基于ARM+FPGA的工业CT控制系统研究与设计

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随着工业CT技术的发展,工业CT的应用领域越来越广泛,它在一些新兴应用领域正发挥着越来越重要的作用,同时,新兴应用领域对工业CT系统提出了更高的要求,即要求工业CT的精度更高、效率更高、尺寸更小、成本更低、移动更方便、升级更容易等。这就需要突破现有工业CT各子系统的实现方式,进行全面的再设计。而作为工业CT三大关键技术之一的控制系统,其性能将直接影响工业CT系统的性能。本文提出了一种基于ARM嵌入式处理器、现场可编程门阵列FPGA和嵌入式Linux操作系统的工业CT嵌入式控制方案。将ARM作为应用管理处理器,负责系统故障诊断、数据传输、命令扫描、立即指令的执行等,根据工业CT运动控制特性定制的运动控制器FPGA,接收ARM的命令并解释执行,通过驱动器去实现具体的运动过程。围绕这一方案,论文分析并设计了工业CT嵌入式控制系统的ARM子系统、FPGA子系统和包含串口及网口等外围接口的电路。在Quartus II集成开发环境下对FPGA进行了设计,并讨论了运动控制器中几个关键模块的实现方法。完成了硬件平台设计之后,论文讨论了嵌入式设计的交叉开发模式及嵌入式交叉开发环境的建立方法,分析了Boot loader的启动流程,并选取ppcboot作为Boot loader,针对目标硬件平台对启动代码作了修改和移植。论文随后讨论了嵌入式Linux操作系统的启动流程,并结合目标平台对Linux操作系统进行了配置和移植,创建了基于ramdisk的根文件系统和JFFS2文件系统。接下来,论文重点讨论了字符型设备的驱动程序框架及运动控制器EP1C6的驱动程序的实现过程,分析了工业CT控制程序的结构和执行流程,并对工业CT控制系统的几个模块作了较详细的分析说明。论文的最后,讨论了电路设计中需要注意的几个问题,对设计的嵌入式控制系统包括硬件、软件和Linux内核进行了调试,并对工业CT嵌入式控制系统的功能和性能进行了全面的测试。
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