基于ARM-Linux的无纸记录仪人机交互系统开发

摘要

记录仪作为一种重要的数据记录仪表,可用来指示记录温度、压力、流量等参数,被广泛地应用于工业现场。现有无纸记录仪一般具备输入信号万能化、用户可组态、较高的测量精度、显示方案丰富、内置存储器等特点。随着微电子技术、计算机技术、网络通信技术的飞速发展,无纸记录仪正朝着智能化、虚拟化、网络化方向发展。
　　 研究工作的任务是研制基于ARM9核的S3C2410和嵌入式Linux操作系统的无纸记录仪人机交互系统,其具有显示的多样化、用户组态及大容量数据存储等功能,支持ModBus协议与TCP/IP协议族。
　　 无纸记录仪总体上分为数据采集板卡与人机交互系统两部分,采用ModBus协议通信。根据实际需求,从硬件平台、操作系统及人机交互界面开发平台三个方面论述了人机交互系统的实现方案,确定了系统的开发流程。完成了宿主机开发平台的搭建、Linux内核的移植及根文件系统的制作。
　　 Linux内核中有一个统一的设备模型。介绍了sysfs文件系统结构及功能,详细分析了数据结构kobject、kset、bus_type、device、device_driver的内容、作用、相互关系及注册过程。结合LCD驱动,给出了平台设备的注册过程及组织关系。成功开发了基于输入子系统的触摸屏驱动和基于平台设备的CS8900网络设备驱动程序。
　　 人机交互界面基于Qt/Embedded开发。详细介绍了Qt开发环境的建立过程及目标平台的移植过程。采用模块化和面向对象相结合的程序设计方法,确定了人机交互程序的实现结构,论述了各界面的设计及功能。重点分析了串口、数据处理及曲线棒图显示等模块的实现方法。
　　 完成了人机交互系统的驱动部分及界面的测试和无纸记录仪整体测试工作。测试结果表明:人机交互系统各驱动工作正常,界面简洁直观、操作方便,系统运行稳定。无纸记录仪系统测量精度高,两部分之间通信可靠,系统的拓展性好,达到了设计要求。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 背景及意义

1.2 国内外研究现状及趋势

1.2.1 无纸记录仪的现状与趋势

1.2.2 嵌入式技术的现状与趋势

1.3 研究工作的主要内容

第2章 无纸记录仪总体设计

2.1 总体方案设计

2.2 具体功能需求分析

2.2.1 采集板卡具体功能分析

2.2.2 人机交互端具体功能分析

2.3 小结

第3章 人机交互系统方案设计

3.1 嵌入式系统结构

3.2 系统实现方案

3.2.1 硬件平台

3.2.2 操作系统选择

3.2.3 人机交互界面开发平台选择

3.3 开发流程

3.4 小结

第4章 Linux开发平台构建

4.1 宿主机开发平台的搭建

4.1.1 交叉编译环境的建立

4.1.2 网络文件系统的建立

4.2 内核移植

4.3 根文件系统的制作

4.4 小结

第五章 Linux设备驱动程序开发

5.1 Linux设备驱动概述

5.2 Linux设备模型

5.2.1 sysfs文件系统

5.2.2 底层数据结构

5.2.3 中间层数据结构

5.2.4 平台设备机制

5.3 LCD驱动

5.3.1 硬件原理

5.3.2 移植

5.3.3 内核中实现方法

5.4 触摸屏驱动

5.4.1 硬件原理及工作模式

5.4.2 驱动的实现

5.5 网卡CS8900A驱动

5.5.1 硬件连接

5.5.2 网络设备驱动的结构

5.5.3 驱动的实现

5.6 小结

第六章 人机交互界面设计

6.1 Qt介绍

6.1.1 Qt特性

6.1.2 结构框架

6.1.3 Qt版本

6.2 Qt开发环境的搭建

6.2.1 配置、编译与安装

6.2.2 配置选项及环境变量

6.3 程序整体框图

6.4 具体界面设计

6.4.1 显示界面

6.4.2 配置、设置界面

6.5 关键模块的实现

6.5.1 串口通信模块

6.5.2 数据处理

6.5.3 曲线显示

6.6 小结

第7章 系统测试

7.1 驱动程序测试

7.1.1 LCD

7.1.2 触摸屏

7.1.3 网卡CS8900A

7.2 人机交互界面测试

7.3 无纸记录仪联机测试

7.4 小结

第8章 总结与展望

8.1 工作总结

8.2 研究展望

致谢

参考文献

附录