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基于嵌入式Linux的多磁控管电源控制系统设计

作者:时间:2008-06-20来源:网络收藏

1、电路硬件整体

主要包括3个模块:1,人机交换模块(S3C2410芯片扩展电路)、2,功率输出模块(ATmega16L芯片扩展电路)、3,磁工作电路。人机交换模块主要用来接收使用者的命令数据,再传递给功率输出模块输出给定功率。同时接收功率输出模块电路中功率反馈回来的信息,使得使用者能对相应信息做出处理。整体框架如图1―1所示:

1.1S3C2410X处理器的控制电路

中采用韩国三星半道体公司的S3C2410X处理器作为主控制芯片。SBC2410X是一款ARM920T内核的16/32位RISC微处理器,高性价格比,低功耗。应用该芯片作为主控制芯片,并扩展64M SDRAM、64M Nand Flash、1M的Nor Flash、标准串口、用户按建、液晶屏接口、JTAG模块、以太网接口(如图1―2所示)。

图1―2、S3C2410外围扩展

1.2 ATmega16L单片机功率输出电路设计

从芯片采用AVR系列单片机ATmega16L。ATmega16具有丰富的片内资源,其中包括:16k字节的在线编程,应用编程Flash程序处理器,512字节EPROM,1K字节SRAM,32个通用工作寄存器,32个通用I/O口,3个定时/数据器,20个中断源,2个可编程串口USART,15种通过软件选择的节电模式。www.51kaifa.com

主从芯片模块之间通过各自串口进行数据的交互。具体上说,主电路模块发送数据给从芯片模块,从芯片根据输入数据产生相应波形,以得到对应的输出功率。同时从芯片应用采集电路模块,采集实际功率反馈到主芯片,由主芯片将数据交给用户管理,必要时候会发出警告信息,达到保护电路的作用。

2、驱动程序的编写和内核的裁剪

设计采用操作系统作为操作平台。从系统发展的过程来看,Linux从最开始就是一个开放的系统,并且遵循着源代码开放的原则,它是一个稳定的网络操作系统,作为系统有如下优势。

(1) Linux的源码开放性允许任何人可以修改它的源代码。这样可以降低开发的成本,另一方面可以提高开发成本。(2) Linux支持X86、ARM、MIPS、SH等多种体系结构,并且已经移植到多种硬件平台。(3)Linux有独特的内核模块机制,它可以根据用户需要,实时的将某模块插入到内核或者从内核中移走。(4)linux系统内核精简、高效和稳定,能够充分发挥硬件功能,因此比其他操作系统运行更高效率。(5)Linux是首先支持TCP/IP协议栈的操作系统,它的内核在网络方面非常的完。www.51kaifa.com

因为开发的目标环境针对特定的操作系统,因此采用宿主机/目标机的方式,在PC机上装Linux操作系统,建立交叉编译环境arm-gcc。然后为设计系统硬件编写特定驱动程序,主要包括显示模块和串口通讯模块的驱动功能。

2.1液晶显示模块完成人机友好界面的数据驱动,对图形具有显示能力,设计中采用模块化的方法设计驱动程序。液晶显示驱动程序设计的内容如下:

(1)首先对驱动程序管理的硬件进行必要的初试化。(2)初始化设备相关的参数。(3)在内核中注册设备。其中涉及到重要的结构体为: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串口通讯完成主控芯片发送数据和命令给从芯片,使从芯片完成端口的波形输出,通过输出的波形控制大功率设备的功率。同时大功率设备通过测量电路反馈实际功率给从芯片,从芯片通过串口发送数据给主控芯片显示正确的功率数据,方便用户查看。串口驱动的设计内容:www.51kaifa.com

(1)初始化串口相关的硬件设备。涉及到重要的结构体为:

static struct tty_driver normal, callout;

static struct tty_struct *s3c2410_table[UART_NR];

static struct termios *s3c2410_termios[UART_NR];

static struct *s3c2410_termios_locked[UART_NR]。

(2)注册中断服务程序。接受中断服务程序:

static void s3c2410uart_rx_interrupt(int irq, void *dev_id,,struct pt_regs *regs);

发送中断服务程序:

static void s3c2410uart_tx_interrupt(int irq, void *dev_id, ,struct pt_regs *reg);

(3)在内核中注册设备。uart_register_driver(s3c2410_reg)。

(4)设备的加载和卸载。module_init(s3c2410uart_init);module_init(s3c2410uart_init)。

设计好硬件驱动程序后,为控制主芯片裁剪Linux内核以适合控制设备的需要。进入PC机Linux操作系统,进入ViVi原代码目录,执行“make menuconfig”命令开始配置内核。配置完毕以后再执行“make”命令便宜ViVi。将ViVi的映像文件通过JTAG烧写到设计好的硬件电路板中。

进入Linux内核文件中执行“make menuconfig”命令开始配置Linux内核文件,选上要使用的驱动选项并根据电路板实际芯片模块配置内核,最后使用“make”命令编译内核文件。如果编译出问题需要修改内核文件。编译成功以后通过串口将生成的映像文件下载到电路板中。之后ViVi 就可以启动下载好的内核文件。内核的设计及其调试流程图2―1。

图2―1、内核调试流程

3、基于QT的主芯片程序设计和从芯片程序设计

图形用户界面GUI是迄今为止计算机系统中最为成熟的人机交互技术。不同于桌面系统,嵌入式GUI所具备的特点:

*体积小;*运行时耗用的系统资源小;*上层接口与硬件无关,高度移植;*高度可靠性;

在开发中,考虑到问题主要集中在图形用户界面对硬件的要求,设计中提供给用户的最终界面是简单的实用性。

设计中采用挪威TrollTech公司提供的嵌入式开发平台QT/Embedded,做为本设计的软件开发平台。该平台以C++语言作为开发语言,其核心被称作信号与槽的机制。设计中,主芯片主要完成把数据显示在液晶模块上,让用户直观的控制设备的运行状况。同时还要把用户设定的功率发送给从芯片,使从芯片输出功率的波形。利用QT自带类QLCDNumber可以完成此工作,其中继承了显示相关的许多功能。图形控件布局采用类QWidget,时间的计算显示采用类QTimer。通讯模块中采用Linux内核函数cfsetispeed()进行波特率的设定,利用串口重要数据结构体struct termios Opt对串口的校验位,停止位进行相应的设定,达到发送和接收数据的目的。图3―1显示主芯片程序设计流程。www.51kaifa.com

从芯片采用中断方式接收主芯片发送过来的数据,并对接收过来的数据进行处理后,在端口引脚输出波形,波形经过输出电路产生适合大小的功率。同时从芯片不断的接收采集模块采集的电流数据,并对数据进行处理,再通过串口发送给主芯片,显示在主芯片的液晶模块上,提供给用户监控,并可以对危险信号进行处理。

图3―1、主芯片程序流程图

4的软硬联调

将编写好的主芯片程序应用交叉编译器进行编译,产生二进制代码,应用网络下载到主电路板中。同时把程序所关联的库文件和联结文件通过网络下载到主电路板Linux内核的对应位置并进行相应链接。

编写好的从芯片程序用编译器编译生成二进制代码,并烧入芯片的Flash中,以使得代码固化在芯片中。

为了检查设计电路测量和输出的准确性,需要验证给定功率、实际功率、显示的反馈功率之间的大小关系。最后实验显示:给定功率=计算实际功率=显示的反馈功率,证明设计的基于Linux控制系统能准确的运行,设计达到了性能要求。

5、结语

设计后的控制系统具有友好的图形操作界面,操作简便、直观。设计采用主、从二芯片的方案达到远程控制的优点,又保障了操作人员操作的安全性。

基于嵌入式Linux操作系统的控制系统设计运行稳定,实时性高。软件设计中加入对危险信号的处理达到保护设备的目的,运行安全、可靠性增强、实时性高,将有利于用户及科研机构的使用。

本文作者创新点:

1, 采用嵌入式系统的方法设计控制系统,具有实时性和稳定性的特性。

2, 国内对于多磁的设计方案较少,本论文提供了一种多磁控制的设计方案。

参考文献:

[1]于明,范书瑞编.ARM9嵌入式系统设计与开发教程[M].北京:电子工业出版社,2006.

[2][美]Bonnie Baker著,李喻奎译.嵌入式系统中的模拟设计[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2006

[3] 刘晶晶.基于ARM-Linux嵌入式系统引导程序的设计 [L].微计算机信息.2006年第2-2期.P123-125.

[4]李善平编.Linux内核2.4版源代码分析大全[M].北京:机械工业出版社,2002.

[5]倪继利编.QT及Linux操作系统窗口设计[M].北京:电子工业出版社,2006.

linux操作系统文章专题:linux操作系统详解(linux不再难懂)

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