冗余，量身打造，这样在具体应用中才

2、能更具有竞争力。4）嵌入式系统总是和具体的应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，它的产品一般具有较长的生命周期。5）为了提高系统可靠性和执行速度，嵌入式系统软件通常都固化在处理器或存储器芯片中。由于嵌入式系统的存储容量和运算速度存在一定程度的限制，因此对程序的编写质量，特别是可靠性，有着较高的要求。6）嵌入式系统本身并不具备开发能力，即使设计完成以后，用户一般也是不能随便对程序功能进行修改的，必须有一套开发环境和工具才能进行开发。1.4嵌入式系统的现状及发展趋势计算机应用的广泛普及、纳米微电子技术的

3、突破，以及互联网技术的应用，正有力地推动着21世纪工业生产、家庭生活、科学实验和商业活动等领域信息化与自动化的进程。全过程自动化产品制造、现代化的家庭起居、高度协同的科学实验和大范[2]围的电子商务活动，为嵌入式产品造就了巨大而崭新的商机。1、小尺寸、微功耗和低成本，支持小型电子设备为了满足小尺寸、微功耗和低成本等特性，就需要嵌入式产品设计者降低相应的处理器性能、减少内存容量和一些芯片接口等硬件性能。而相应的，这就对嵌入式的软件设计者提出了更高的要求，例如，不断的优化改进算法和编程模型、优化编译器性能、采用新的编程模式等

4、。因此，这要求软件设计者具有丰富的编程经验和更加先进的嵌入式软件编程技术。2、联网成为必然趋势随着网络需求的增加和嵌入式分布处理结构的发展，这就要求嵌入式系统配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网的需求，嵌入式产品必须配有网络通信接口和TCP/IP协议簇的软件支持。由于现场实验仪器协调工作以及家用电器互相关联（如灯光控制设备、空调、影视设备、防盗报警设备和信息终端等交换信息）等要2万方数据山东理工大学硕士学位论文第一章绪论求，新一代的嵌入式产品还需要具备USB、蓝牙、IEEE1394、IrDA等通信接口，以及相应

5、的物理层设备驱动软件和通信组网协议软件。为了支持相关应用程序的编程模式，还需要相应浏览器的支持，例如HTML、WML等等。3、精巧的多媒体人机界面嵌入式系统的产品之所以受到无数的用户接受和青睐，其中一个重要因素便是它们为使用者提供了良好的、人性化的人机交互界面。人们使用嵌入式产品要求具有类似于个人电脑的以GUI屏幕为主的多媒体界面。彩色图形、图像、触屏控制、手写文字输入、语音控制、收发电子邮件等技术已初见成效。这便要求嵌入式产品设计者突发奇想，设计出更加人性化、便利的人机交互界面。1.5课题研究的背景及意义本课题的研究背

6、景是已经投入应用的某武器控制系统的检测与诊断技术，研究目的是在现有检测和诊断技术基础上探索性能更优的技术方案。尤其是针对原有检测系统中的数据采样问题，研究提高采样速度、扩大采样容量、快速保存数据、及时发现故障数据的技术方案。原有系统的硬件架构是基于PC/104总线标准的CPU模块和数据采集模块，所采用的操作系统是单任务的DOS操作系统，无法在检测中实现多任务的并行处理。基于上述背景下，设计一个基于PC/104总线体系结构、能够运行多任务且实时性良好的嵌入式操作系统、并能够保证长时间连续工作、实时、稳定的数据采集系统是本课

7、题的研究的首要目标。鉴于Linux操作系统具有源代码开发、成本低、多任务、可裁剪定制等特点，本课题选择嵌入式Linux操作系统作为下位机的操作系统。如果该课题所研究的技术方案能够满足实际检测和诊断系统的设计技术要求，其研究成果将直接应用到实际的武器系统检测中，并取代原有系统中的部分技术水平相对落后的功能组件，进一步提升现有武器检测和诊断系统的综合性能。1.6论文研究的主要内容及组织结构1、主要内容本课题主要研究基于网络的嵌入式数据采集系统设计与实现，使用PC/104总线的CPU模块及数据采集卡作为硬件系统，在硬件上搭建实

8、时的RTAI-Linux操作系统，编写数据采集卡的驱动程序，并设计目标机和上位机的应用程序以实现数据的实时和可靠传输。实验系统采用信号发生器所产生的不同信号作为被检测信号，使用数字示波器作为验证数据采集和信号输出正确性的测量仪器。本论文的创新之处在于以嵌入式操作系统Linux代替PC/104中的DOS操作系统，3万方