基于ARM和嵌入式Linux的志愿船自动测报仪的设计与开发

摘要

目前国产志愿船自动测报仪在实际运行过程中，普遍存在着系统功耗过大、性能较差、稳定性不好等问题，与国际同类产品相比有较大差距。如何解决这些问题并缩小这种差距是我国志愿船自动测报仪研发工作的主要方向。 本文以我国“志愿船自动测报仪政府采购计划”为背景，重点设计了低成本、低功耗、高性能、高可靠性的新型志愿船自动测报仪系统，对其系统构建、操作系统的移植、图形用户界面的设计进行了深入研究。本文主要贡献如下： 1.低功耗、高性能系统的硬件电路设计在对原有设备的结构功能认真分析的基础上，结合现在比较流行的嵌入式技术，采用功耗低、功能强大的ARM9EJ-S核处理器，对系统硬件电路进行了重新设计。重新设计后的电路保留了系统原有的功能，系统功耗大幅减少，集成度高，体积小。 2.将嵌入式Linux操作系统应用到仪器中操作系统的引入增加了系统运行的稳定性。嵌入式操作系统种类很多，本文选择了开源的嵌入式Linux，针对设计出的硬件电路对操作系统进行了板级移植，详细阐述了移植过程和Linux下设备驱动的开发。 3.设计了良好的图形用户界面，使系统操作变得直观、简单深入研究了嵌入式Linux下的图形界面，将图形界面系统MiniGUI移植到Linux系统中。本文深入分析了MiniGUI的结构、原理，详细阐述了MiniGUI的移植过程，设计了较完善、友好的图形用户界面，并在此基础上设计了基于图形界面的应用程序，大大方便了用户的操作。 4.改良了数据传输协议，完善了数据保护措施以查缺补漏的方式对原系统的通信协议进行了修改，并认真考虑了各种情况下系统的数据保护问题，提出了应对措施。 最后，根据本系统实际研究开发结果，总结分析了系统的特点，并对下一步设计工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1志愿船自动测报仪概述

1.2课题提出的背景

1.3志愿船自动测报仪的现状

1.4本课题主要研究内容和关键技术

1.5课题的研究意义和主要工作

2系统方案设计

2.1设计要求和设计原则

2.1.1志愿船自动测报仪的设计要求

2.1.2志愿船自动测报仪的设计原则

2.2设计方案论证及确定

2.2.1嵌入式系统概述

2.2.2设计方案比较

2.2.3基于ARM和Linux的志愿船自动测报仪设计方案的确定

3志愿船自动测报仪的硬件体系结构

3.1传感器选型和数据采集方式

3.2系统设计整体框图

3.3无片外Flash的自启动方式的研究

3.3.1可行性分析

3.3.2硬件电路设计

3.3.3 SD卡操作时序

3.3.4 FAT16文件系统的研究

3.3.5片内ROM程序的编写

3.4主要系统电路设计

3.4.1 CPU外围电路

3.4.2 JTAG调试接口电路

3.4.3串口通信电路和USB接口电路

4志愿船自动测报仪操作系统ARM-Linux的建立

4.1 Linux内核组成

4.2 Linux移植概述

4.3用GNU tools建立交叉编译环境

4.4内核编译及过程分析

4.5嵌入式Linux下志愿船自动测报仪的驱动开发

4.5.1 Linux驱动程序分类

4.5.2内核模块的编写

4.5.3串口驱动

4.5.4液晶驱动电路和驱动程序

4.5.5键盘电路和键盘驱动

5嵌入式Linux下志愿船自动测报仪软件的设计

5.1嵌入式Linux下图形界面的研究

5.1.1 MicoroWindows/NanoX

5.1.2 OpenGUI

5.1.3 Qt/Embedded

5.1.4 MiniGUI

5.2基于MiniGUI的志愿船测报仪软件设计

5.2.1 MiniGUI图形系统的体系结构分析

5.2.2 MiniGUI移植

5.2.3 MiniGUI应用程序基本结构

5.3志愿船自动测报仪的人机界面

5.3.1志愿船自动测报仪人机界面菜单设计

5.3.2基于MiniGUI的志愿船自动测报仪软件的实现

6志愿船自动测报仪的数据通讯及数据保护

6.1志愿船自动测报仪的模块间通讯协议

6.1.1风传感器与中央控制系统通信协议

6.1.2 GPS与中央控制系统通信协议

6.1.3电子罗盘与中央控制系统通信协议

6.2数据远程通讯

6.2.1 GPRS通讯方式

6.2.2志愿船远程通讯模块

6.2.3志愿船自动测报仪远程通讯协议的制定

6.3数据保护

6.3.1本地冗余存储

6.3.2数据重发保护

6.3.3传感器工作异常时保护

7总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果