基于嵌入式Linux多磁控管電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于嵌入式linux多磁控管電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、硬件整體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要包括3個(gè)模塊：1，人機(jī)交換模塊（芯片擴(kuò)展電路）、2，功率輸出模塊（atmega16l芯片擴(kuò)展電路）、3，磁控管工作電路。人機(jī)交換模塊主要用來(lái)接收用法者的指令數(shù)據(jù)，再傳遞給功率輸出模塊輸出給定功率。同時(shí)接收功率輸出模塊電路中功率反饋回歸的信息，使得用法者能對(duì)相應(yīng)信息做出處理。整體框架11所示：1.1基于s3c2410x處理器的控制電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中采納韓國(guó)三星半道體公司的s3c2410x處理器作為主控制芯片。sbc2410x是一款基于920t內(nèi)核的16/32位risc微處理器，高性價(jià)格比，低功耗。應(yīng)用該芯片作為主控制芯片，并擴(kuò)展

2、64m sdram、64m nand flash、1m的nor flash、標(biāo)準(zhǔn)串口、用戶按建、液晶屏接口、jtag模塊、以太網(wǎng)接口（12所示）。圖12、s3c2410外圍擴(kuò)展1.2 基于atmega16l功率輸出電路設(shè)計(jì)從芯片采納系列單片機(jī)atmega16l。atmega16具有豐盛的片內(nèi)資源，其中包括：16k字節(jié)的在線編程，應(yīng)用編程flash程序處理器，512字節(jié)eprom,1k字節(jié)sram，32個(gè)通用工作寄存器，32個(gè)通用i/o口，3個(gè)定時(shí)/數(shù)據(jù)器，20個(gè)中斷源，2個(gè)可編程串口usart，15種通過(guò)軟件挑選的節(jié)電模式。主從芯片模塊之間通過(guò)各自串口舉行數(shù)據(jù)的交互。詳細(xì)上說(shuō)，主電路模塊發(fā)送數(shù)

3、據(jù)給從芯片模塊，從芯片按照輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)波形，以得到對(duì)應(yīng)的輸出功率。同時(shí)從芯片應(yīng)用采集電路模塊，采集實(shí)際功率反饋到主芯片，由主芯片將數(shù)據(jù)交給用戶管理，須要時(shí)候會(huì)發(fā)出警告信息，達(dá)到庇護(hù)電路的作用。2、驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)和內(nèi)核的裁剪設(shè)計(jì)采納linux操作系統(tǒng)作為操作平臺(tái)。從linux系統(tǒng)進(jìn)展的過(guò)程來(lái)看，linux從最開(kāi)頭就是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，并且遵循著源代碼開(kāi)放的原則，它是一個(gè)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，作為嵌入式系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì)。（1） linux的源碼開(kāi)放性允許任何人可以修改它的源代碼。這樣可以降低開(kāi)發(fā)的成本，另一方面可以提高開(kāi)發(fā)成本。（2） linux支持x86、arm、sh等多種體系結(jié)構(gòu)，并且已經(jīng)移植到

4、多種硬件平臺(tái)。（3）linux有獨(dú)特的內(nèi)核模塊機(jī)制，它可以按照用戶需要，實(shí)時(shí)的將某模塊插入到內(nèi)核或者從內(nèi)核中移走。（4）linux系統(tǒng)內(nèi)核精簡(jiǎn)、高效和穩(wěn)定，能夠充分發(fā)揮硬件功能，因此比其他操作系統(tǒng)運(yùn)行更高效率。（5）linux是首先支持tcp/ip協(xié)議棧的操作系統(tǒng)，它的內(nèi)核在網(wǎng)絡(luò)方面十分的完。由于嵌入式開(kāi)發(fā)的目標(biāo)環(huán)境針對(duì)特定的操作系統(tǒng)，因此采納宿主機(jī)/目標(biāo)機(jī)的方式，在pc機(jī)上裝linux操作系統(tǒng)，建立交錯(cuò)編譯環(huán)境arm-gcc。然后為設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件編寫(xiě)特定驅(qū)動(dòng)程序，主要包括顯示模塊和串口通訊模塊的驅(qū)動(dòng)功能。2.1液晶顯示模塊完成人機(jī)友好界面的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，對(duì)圖形具有顯示能力，設(shè)計(jì)中采納模塊化的辦法設(shè)

5、計(jì)驅(qū)動(dòng)程序。液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容如下：(1)首先對(duì)驅(qū)動(dòng)程序管理的硬件舉行須要的初試化。(2)初始化設(shè)備相關(guān)的參數(shù)。(3)在內(nèi)核中注冊(cè)設(shè)備。其中涉及到重要的結(jié)構(gòu)體為：static struct fb_ops s3c2410fb_ops；(4)其他的初始化工作。int _init s3c2410fb_init(void)；int _init s3c2410fb_setup(char *options)。2.2串口通訊完成主控芯片發(fā)送數(shù)據(jù)和指令給從芯片，使從芯片完成端口的波形輸出，通過(guò)輸出的波形控制大功率設(shè)備的功率。同時(shí)大功率設(shè)備通過(guò)測(cè)量電路反饋實(shí)際功率給從芯片，從芯片通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)給主控芯

6、片顯示正確的功率數(shù)據(jù)，便利用戶查看。串口驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容：(1)初始化串口相關(guān)的硬件設(shè)備。涉及到重要的結(jié)構(gòu)體為：static struct tty_driver normal, callout；static struct tty_struct *s3c2410_tableuart_nr；static struct termios *s3c2410_termiosuart_nr；static struct *s3c2410_termios_lockeduart_nr。(2)注冊(cè)中斷服務(wù)程序。接受中斷服務(wù)程序：static void s3c2410uart_rx_interrupt(int irq,

7、 void *dev_id,，struct pt_regs *regs)；發(fā)送中斷服務(wù)程序：static void s3c2410uart_tx_interrupt(int irq, void *dev_id, ，struct pt_regs *reg)；(3)在內(nèi)核中注冊(cè)設(shè)備。uart_register_driver(&s3c2410_reg)。(4)設(shè)備的加載和卸載。module_init(s3c2410uart_init);module_init(s3c2410uart_init)。設(shè)計(jì)好硬件驅(qū)動(dòng)程序后，為控制主芯片裁剪linux內(nèi)核以適合控制設(shè)備的需要。進(jìn)入pc機(jī)linux操作

8、系統(tǒng)，進(jìn)入vivi原代碼名目，執(zhí)行“make menuconfig”指令開(kāi)頭配置內(nèi)核。配置完畢以后再執(zhí)行“make”指令廉價(jià)vivi。將vivi的映像文件通過(guò)jtag燒寫(xiě)到設(shè)計(jì)好的硬件電路板中。進(jìn)入linux內(nèi)核文件中執(zhí)行“make menuconfig”指令開(kāi)頭配置linux內(nèi)核文件,選上要用法的驅(qū)動(dòng)選項(xiàng)并按照電路板實(shí)際芯片模塊配置內(nèi)核，最后用法“make”指令編譯內(nèi)核文件。假如編譯出問(wèn)題需要修改內(nèi)核文件。編譯勝利以后通過(guò)串口將生成的映像文件下載到電路板中。之后vivi 就可以啟動(dòng)下載好的內(nèi)核文件。內(nèi)核的設(shè)計(jì)及其調(diào)試流程圖21。圖21、內(nèi)核調(diào)試流程3、基于qt的主芯片控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和從芯片

9、程序設(shè)計(jì)圖形用戶界面gui是迄今為止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最為成熟的人機(jī)交互技術(shù)。不同于桌面系統(tǒng)，嵌入式gui所具備的特點(diǎn)：*體積?。?運(yùn)行時(shí)耗用的系統(tǒng)資源?。?上層接口與硬件無(wú)關(guān)，高度移植；*高度牢靠性；在開(kāi)發(fā)中，考慮到問(wèn)題主要集中在圖形用戶界面向硬件的要求，設(shè)計(jì)中提供應(yīng)用戶的終于界面是容易的有用性。設(shè)計(jì)中采納挪威trolltech公司提供的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)qt/embedded,做為本設(shè)計(jì)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)以c+語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，其核心被稱(chēng)作信號(hào)與槽的機(jī)制。設(shè)計(jì)中，主芯片主要完成把數(shù)據(jù)顯示在液晶模塊上，讓用戶直觀的控制設(shè)備的運(yùn)行情況。同時(shí)還要把用戶設(shè)定的功率發(fā)送給從芯片，使從芯片輸出功率的波形。利

10、用qt自帶類(lèi)qnumber可以完成此工作，其中繼承了顯示相關(guān)的許多功能。圖形控件布局采納類(lèi)qwidget，時(shí)光的計(jì)算顯示采納類(lèi)qtimer。通訊模塊中采納linux內(nèi)核函數(shù)cfsetispeed()舉行波特率的設(shè)定，利用串口重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體struct termios opt對(duì)串口的校驗(yàn)位，停止位舉行相應(yīng)的設(shè)定，達(dá)到發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的目的。圖31顯示主芯片程序設(shè)計(jì)流程。從芯片采納中斷方式接收主芯片發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)舉行處理后，在端口引腳輸出波形，波形經(jīng)過(guò)輸出電路產(chǎn)生適合大小的功率。同時(shí)從芯片不斷的接收采集模塊采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)舉行處理，再通過(guò)串口發(fā)送給主芯片，顯示在主芯片的液晶模塊上，提供應(yīng)用戶監(jiān)控，并可以對(duì)危急信號(hào)舉行處理。圖31、主芯片程序流程圖4、控制系統(tǒng)的軟硬聯(lián)調(diào)將編寫(xiě)好的主芯片程序應(yīng)用交錯(cuò)編譯器舉行編譯，產(chǎn)生二進(jìn)制代碼，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)下載到主電路板中。同時(shí)把程序所關(guān)聯(lián)的庫(kù)文件和聯(lián)結(jié)文件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載到主電路板linux內(nèi)核的對(duì)應(yīng)位置并舉行相應(yīng)鏈接。編寫(xiě)好的從芯片程序用編譯器編譯生成二進(jìn)制代碼，并燒入芯片的flash中，以使得代碼固化在芯片中。為了檢查設(shè)計(jì)電路測(cè)量和輸出的精確性，需要驗(yàn)證給定功率、實(shí)際功率、顯示的反饋功率之間的大小關(guān)系。最后試驗(yàn)顯示：給定功率=計(jì)算實(shí)際功率=顯示的反饋功率，證實(shí)設(shè)計(jì)的基于linux控制系統(tǒng)能精確的運(yùn)行，設(shè)計(jì)達(dá)到了性能