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1、电子 科 技 大 学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOG Y OF CHINA硕士学位论文MASTER THESIS论文题目 嵌入式Linux下PCIE数据采集卡驱动开发学科专业测试计量技术及仪器学 号18作者姓名周小波指导教师谢永乐教授分类号密级UDC注1学位论文嵌入式Linux下PCIE数据采集卡驱动开发（题名和副题名）周小波（作者姓名）指导教师谢永乐教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位学科专业测试计量技术及仪器提交论文日论文答辩日期学位授予单位和日期 电子科技大学2013年6月 日答辩委员会主席评阅注1:注明国际十进
2、分类法 UDC的类号。DRIVERDEVELOPMEOF PCIE DATAACQUISITIONCARDIN EMBEDDED LINUXA Thesis Submitted toUn iversity of Electro nic Scie nee and Tech no logy of Chi naMajor: Measuri ng& Testi ng Tech no logy and In strume ntsAuthor: Xiaobo ZhouAdvisor :Prof. Yongle XieSchool:School of Automati on Engineering独创性声明
3、本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名： 日期： 年 月 日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或
4、扫描等复制手段保存、汇编 学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名： 导师签名：摘要随着信息技术的不断发展，高端嵌入式系统的需求持续加大。Linux 的巨大优势使得它在嵌入式领域备受关注。 本论文以高速数据采 集嵌入式系统研发为背景，采用飞思卡尔 MPC85X处理器，对PCIE数 据采集卡的驱动开发进行了讨论。首先，本文讲解了嵌入式数据采集系统的发展现状和需求，并结 合需求给出了一款高速数据采集嵌入式系统的方案，并对该方案的各 个部件的选取和方案的实施做了简要的讲解。其次，论文讲解了飞思卡尔公司的 MPC85X主控制器的性能参数， 同时采用高速采集系统的硬件总体搭建与各个模块分
5、别设计相结合的 方法，介绍了高速数据采集系统的硬件结构；同时结合项目讲解了嵌 入式 LinuX 开发环境的建立。第三，我们选取 U-Boot 作为引导程序，对其功能做、结构和编译 过程做了详尽的分析；根据主控制器硬件搭载情况，给出了 U-Boot 的 配置、移植方法。第四，我们在对 LinuX 内核介绍的基础上，对嵌入式操作系统进 行了比较，并深入分析了 LinuX 内核源码结构，结合系统硬件配备情 况对 LinuX 内核的配置及其移植方法做了介绍；本文还对 LinuX 根文 件系统及其构建做了剖析。第五，论述并分析了 LinuX 驱动程序的开发技术，深入剖析了字 符设备驱动程序的基本结构，并
6、对PCIE高速数据采集卡驱动程序的设 计做了详尽的论述。并给出了 linuX 操作系统的调试方法，并对驱动 程序的调试、动静态加载以及测试方法做了详述，并给出其最终的测 试结果。本论文介绍的数据采集系统采用的是 4 个链路，它的理论速度可 以达到lOGbps由于PCI Express的链路可以是8、16甚至是32个， 如果增加 PCI EXpress 的链路，将达到更高的数据传输速率。 MPC85XX 控制器具有千兆以太网和SATA硬盘接口，这可将采集到的数据以千兆 以太网转发或直接存在大容量硬盘，以提高信息的采集量。关键词：嵌入式系统、 Linux 内核、 PCI Express 、驱动程序
7、、 DMAABSTRACTWith the continuous development of information technology,demands for high-end embedded systems continue to increase.Linux makes itself be the focus of attention in the embedded domain owing to its enormous superiority.Taking research and development of data gathering system as the back
8、ground and using MPC85xx to be processor,this thesis discusses the driver development of PCIE data acquisition card.Firstly,this article explains present development situation and the demandof the embeddeddata acquisition system.Combined with demand,this thesis has given a solution of high speed dat
9、a acquisition embedded system,and made the brief explanation to selection of each part of this solution and its specific implementation.Secondly,The paper explains the MPC8536RDaKnd its performance parameters.we introduce the hardware structure of high speed data acquisition embedded system combined
10、 with overall design of data acquisition system hardware structure and its each module.This article explains how to set up the embedded Linux development environment based on the project.Thirdly,we select U-Boot as the booting procedure and explain its function,and make detail analysis of its struct
11、ure and compilation process.According to hardware of the host controller,we present the configuration and porting method of U-Boot.Fourth,we compare the embedded operating system on the basis of introducing Linux kernel,and analyse Linux kernel source code structure.According to hardware of system,w
12、e present the configuration and porting method of linux kernel.This paper also analyse Linux root file system and its construction.Fifth,this article discusses and analyses development techniques of Linux driver,and analyses the basic structure of a character device driver in detail.Moreover,this ar
13、ticle elaborates PCIE card driver.At last,we give debugging,loading and testing method of the Linux and driver,and its final test results.Key words: Embedded system,Linux Kernel,PCI Express,Driver Program,DMA目录第一章 绪论. 1.1 课题研究背景 1.2 课题研究意义 1.3 课题工作 . 第二章 数据采集卡驱动开发总体方案 2.1 高速采集系统总体方案介绍 2.2 方案中各部件选取 2
14、.3 数据采集卡驱动的开发流程 2.4 本章小结 . 第三章 系统硬件及 Linux 开发环境的搭建 3.1 系统硬件 . 3.1.1 系统硬件总体结构 3.1.2 嵌入式控制器及其功能 3.1.3 PCIE 高速数据采集卡 3.2 嵌入式 Linux 开发环境的建立 3.2.1 LTIB 开发工具 3.2.2 开发环境建立 3.3 本章小结 . 第四章 Linux 系统移植 4.1 U-Boot 移植 4.1.1 U-Boot 简介 4.1.2 U-Boot 移植要点 4.1.3 系统嵌入式控制器的 U-Boot 移植 4.2 Linux 内核移植 4.2.1 Linux 概述 4.2.2
15、Linux 内核移植 4.3 构建 Linux 根文件系统 4.3.1 Linux 根文件系统 4.3.2 根文件系统制作 4.4 本章小结 . 第五章 Linux 驱动程序 5.1 设备驱动概述 5.1.1 Linux 设备的种类和特点 5.1.2 Linux 设备驱动与计算机软硬件系统的关系5.2 字符设备驱动 5.3 Linux 设备驱动的阻塞 5.4 中断. 5.4.1 Linux 中断处理架构 5.4.2 Linux 中断编程 5.5 本章小结 . 第六章 PCIE 高速数据采集卡驱动程序开发 6.1 PCI EXPRESS的配置空间6.2 PCI EXPRESS的接口功能寄存器 6.3 PCIE 高速数据采集卡驱动程序开发 6.3.1 驱动模块加载 6.3.2 pci_driver 结构注册 6.3.3 PCIE 驱动支持的硬件设备 6.3.4 probe 成员函数 6.3.5 DMA 操作 6.3.6 中断处理 6.3.7 文件操作 6.3.8 remove 函数 6.3.9 模块卸载 6.4 本章小结 第七章 系统各部分调试、加载与测试 7
