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电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于嵌入式Linux的数据采集系统关键模块设计学科专业测试计量技术及仪器学号201021070219作者姓名郑仕碧指导教师谢永乐教授分类号密级UDC注1学位论文基于嵌入式Linux的数据采集系统关键模块设计（题名和副题名）郑仕碧（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）申请学位级别硕士学科专业测试计量技术及仪器提交论文日期论文答辩日期学位授予单位和日期电子科技大学年月日答辩委员会主席评阅人KEYMODULEDESIGNOFDATAACQUISITIONSYSTEMBASEDONEMBEDDEDLINUXSYSTEMAThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:Measuring&TestingTechnologyandInstrumentsAuthor:ShibiZhengAdvisor:YongleXieSchool:SchoolofAutomationEngineering独创性声明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：日期：年月日摘要I摘要现代科技技术不断发展，嵌入式Linux系统的研究越来越重要。针对数据采集系统设计需要，移植嵌入式Linux操作系统，设计数据采集系统关键功能模块。本文采用Freescale公司的MPC8536处理器作为主控制器，控制数据采集卡采集数据，并设计数据采集系统数据传输模块和时间同步功能模块。本文在比较了几种嵌入式系统的优缺点之后，选择Linux系统作为数据采集系统的操作系统。分析编译操作系统引导程序U-boot，剪裁编译Linux内核并创建根文件系统。将U-boot镜像烧写到SD卡，而内核和根文件系统也可以烧写进SD卡的方式启动系统，也可以通过TFTP或者NFS服务下载镜像的方式启动系统。并搭建适用于软件应用开发的环境。为应用软件在硬件控制系统中的运行提供了可靠的平台。本文针对课题研究需要，设计高速数据采集系统的通讯功能模块，时间同步功能模块两个部分。第一，本文设计的通讯软件主要负责硬件和软件之间的数据交互，采用基于TCP/IP网络协议的套接字网络编程（C/S模式），客户端配置控制命令模块、数据接收处理模块和文件解压模块。服务器端利用Huffman编码方式压缩数据，并并检测网络通断、网络传输速度。第二，本文中精准时钟同步的实现采用了IEEE1588精确时钟同步协议，在整个测试系统中建立主从同步结构，从端通过包中的时间信息对自身进行校准，从而获得与主端的时间同步。提供高精度的时钟同步功能。通过本论文的设计，使系统数据信息得到了有效的处理和传输操作，保证了高速数据采集系统的高速有效运行，并保证了采集系统与外部时钟的一致性。关键词：嵌入式Linux，套接字网络编程，Huffman，IEEE1588ABSTRACTIIABSTRACTTheapplicationofEmbededLinuxSystem(ELS)hasplayedamoreandmoreinportantroleinthedevelopmentofmodernscienceandtechnology.Inthispaper,weconstructaparticularELSanddesignanapplicationtomeettheneedsofhigh-speeddataacquisitionsystem(DAQ).ThepurposeofthispaperistocontrolthedataacquisitioncardworkingwithMPC-8536serieschipasthemaincontrolleranddesigizendatatransmissionmoduleandtimesynchronizationmodule.Inthispaper,afterwecomparedsomeusualELS,chooseLinuxsystemasembededsystemforDAQ.ThenweconfiguredandcompiledtheU-bootofLinuxsystemandkernelproperly,wetransplantedU-boottotheSDcard,bootmthesystemwithNFSorTFTP.finally,webuildanenvironmentforapplication.Allproceduresabovegavesupportstoachieveahighreliabilityofsystem.AccordingtotheneedofDAQ,designcommunicationmoduleandtimesynchronizationmodule.Firstly,theapplicationwedesignedisacommunicationsoftwarewhichisusedtodoasainter-mediumbetweenHWandSWusingSocketnetworkprogramming(C/Smode)basedonTCP/IPnetworkprotocol.Theclientconfigurescommandmodule,datareceiving&processingmoduleandfilecompression&decompressionmodule.Meanwhile,theserversetsupthecommandanalysismodule,networkoff/ondetectionmodule,network'stransmissionspeedtestingmoduleandfilecompressionmodule.Second,weusedIEEE-1588protocoltorealizethetime-accuratesynchronization.Inthewholetestingsystem,weconstuctedamaster-slavesynchronizationarchitectureandletitadjustitselfaccordingtotheinformationcomefrompackets.Resultsindicatedthatwegetthedesiredpurpose.Thedesigninginthispapercanensuredthehigh-speedDAQsystemrunningefficientlyaswellasguaranteedtheconsistencyofDAQsystemandexternalclock.Keywords:embeddedLinux,SOCKETprogramming,Huffman,IEEE1588目录III目录第一章绪论....................................................................................................................11.1数据采集系统发展状况...........................................................................11.2嵌入式系统发展动态...............................................................................21.3本课题关键模块分析...............................................................................31.4本文结构框架...........................................................................................4第二章嵌入式数据采集系统总体设计........................................................................52.1数据采集系统关键功能模块设计...........................................................52.2嵌入式操作系统设计...............................................................................62.3嵌入式数据采集系统开发流程设计.......................................................72.4本章小结...................................................................................................8第三章嵌入式开发环境的搭建....................................................................................93.1目标板移植嵌入式Linux系统................................................................93.1.2U-boot的编译与移植.....................................................................93.1.3Linux内核的分析与配置编译......................................................113.1.4文件系统的分析..........................................................................133.2宿主机环境搭建.....................................................................................143.2.1宿主机环境安装..........................................................................153.2.2LTIB交叉编译调试工具链的安装..............................................173.3编译程序示例..........................................................................................183.3本章小结................