基于Linux的ARM9嵌入式工控一体机的设计、实现与应用

上海交通大学

硕士学位论文

基于Linux的ARM9嵌入式工控一体机的设计、实现与应用

姓名：周杰

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：邵惠鹤

20070101

基于Linux的ARM9嵌入式工控一体机的设计、实现与应用

摘要

随着后PC时代的到来以及3C技术的迅猛发展，嵌入式系统已渗入到消费电子、医疗仪器、工业控制、航空航天等社会生产和生活的各个领域，极大地推动了社会生产力的发展，促进了人们生活质量的提高和生活方式的改变。作为面向应用的专用计算机系统，嵌入式系统对于不同的应用领域有不同的表现形式，可以实现单一的产品，也可以作为一个大系统中的系统组件。在工业控制的各个细分领域也是如此，嵌入式系统可以用于实现各种复杂系统中的控制子系统，也可以用于实现通用的通讯和控制终端。这里所讨论的嵌入式工控一体机，就是用于工业现场的一类便携式通讯控制终端。

目前，工业现场控制的复杂化和分散化程度越来越高，工业现场对于设备的信息化和智能化的要求也变得越来越高。嵌入式工控一体机的推广应用无疑将对我国传统行业的信息化改造，对新兴的嵌入式产业的发展，产生巨大的推动作用。然而，目前市场上的嵌入式工控一体机多为欧美和台湾产品，并且大都基于X86处理器和WinCE操作系统，功耗较大，而且售价昂贵，不利于推广应用。嵌入式Linux技术的成熟和普及是一次难得的机遇，其开放性的源码不仅能大幅降低产品成本，而且可以使开发者深层次地掌握嵌入式操作系统这一核心技术，把握主动权。另外，基于32位ARM架构的嵌入式微处理器以

其高性能、低功耗、低成本的优势占据了嵌入式处理器市场80%左右的份额，得到了很好的推广应用。因此，采用ARM9微处理器和嵌入式Linux操作系统来开发新一代嵌入式工控一体机将是一个不错的选择，对于提高我国在这一领域的核心竞争力具有深远的意义。

本文从软硬件两个方面描述了基于Linux的ARM9嵌入式工控一体机的设计和实现，并简单介绍了一个应用案例。

首先，对于嵌入式工控一体机的需求作简单的分析，并对嵌入式微处理器和嵌入式操作系统这两个最重要的系统元素进行了相应的选型，在此基础上，提出了系统的软硬件整体架构和系统的启动流程。

然后，介绍系统的硬件实现，主要包括存储系统的实现、用户接口模块的实现以及以太网和RS232等接口的实现。

接着，把重点放在软件部分的实现上，详细介绍了系统开发环境的搭建，启动加载器的设计和实现，Linux内核的移植，设备驱动程序的编写以及图形用户界面的实现。在软件实现的过程中，提出了使用USB下载系统映像以及从SD卡直接启动Linux系统的方法，具有很好的实用价值。

最后，选择了一个具有创新性的案例介绍了该嵌入式Linux工控一体机作为通讯和控制终端的典型应用。从最终的系统性能和应用实践来看，该嵌入式Linux工控一体机具有较好的实用性和应用前景，并且其设计和实现过程对于其它嵌入式平台也具有很好的参考价值。

关键词: 嵌入式工控一体机，嵌入式Linux，MXL，图形用户界面