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1、基于ARM的嵌入式温度监测系统摘 要随着科技的发展，嵌入式系统的发展也异常迅速，同时，嵌入式系统已经应用于各个方面，给人们的生产和生活带来了极大的便利。目前嵌入式系统的应用已经发展到了嵌入式处理器与操作系统相结合的阶段，本设计就是将ARM处理器与Linux操作系统相结合实现的。嵌入式温度监测系统由温度监测硬件系统和温度监测软件两部分组成。其中硬件系统包括SBC2410开发套件，温度检测电路、信号放大电路及信号显示终端，论文中按模块对各部分硬件的设计进行了详细的介绍。温度监测软件系统的设计过程如下，本设计首先为温度监测系统构建Linux环境，其次在Linux下编写并加载系统驱动程序，然后编写应用
2、程序，编译并下载到ARM开发板中。经过反复调试，实现了温度监测的功能。关键词： ARM；linux；内核；驱动；温度监测 Embedded System of Temperature Testing Based on ARMAbstractWith the development of science, embedded system develops at a fast speed. Embedded system has been applied to all aspects, which has brought great convenience to peoples productio
3、n and daily life. At present, the application of embedded system have been developed to the stage of combining embedded processor with operating system, and the design comes true based on combining the ARM processor with linux operating system. Embedded temperature measurement system includes temper
4、ature monitoring hardware and software systems. Hardware system includes SBC2410 system development kit, temperature detection circuit, signal amplifier circuit and signal display terminal. This paper, in detail, introduces the hardware design according to modules. The process of the design of tempe
5、rature measurement software system is as follows: First，the design construct Linux environment for temperature measurement the system .Secondly, the design compiles and loads driver program in Linux; At last, the design writes, compiles and downloads the application program to ARM development board.
6、 After repeated debugging, the design achieves the purpose of the temperature measurement.Key words: Linux ; ARM ; Kernel ; Drivert ; Emperature measurement目 录摘 要IAbstractII第一章 嵌入式系统简介11.1 嵌入式系统的概念11.2 嵌入式系统的结构11.3 嵌入式系统与普通单片机开发的不同之处21.3.1 交叉编译21.3.2 交叉调试3第二章 设计用嵌入式模块52.1 ARM处理器52.2 Flash模块52.3 SDRA
7、M模块62.4 JTAG调试器8第三章 温度监测电路设计103.1 AD590的室温补偿电路103.1.1 性能103.1.2 误差校正103.1.3 AD590的补偿电路设计113.2 热电偶的测温电路123.2.1 热电偶的测温原理123.2.2 热电偶的测温电路设计14第四章 温度监测系统的Linux构建174.1 构建交叉编译器174.1.1 交叉编译器174.1.2 设置共享文件夹，并解压linux开发包174.1.3 安装交叉编译器184.2 Linux操作系统194.2.1 引导加载程序204.2.2 内核214.2.3 文件系统234.3 烧写244.3.1 Windows下烧
8、写vivi244.3.2 分区格式化Flash及重新下载vivi254.3.3 烧写linux内核274.3.4 下载文件系统27第五章 温度监测系统的软件编程285.1 编写Linux下的ADC驱动程序285.1.1 Linux设备295.1.2 驱动程序的编写说明325.1.3 驱动程序编写的具体内容345.1.4 ADC驱动程序具体函数的分析365.1.5 ADC驱动程序的加载和删除395.2 编写应用程序415.2.1 线性化部分415.2.2 A/D转换速率的计算445.2.3 主程序的编写45第六章 温度监测的调试476.1 编译ad驱动程序476.2 运行应用程序486.2.1
9、为ARM开发板更新内核和文件系统486.2.2 编译main.c应用程序486.2.3 运行main 主程序49总结51参考文献52附录54附录A：程序源代码54附录B：测温原理图68附录C：ARM板电路图69致谢70第一章 嵌入式系统简介1.1 嵌入式系统的概念嵌入式系统是不同于常见计算机系统的一种计算机系统，它不以独立设备的物理形态出现，即它没有一个统一的外观，它的部件根据主体设备以及应用需要嵌入在设备的内部，发挥着运算、存储、以及控制的作用。从体系结构上看，嵌入式系统主要由嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式软件组成。其中嵌入式处理器常是单片机或微控制器；支撑硬件主要包括存储介质、通信部件和显
10、示部件；嵌入式软件则包括支撑硬件的驱动程序、操作系统、支撑软件以及应用中间件等。1.2 嵌入式系统的结构嵌入式系统一般由3个部分组成，如图1.1所示：嵌入式系统硬件平台、嵌入式操作系统及嵌入式系统应用。其中，嵌入式系统硬件平台指各种嵌入式器件、设备，嵌入式操作系统是指在嵌入式硬件平台上运行的操作系统，目前主流的嵌入式操作系统有嵌入式linux、C/OS-II等，具体应用那种嵌入式操作系统应视具体情况而定。嵌入式linux提供了完善的网络技术支持，C/OS-II操作系统也成为实时操作系统或RTOS，使用它作为开发工具将会使实时应用程序变得相对容易。 图1.1 嵌入式系统嵌入式芯片需要必要的外围芯
11、片给它提供基本的工作条件。一个嵌入式芯片供电系统为其供电；必须有时钟信号系统提供时钟信号；必须有复位系统。嵌入式芯片还需要有存储系统。如果芯片内部没有存储器或存储器容量不足以满足需求，则需要外扩存储芯片。调试接口也是嵌入式系统不可缺少的一部分。这些嵌入式处理器运行的必要条件的电路或者芯片与嵌入式处理器一起构成了嵌入式处理器的最小系统。最小系统结构框图如图1.2： 图1.2 最小嵌入式系统1.3 嵌入式系统与普通单片机开发的不同之处按照软件工程的原理，嵌入式开发软件的一般流程为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。与一般软件开发的区别在于软件实现的编译和调试两部分。1.3.1
12、 交叉编译 由于宿主机和目标机的体系结构不同，在宿主机X86平台上可以运行的程序在目标机ARM平台上无法运行，因此嵌入式软件开发采用交叉编译方式在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。编译的主要工作就是将程序转化成该程序的CPU所能识别的机器代码。进行交叉编译的主机称为宿主机，也就是普通的通用计算机，宿主机系统资源丰富，使用的方便地集成开发环境和调试工具。 程序实际运行的环境称为目标机，也就是嵌入式系统环境。嵌入式系统的系统资源紧缺，存储空间、处理器运行速度等很有限，并且没有相关的编译工具，因此，嵌入式系统的开发需要借助宿主机来编译出目标机的执行代码。由于编译的过程包括编译、链接等几个阶
13、段，因此，嵌入式的交叉编译也包括交叉编译和交叉链接等过程，通常，ARM的交叉编译器为arm-elf-gcc，交叉链接器为arm-elf-ld，一般可执行文件是ELF格式。如图1.3所示。1.3.2 交叉调试嵌入式软件编译和链接完成后即进入调试阶段。调试器与被调试的程序一般运行在同一台计算机上，调试器是一个单独运行着的进程，它通过操作系统提供的调试接口来控制被调试的进程。在嵌入式软件开发中的调试方式采用的是交叉调试，调试器运行在宿主机上的通用操作系统之上，被调试的进程运行在基于特定硬件平台的嵌入式操作系统中。宿主机与目标机通过串口或者网络进行通信。调试器可以控制、访问被调试进程，读取被调试进程的
14、当前状态，并能够改变被调试的运行状态。嵌入式系统的交叉调试方法主要有两种：硬件调试和软件调试，它们共同的特点如下：调试器运行在宿主机上，而被调试的进程运行在目标机上。调试器通过串口、并口、网络、JTAG等控制被调试进程。在目标机上，一般会具备某种形式的调试代理与调试器共同配合对目标机上的进程进行调试。这种调试代理可能是某些支持调试功能的硬件设备，也可能是某些专门的调试软件。目标机可能是某种形式的系统仿真器，通过在宿主机上运行目标机的仿真软件，整个调试过程可以在一台计算机上运行。此时物理上虽然只有一台计算机，但是逻辑上仍然存在这宿主机和目标机的区别22。第二章 设计用嵌入式模块2.1 ARM处理
15、器 ARM处理器当前有6个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11和SecurCore，其中ARM11是最近推出的产品。ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E是4个通用处理器系列。每个系列提供一套特定的性能来满足设计者对功耗、性能、体积的需求。SecurCore是第5个产品系列，是专门为安全设备而设计的。在本设计中，我们用的是ARM9处理器。下面对ARM9进行相应的介绍。ARM9系列于1997年问世。由于采用了5级指令流水线，ARM9处理器能够运行在比ARM7更高的时钟频率上，改善了处理器的整体性能；存储器系统根据哈佛体系结构（程序和数据空间独立的体系结构）重新设计，区分了数据总线和指令总线。ARM9系列的第一个处理器是ARM920T，包含独立的数据指令Cache和MMU。次处理器能够被用在要求有虚拟存储器支持的操作系统上。此系列的ARM922T是ARM922T的变种，只有一半大小的数据指令Cache。ARM940T包含一个更小的数据指令Cache和一个MPU。它是针对不要求运行操作系统的应用而设计的。AR
