HIRFL-CSR嵌入式数据库的设计实现

本文论述了用于兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)控制系统的嵌入式数据库的设计和实现方法。控制系统采用三级数据库实现集中管理、分布式控制。前两级基于Windows平台,采用Oracle数据库通过ODBC进行互联,第三级根据控制系统的需要,采用基于嵌入式Linux平台的SQLite数据库引擎通过高速互联网与前两级交换数据。中控室预先将波形数据、事例表等分散存储到前端嵌入式数据库中,实验时,再由嵌入式数据库将数据传递给波形发生器DSP。在同步触发的控制下,DSP根据得到的波形数据产生所需的控制波形,进而控制电源、控制磁场,达到实验目的。

基于FPGA的VME总线控制器及其驱动程序

本文论述了用于兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)前端控制系统的总线控制器的FPGA设计及其基于ARM-Linux下的驱动程序设计。该总线控制器采用Altera公司的ACEX系列中的EP1K30实现,通过VME总线背板同其它VME设备(CPLD)通信,可读VME设备数据,监视电源运行状况,也可向VME设备发送命令和写数据,并且能够响应VME设备中断,读中断数据。为了能够通过AT91RM9200控制器访问VME总线控制器,必须为其编写相应的驱动程序。驱动程序定义了应用程序调用接口和数据格式,并实现了中断机制、多进程访问和数据的突发(burst)读写。

兰州放射性次级束流线数据获取系统的改造

为兰州放射性次级束流线(RIBLL)实验需求升级改造1套基于PC-Linux的数据获取系统。系统采用PCI-CAMAC总线标准,CAMAC插件与计算机间的通讯通过CC32机箱控制器和PCIADA卡来实现。数据在线分析程序可直接连接CERN的PAW/ROOT分析平台。经多次实验检验,系统工作稳定可靠,最大数据获取速率达到了930 KB/s。

基于AT91RM9200的触摸屏驱动及三点校正算法

凭借Internet的优势,随着性能的提高和价格的下降,嵌入式系统的应用也更加的普及和广泛.本文介绍了在ARM-Linux操作系统下,基于USB接口的五线电阻触摸屏的嵌入式驱动程序和一种可用于纠正一些常见机械性误差的触摸屏三点校准算法,驱动的编译配置和算法的实现。由于校准算法简单、灵活,用软件实现,可降低嵌入式系统中的成本,提高产品质量。

基于ARM920T的HIRFL-CSR前端总线控制器FBC-01

本文论述用于兰州重离子加速器冷却存储环(HIRFL-CSR)控制系统的前端总线系统控制器FBC-01的硬件设计。该控制器是基于0.8mmBGA封装的AT91RM9200(ARM9)处理器,运行嵌入式LINUX操作系统。控制器可以连接标准的VGA显示器、键盘、鼠标,具有通用的10M/100M以太网接口、USB接口、RS-232接口、485接口、CANBUS接口。可以带SD卡、CF卡存储器。该控制器采用现场可编程的FPGA器件设计背板接口,并采用具有64mA高驱动能力的总线驱动器,不仅符合VME规范的电气要求,而且具有灵活的接口信号定义可编程能力,是HIRFL-CSR控制系统的关键部件。

基于ARM7内核和嵌入式系统的VME总线控制器的研制

简要介绍了一种VM E式总线控制器的设计方法。三星公司的S3C 4510B是一款采用了ARM 7内核的支持网络连接的高性能16/32位R ISC处理器,采用它和相关芯片研制出了类似3U的VM E总线控制器,嵌入式操作系统为uC linux。该控制器主要给设备总线提供高速网络连接通道,把后台计算机数据库和前端总线设备紧密地连接起来,实现数据的快速获取与给定。

基于ROOT软件包的数据远程获取系统编程

在L inux操作系统中利用ROOT数据软件包,可以开发出稳定可靠的远程数据获取系统。可以通过In tranet网络协议远程获取来自CAM AC机箱控制器的大量前端实验数据,并通过ROOT软件包开发用户操作图形界面,对数据进行离线分析。利用带有三种灵活数据接口方式:以太网、PC I和V SB接口的CAM AC机箱控制器-GTBC,并对其内含的嵌入式系统芯片进行网络服务器编程。可对实验数据进行稳定可靠的远程存取和图谱分析。

加速器控制系统中RS485总线的以太网接入

提出了在加速器控制系统中采用ATmega128和RTL8019AS廉价和高效地实现RS485总线的以太网接入的实现方法。该模块装入了以ATmega128为硬件平台的嵌入式Linux操作系统,它支持TCP/IP协议。根据加速器控制的现场需求,可以很方便地编写用浏览器或组件访问的应用程序。

CSR电源调节器硬件平台设计

HIRFL-CSR（Heavy Ion Research Facility at LanZhou-Cooling Storage Ring兰州重离子冷却储存环）是国家重大科学工程，其控制系统是一个庞大的系统，由许多分控制系统组成，磁场电源控制系统是CSR控制系统中很重要的一部分。加速器运行的所有过程都为电源所控制，所以我们的控制系统的直接控制对象就是磁场电源。为了保证CSR正常运行，控制过程波形的跟踪精度、速度和稳定度，是数字电源调节器的关键所在。电源控制系统以嵌入式处理器ARM、现场可编程门阵列FPGA为核心，实现了远程数据采集、网络通讯和自动控制等功能。本系统可以进行现场监控与调试，也可以通过集成的100Mbps以太网接口电路进行远程监测与控制，CSR上各处输出电压值和电源运行状态自动传送到中央控制中心，中控中心也可以发送命令查询当前电源设备状态和各种读数。本文主要介绍了基于ARM和FPGA的嵌入式电源控制系统的设计与实现。内容主要包括：(1)系统各部分硬件电路设计与电源控制功能实现 ，硬件系统调试 。(2)装载嵌入式Linux操作系统，测试平台接口信号，通过FPGA生成多路数字PWM波形。本文目的是解决CSR电源控制系统问题，但对于许多远程数据采集与控制等问题的解决有重要参考价值

总线控制器的设计及其在CSR控制系统中的应用

HIRFL-CSR(兰州重离子冷却储存环)是国家“九五”重大科学工程之一。CSR控制系统是保证CSR正常运行的重要环节。这是一个基于以太网的分布式控制系统，它由两部分组成：总体控制服务器系统和前端控制服务器系统。 本文介绍了应用于CSR前端控制系统中的嵌入式总线控制器。首先介绍了嵌入式总线控制器的硬件设计方案。系统以32位高速双以太网处理器JUPITER为核心。JUPITER是一款低成本、高性能、建立在以太网系统基础之上的处理器。该系统的外阴电路主要包括存储模块、接日模块、总线控制模块。接口模块有RS485、RS232和网络接口电路。其次论述了嵌入式操作系统uClinux的体系结构以及uClinux与标准Linux的不同之处。论文从uClinux的内核结构出发，讨论了源代码的组织结构，概括分析了uClinuxlj勺内存管理、进程管理。最后介绍了uClinujx统的移植方法和应用实现。uClinux移植主要包括引导装载程序、uClinux内核和文件系统三个部分。在引导装载程序的移植过程中，论文重点给出了一种固化引导装载程序的方法；在uClinux内核移植中，讨沦了交叉编译环境l为建立和uClinux内核配置方法，总结了uClinux内核移植的层次结构和具体的移植过程。沦文通过对嵌入式处理器的分析，以及对嵌入式操作系统移植的探讨，展示了嵌入式系统开发的核心技术，对眠入系统的开发应用具有一定的实际意义。

一种Post-WIMP界面：PGIS的实现

随着计算机应用从桌面环境扩展到移动环境，计算机用户从专业化走向大 众化，传统的 WIMP界面的缺点逐渐体现出来。笔式用户界面作为 Post-WIMP 界面的一种重要形式，具有自然、和谐的交互特性，成为当前研究的热点之一。 针对这一方向，本文对笔式用户界面范式展开了研究。首先，本文阐述了一种 新的基于笔交互的界面范式 PGIS，定义了纸、小工具等交互组件，以及各种组 件的显示形态及交互形式。然后，实现了 PGIS 界面，包括交互对象的管理、 显示等内容。最后，详细介绍了 PGIS 界面的使用过程，并用一个应用实例加 以验证。为了支持上层应用程序的可移植性和可维护性，PGIS界面的使用采用 了模型驱动构架的开发思想。目前，我们基于 PGIS 界面开发了几款优秀的笔 式交互软件，如幼儿教学系统、便签本系统、篮球战术板系统等。这些系统完 全满足用户对笔交互应用程序的需求，目前可在 Linux 系统、Windows 系统等 多种系统上运行。PGIS界面范式的可行性也因此得到了很好的验证。 本文的主要内容有以下几点： 1. 阐述了一种 Post-WIMP范畴下的新的界面范式：PGIS。 本文在对Post-WIMP界面做了充分地理解和分析的基础上，阐述了一种新 的界面范式：PGIS。这是一种基于笔交互的界面范式，文中对该范式的纸笔隐 喻方式、所包含的内容、各交互组件的表现形式、以及各组件间的静态及动态 关系做出了详细的描述。 2. 实现了PGIS界面。 为了验证PGIS界面范式的可行性，并直接支持基于 PGIS范式的应用程序 开发，本文详细介绍了PGIS界面的实现细节，其中包括PGIS界面中所包含的 元素、PGIS界面中交互对象的显示、交互对象的管理、以及交互对象对基本原 语的转换和响应。 3. 介绍了 PGIS界面的使用过程。 整个使用过程采用模型驱动架构的思想，引入对以下三个子模块的调用： 与平台相关的底层核心库和 PGIS 引擎、与平台无关的场景设计工具。这三个 子模块决定了上层应用程序的可移植性和可维护性。另外，场景设计工具提供 了代码自动生成的功能，大幅度缩短了应用程序的开发周期。 4. 实现了一个基于 PGIS界面的幼儿教学系统。 为了说明 PGIS界面的使用流程，本文设计并实现了一个基于PGIS界面的 幼儿教学系统。在开发过程中，大部分工作在场景设计工具中快速完成，小部 分工具集中在数据管理库、场景任务库的开发上。该系统的评估结果很好地验 证了 PGIS界面范式的可行性。

基于事件的文件系统恢复技术

在现代文件系统中，用户只能访问文件和目录的当前版本，而无法查看文件和目录的改变过程。用户可能无意地或错误地对文件执行了删除或修改操作，或者执行了一段恶意脚本，导致一系列文件遭到破坏。如果能够记录文件和目录的修改过程，并且可以方便地恢复某次操作破坏的一系列文件，这对用户是相当有帮助的。本文把一个进程在其执行过程中对文件的一系列修改称为一个事件。 文件系统可以通过文件版本化技术来记录文件的修改过程。文件版本化技术包括两种：快照技术和单文件版本化技术。这两种技术都没有提供用户一种方便有效的方法来撤销一个进程对多个文件的一系列修改，无法撤消一个事件对文件的改变。所以，本文在单文件版本化技术的基础上提出了基于事件的文件系统恢复技术，并设计实现了一个具有事件恢复功能的文件系统GobackFS（Go back file system，简称GobackFS）。本文的主要贡献体现在以下几点： (1) 针对如何恢复一个进程在其运行过程中改变的一系列文件这一问题，本文提出了基于事件的文件系统恢复技术，并通过一个实例——GobackFS文件系统，给出了基于事件的文件系统恢复技术的一种设计与实现。 (2) 对用户完全透明的系统设计和实现。GobackFS文件系统透明地创建文件版本，记录文件的改变过程。在GobackFS文件系统中，如果文件以写标志打开时，创建一个新的文件版本，在文件每一次打开和关闭期间最多创建一个新版本。文件的访问权限和所有权发生变化时，创建新的文件子版本。GobackFS文件系统透明地记录改变文件的事件信息。在创建文件版本和子版本时，记录触发文件版本创建的事件信息。 (3) 提供了简单易用的使用接口。在GobackFS文件系统中，用户可以通过一条简单的命令来查看某段时间内哪些事件对文件做了更改，某个事件对哪些文件做了更改，并且通过一条命令就可以撤销某个事件对一系列文件的更改。另外，用户还可以方便的查看单个文件的所有保留版本，并可以恢复到任意版本。 (4) 方便移植的系统架构。GobackFS文件系统基于FUSE框架实现，是一个用户空间文件系统，可以方便地移植到多个Unix/Linux系统中使用，而不需要对内核做任何修改，也不需要复杂的配置。

ARM嵌入式系统在纳米操作系统中的应用研究

近年来，随着微纳米科技的迅速发展，机电产品有望向更微观化、高性能化发展，这将促进材料、制造、电子、生物医学、信息等领域新的科学技术出现，在新的科学技术层次上为可持续发展的理论提供物质和技术保障。微纳米科技最终目标是研究和发现微纳尺度物质所具有的新颖的物理、化学和生物学现象与特性。并以此为基础来设计、制作、组装成新的材料、组件或系统，实现与之相应的特定功能，促进新的科学技术发展与变革，这无疑具有十分重要的科学意义和经济价值。而实现这个目标的使能技术便是微纳米尺度下观测、操作和装配的科学方法与相关的技术和装备，因此开展微纳米操作研究具有特别重要的意义。微纳米操作是微纳米制造科学技术的重要内容之一，使用探针模式的机器人化微纳操作方法，实现在微纳米尺度物体的可控操作，对促进我国微纳米科学技术发展具有特别重要的意义。 目前已有的基于探针的纳米技术装置如SPM (Scanning Probe Microscope)是基于探针模式的纳米观测基本装置。在此基础上研究发展的基于探针的纳米操作已成为纳米科技研究的新领域，是目前世界上各国正在大力开发的前沿研究课题。但目前市场上的SPM等纳米观测设备缺乏驱动控制与信息交互功能和开放界面，限制了用户在此基础上开发纳米操作、装配等功能的能力，因而研究具有信息交互能力的、可进行在线操作控制与宏-微-纳观信息交互的纳米操作监控系统，进而发展成具有自动化/机器人化功能的纳米作业系统队纳米科学技术发展、纳米制造的实现无疑具有重要意义。本论文的科研内容是以面向纳米制造的机器人化系统为研究背景，在自主技术的基础上，开展应用ARM嵌入式系统构成纳米作业系统的实时控制器研究。实时多任务的操作控制系统是纳米作业系统的核心技术，可以实时进行基于探针的传感信息采集、状态反馈控制、形貌观测数据生成、作业运动轨迹生成、位置反馈控制等功能的数据处理与实现。本论文重点介绍以SAMSUNG公司的ARM9处理器芯片S3C2410为嵌入式控制器系统的核心，在移植嵌入式Linux作为操作系统的基础上，开发具有实时数据采集与控制指令、通信功能的人机交互界面。基于ARM的实时控制器的研究为探针模式的纳米观测与操作系统开发提供了关键技术，可以提供开放的AFM系统，促进操作型纳米系统的研究与实现，可以保证纳米观测与操作控制的实时性，可以为纳米作业控制方法提供方便的编程、开发功能。本论文主要研究了面向纳米作业的基于ARM嵌入式实时控制器硬件结构及软件系统的研究与开发过程。首先介绍嵌入式系统的基本概念和特点；其次介绍基于SPM模式的纳米操作系统性能与技术特点；第三，根据纳米作业系统的技术功能要求，详细介绍了具有实时多任务管理功能的硬件系统的设计，重点解决核心板和扩展板各部分功能模块的设计；第四，详细介绍了嵌入式Linux操作系统下的应用程序开发模式及开发过程；最后，详细介绍了嵌入式Linux操作系统下的应用程序开发，主要工作是完成SPM纳米操作系统中的ARM开发平台的功能接口模块的调试及Linux系统下多线程技术在本系统中的应用。本次毕业设计已完成ARM开发平台在整个SPM纳米操作系统中要实现的各个功能模块，结合SPM纳米操作系统的实时性问题，进行了ARM开发平台的系统软件架构分析和利用多线程技术的以太网通信实验，在一定程度上提高了纳米操作系统中的实时性和成像质量。

微型ROV控制装置及控制方法

介绍了一种基于嵌入式ARM9技术的微型ROV的控制装置及控制方法。该装置可以同时进行两通道串行通讯,实现微型ROV的视频信号、潜水深度、艏向角度、纵倾角度、横摇角度、电子舱温度等数据的采集和与上位机的通讯传输;该装置可以采集16路模拟量信号和12路数字量信号,输出4路模拟量信号和12路TTL电平信号,实现推进器、水下灯、水下摄像机、云台等ROV功能器件的驱动。该装置具有通讯能力强、集成度高、功耗低等特点,可以满足微型ROV所有的常用功能要求。