【畢業(yè)學位論文】基于ARM嵌入式系統(tǒng)的智能渦流探傷儀的研制-測試計量技術(shù)及儀器

南昌航空大學碩士學位論文基于海波申請學位級別：碩士專業(yè)：測試計量技術(shù)及儀器指導(dǎo)教師：任吉林20080501 摘 要 渦流檢測技術(shù)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的一種無損檢測方法渦流檢測適用于導(dǎo)電材料當載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)電試件時由于線圈磁場作用試件會感應(yīng)出渦流而渦流的大小相位及流動形式又會受到材料導(dǎo)電性能等的影響檢測時由于導(dǎo)體自身各種因素導(dǎo)電率磁導(dǎo)率形狀尺寸缺陷等的變化導(dǎo)致感生電流變化利用這種變化來判斷導(dǎo)體性質(zhì)狀態(tài)在實際工程中利用渦流原理可以解決金屬材料探傷測厚分選等問題這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天機械汽車石化和鍋爐壓力容器等工業(yè)部門 本文研究的主要內(nèi)容為將文首先闡述了渦流檢測的基礎(chǔ)理論分析了影響渦流檢測的因素并進一步對渦流檢測中檢測線圈阻抗進行了分析指出影響線圈阻抗變化的各種因素對渦流檢測過程中的提離效應(yīng)抑制進行了分析提出了利用相位轉(zhuǎn)換抑制提離的方法 論文接著分別對渦流檢測儀整機的硬件嵌入式系統(tǒng)的選擇軟件的設(shè)計整機組裝調(diào)試進行了論述詳細的闡述了渦流檢測儀研制的整個過程 關(guān)鍵詞渦流檢測 嵌入式系統(tǒng) 檢測儀 is a on of to be by of s be by of of s so we it to of We in to of so of is in of is to to a In is of in We of s of in is of to In of of of in s is 昌航空大學碩士學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明所呈交的碩士學位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下在南昌航空大學攻讀碩士學位期間獨立進行研究工作所取得的成果盡我所知論文中除已注明部分外不包含他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果對本文的研究工作做出重要貢獻的個人和集體均已在文中作了明確地說明并表示了謝意本聲明的法律結(jié)果將完全由本人承擔 簽名 日期 南昌航空大學碩士學位論文使用授權(quán)書 本論文的研究成果歸南昌航空大學所有本論文的研究內(nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表本人完全了解南昌航空大學關(guān)于保存使用學位論文的規(guī)定同意學校保留并向有關(guān)部門送交論文的復(fù)印件和電子版本允許論文被查閱和借閱本人授權(quán)南昌航空大學可以采用影印縮印或其他復(fù)制手段保存論文可以公布論文的全部或部分內(nèi)容同時授權(quán)中國科學技術(shù)信息研究所將本學位論文收錄到中國學位論文全文數(shù)據(jù)庫并通過網(wǎng)絡(luò)向社會公眾提供信息服務(wù) 保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)書 簽名 導(dǎo)師簽名 日期 南昌航空大學碩士學位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒 論 渦流無損檢測是五大常規(guī)無損檢測之一 本章闡述了渦流無損檢測的發(fā)展史與發(fā)展趨勢 介紹了國內(nèi)外渦流檢測儀的發(fā)展動態(tài) 以及我國近幾年內(nèi)在渦流檢測儀上的發(fā)展狀況 在此基礎(chǔ)上 提出了本課題的意義和價值 最后給出了課題的目標 內(nèi)容及論文安排 損檢測技術(shù) ( 是指在材料 工件設(shè)備及結(jié)構(gòu)物不被破壞的前提下 利用它們的物理特性因缺陷的存在而發(fā)生變化的事實 測定其變化量 從而檢出其內(nèi)部是否存在缺陷 和缺陷的形狀 位置大小 嚴重程度和發(fā)展趨向等相關(guān)問題的一項科學技術(shù) 渦流法是無損檢測中常用的方法 它建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上 利用交變磁場作用下對不同材料有不同振幅和相位的渦流值來檢測鐵磁性和非鐵磁性材料的物理性能 結(jié)構(gòu)和冶金情況的差異性 從而發(fā)現(xiàn)裂縫 折疊 氣孔 夾雜和劃傷等缺陷1渦流檢測技術(shù)的應(yīng)用可追溯到 1879 年 當時 英國人休斯利用感生渦流的方法對不同金屬和合金進行了判斷實驗 但是 休斯以后很長一段時間內(nèi) 渦流檢測技術(shù)發(fā)展緩慢 直到二戰(zhàn)后 才在少數(shù)國家的研究機構(gòu)和大企業(yè)中開始應(yīng)用渦流檢測設(shè)備 究其原因是 影響工件內(nèi)渦流場的因素較多 當時尚未從理論和設(shè)備研制找到抑制干擾的有效方法 50 年代初 以德國福斯特為代表提出了利用 阻抗分析方法來鑒別渦流試驗中各種影響因素的新見解 為渦流檢測機制的分析和設(shè)備研制提供了新的理論依據(jù) 渦流檢測技術(shù)的發(fā)展得到實質(zhì)性的突破 并步入實用化的階段 作為近代五大常規(guī)無損檢測技 術(shù)之一的渦流檢測技術(shù) 與其他無損檢測技術(shù)相比 其主要特點是1檢測速度快 易于實現(xiàn)自動化 由于渦流檢測的基本原理是電磁感應(yīng) 渦流檢測只適用于能產(chǎn)生渦流的導(dǎo)電材料 渦流檢測線圈激勵后所形成的電磁場實質(zhì)是一種電磁波 具有波動性和粒子性 所以檢測時傳感器不需要接觸工件 也不必在線圈與試件之間填充耦合劑 因此檢測速度快 對管 棒材的探傷每分鐘可檢查幾十米 對絲 線材的探傷每分鐘可達幾百米 甚至上千米 因此 易于實現(xiàn)自動化檢測 表面 亞表面缺陷檢出靈敏度高 由于感生渦流滲入被檢試件的深度與試南昌航空大學碩士學位論文 第一章 緒論 2 驗頻率的平方根成反比 這個深度不大 因此 渦流檢測通常被認為是一種檢測表面或近表面質(zhì)量的無損檢測技術(shù) 常用試驗頻率的范圍為幾赫茲至幾兆赫茲特殊的可高達上百兆 能在高溫狀態(tài)下進行檢測 由于高溫下的導(dǎo)電試件仍然具有導(dǎo)電性質(zhì) 渦流檢測不受材料溫度的影響 因此 可在該狀態(tài)下對導(dǎo)電體進行檢測 如熱絲熱線 熱管 熱板 尤其重要的是當加熱到居里點以上 鋼材消除了磁導(dǎo)率的影響 可以像非磁性金屬那樣 用渦流法進行探傷 材質(zhì)試驗以及進行板厚 管壁厚或覆蓋膜層厚度的測量 多用途的檢測技術(shù) 對試件中渦流產(chǎn)生的影響因素主要有 金屬物體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率 試件的尺寸和形狀 線圈和試件間隙的大小 試件內(nèi)部的缺陷等因此 渦流可以應(yīng)用于多個不同的領(lǐng)域 除探傷外 還能測量工件的電導(dǎo)率 磁導(dǎo)率 晶粒尺寸 熱處理狀態(tài)和工件幾何尺寸 涂層 或鍍層 厚度 它適用于鐵磁性 非鐵磁性金屬或金屬工件的各種物理的 組織的冶金狀態(tài)檢測 因此 渦流方法與其他無損檢測方法相互補充 彌補了其他方法的不足在航空航天 冶金 機械 化工 核能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用 特別是隨著電子技術(shù) 尤其是計算機和信息處理技術(shù)的發(fā)展 大大促進了渦流檢測方法與設(shè)備的不斷更新和發(fā)展 將突破常規(guī)渦流儀使用中的某些局限 大大強化儀器的性能 1824 年加貝發(fā)現(xiàn)了渦流存在到現(xiàn)在 人們對渦流的研究已經(jīng)進行了將近200 年時間 但是真正將渦流檢測應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場中還要歸功于 20 世紀 50 年代福斯特的創(chuàng)造性工作 當時 德國的福斯特 表了許多的渦流論文提出了阻抗分析的理論和實驗結(jié)果 開創(chuàng)了現(xiàn)代渦流檢測和理論研究的新階段此后 經(jīng)過理論和實踐雙方面的努力 渦流檢測才真正從實驗階段發(fā)展到實用階段 逐步被工業(yè)所接受 各種類型和用途的儀器相繼問世 我國 60 年代開始開展渦流檢測的研究工作 并先后研制成功了一系列檢測系統(tǒng) 從最初的 管材探傷儀 隨著渦流檢測技術(shù)的應(yīng)用和推廣 國內(nèi)不少單位又相繼研制成功了多種型號的管材渦流探傷設(shè)備 如 列等5在 80 年代 隨著進一步對渦流的認識 許多國家在 阻抗分析法 的基礎(chǔ)上進一步開展了渦流檢測的研究工作 使渦流檢測儀器的研制有一個飛躍 研制出的渦流檢測儀器從一維顯示發(fā)展到二維顯示更加準確直觀反映出檢測的結(jié)果但是 由于當時的數(shù)字芯片集成度不高 使檢測儀器的成本很高 價格很昂貴南昌航空大學碩士學位論文 第一章 緒論 3 這種技術(shù)的儀器只在部分非常重要的檢測場合使用 使這類的儀器在市場上數(shù)量很小 在某種程度上阻礙渦流技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用 隨著對渦流技術(shù)的深入研究 各種新型的渦流技術(shù)被應(yīng)用到實踐中 如多頻渦流技術(shù) 遠場渦流技術(shù) 柔性陣列傳感器技術(shù) 技術(shù)的進步進一步促進了儀器的發(fā)展 各種多頻渦流檢測儀 遠場渦流儀也相繼出現(xiàn) 計算機技術(shù)的進步也對渦流儀器的研究產(chǎn)生了很大的影響 集成電路技術(shù) 單片機技術(shù)也越來越多的使用到了渦流檢測儀器中 大大提高了儀器的檢測速度和可靠性6到 90 年代和 21 世紀初 隨著工業(yè)電腦的發(fā)展 很多渦流檢測儀器采用該技術(shù)應(yīng)用于開發(fā) 電腦式 的數(shù)字渦流檢測儀器和其他用途的設(shè)備 在國內(nèi) 以愛德森 廈門 電子有限公司為主導(dǎo)的集成度很高的數(shù)字化渦流檢測儀器 如現(xiàn)在用途較為廣泛的 列的數(shù)字渦流檢測設(shè)備 在便攜式儀器方面 我國自行研制與生產(chǎn)的早期便攜式渦流探傷儀有門第二電子儀器廠 和 軍第一研究所 等 這些儀器能檢測鐵與非鐵磁性零件的表面缺陷 并具有手動提離補償能力 當 為國際 20 世紀 70 年代水平 隨后 空一所又研制成功 國內(nèi)第一臺便攜式變頻渦流探傷儀 性能達到國際同類產(chǎn)品 如美國司的 0 世紀 80 年代中期水平 為了進一步改進編寫式渦流儀的提離補償?shù)恼{(diào)整 南昌航空工業(yè)學院研制的 渦流儀 成功的利用單片機進行控制 實現(xiàn)了提離效應(yīng)的自動補償和零點的自動調(diào)整 性能與德國 20世紀 80 年代產(chǎn)品 當 近年來愛德森公司和空軍第一研究所聯(lián)合研制的 能全數(shù)字渦流探傷儀 將先進的 術(shù)與渦流檢測技術(shù)相結(jié)合 成功的在渦流檢測儀上實現(xiàn)了阻抗平面顯示和時基掃描 但是從國內(nèi)總體研究來看 儀器的便攜性與智能化方面并不十分理想 儀器體積偏大 不便于工業(yè)現(xiàn)場的攜帶 現(xiàn)代的便攜式探傷儀大都采用單片機做控制處理 在編寫程序方面比較簡單而且成本低 但是對于編寫復(fù)雜的系統(tǒng) 單片機有點困難 同時由于單片機大都為 8 位機 且處理速度一般不會高于 50測速度普遍不高 而且對于使用電池供電的便攜式儀器來說功耗比較大 不利于便攜式儀器的野外長時間使用 本課題研究采用 處理器 在速度上 00據(jù)字長 32 位 是單片機的四倍 在處理優(yōu)勢上為以后的進一步發(fā)展留于余量 在耗電量上 理器內(nèi)核采用 電 待機電流最低只有 3部資源包括齊全 如 以太網(wǎng) 音頻 形驅(qū)動等多媒體功能 采用高速 理器與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合 真正實現(xiàn)儀器的智能化 小型化 人性化7 8 9南昌航空大學碩士學位論文 第一章 緒論 4 流檢測技術(shù)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的一種無損檢測方法 渦流檢測適用于導(dǎo)電材料 當載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)電試件時 由于線圈磁場作用 試件會感應(yīng)出渦流 而渦流的大小 相位及流動形式又會受到材料導(dǎo)電性能等的影響 檢測時由于導(dǎo)體自身各種因素 導(dǎo)電率 磁導(dǎo)率 形狀 尺寸 缺陷等 的變化導(dǎo)致感生電流變化 利用這種變化來判斷導(dǎo)體性質(zhì) 狀態(tài) 在實際工程中利用渦流原理可以解決金屬材料探傷 測厚 分選等問題 使這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空 航天 機械 汽車 石化和鍋爐壓力容器等工業(yè)部門1,2當前 渦流檢測技術(shù)已成為五種常規(guī)無損檢測 技術(shù)中的一個重要組成部分 ,隨著工業(yè)的發(fā)展 ,特別是航空 ,核工業(yè)等對渦流檢測提出了更高的要求 ,同時 ,隨著電子技術(shù) ,尤其是計算機技術(shù)和信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展 ,渦流檢測方法和設(shè)備也在不斷地改進和更新 渦流檢測在準確性 ,可靠性和重復(fù)性方面都取得了快速的發(fā)展 渦流設(shè)備正朝著智能化和數(shù)字化的方向發(fā)展 ,儀器性能不斷的穩(wěn)定和完善 嵌入式技術(shù)也是近些年來得到快速發(fā)展和應(yīng)用的計算機技術(shù) 嵌入式技術(shù)是以應(yīng)用為中心 以計算機技術(shù)為基礎(chǔ) 軟硬件可剪裁 適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能 可靠性 成本 體積 功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)10由于嵌入式系統(tǒng)具的這些優(yōu)點 近些年 嵌入式系統(tǒng)在軍事國防 消費電子 信息家電 網(wǎng)絡(luò)通信工業(yè)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 本課題將基于 嵌入式系統(tǒng)引入渦流檢測設(shè)備中 會使的檢測方式更加的智能化 檢測設(shè)備更加的小型化 檢測過程更加的人性化 制出一臺掌上型全數(shù)字化渦流檢測儀 具有檢測速度快 體積小 功耗低操作簡單等特點 該檢測儀擬具有以下指標 1 尺寸 80 110 40 2 激勵頻率 100調(diào) 3 增益 10 進 0.5 4 報警方式 扇形 方框 并且報警區(qū)域可調(diào) 5 顯示方式 時基掃描顯示或阻抗平面顯示 6 屏幕顯示 彩色 3207 可存儲數(shù)據(jù)和圖形 并可查看 回放 南昌航空大學碩士學位論文 第一章 緒論 5 8 電池采用高容量可充電鋰電池供電 9 工作溫度范圍 0 據(jù)此 課題擬以下面幾個方面來開展 (1) 提離效應(yīng)抑制方法研究與軟硬件的實施 (2) 渦流檢測儀檢測探頭設(shè)計 (3) 渦流檢測儀硬件電路設(shè)計 制板 調(diào)試 (4) 統(tǒng)的移植 形界面支持系統(tǒng)的安裝 渦流檢測程序的編寫與調(diào)試 章小結(jié) 本章綜述了電渦流檢測技術(shù)與應(yīng)用的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 論述了渦流檢測儀的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢 闡述了渦流檢測對于國家工業(yè)發(fā)展的重要意義 介紹了嵌入式系統(tǒng)與新型 理器在渦流檢測儀的中使用 結(jié)合課題項目給出了本論文的總體框架 提出了本論文的主要研究內(nèi)容 南昌航空大學碩士學位論文 第二章 渦流無損檢測理論基礎(chǔ) 6 第二章 渦流無損檢測理論基礎(chǔ) 于電磁感應(yīng) 當金屬處在變化著的磁場中或相對于磁場運動時 金屬體內(nèi)會感生出漩渦狀流動的電流 稱為渦流 渦流檢測是渦流效應(yīng)的一項重要應(yīng)用其原理如圖 2示 在圖 (a)中 線圈 1 接交流電源 線圈 2 接上負載 成回路 當線圈 1 中電流變化時 (a) (b) 由于互感 線圈 2 中產(chǎn)生變化的感生電動勢和感生電流 又由于互感 線圈 2 中變化的感生電流又在線圈 1 中產(chǎn)生感生電動勢 使線圈 1 中的電流發(fā)生變化 若改變線圈 2 中負載 線圈 1 中的電流會隨著發(fā)生變化 根據(jù)歐姆定律 線圈 1 中的電流與電壓關(guān)系為 111 2式中1E 兩端的電壓 1I 中的電流 1Z 中的阻抗 由上式可知 當電源電壓1E 一定時 電流1I 隨阻抗1Z 增大而減小 因此測出線圈 1 中電流1I 的變化 便可得知其阻抗1Z 的變化 進而探知線圈 2 中負載 變化 若用金屬塊來代替線圈 2 如圖 (b)所示 當線圈中電流變化時 由于電磁感應(yīng) 則會在金屬試塊中產(chǎn)生渦流 渦流的大小 分布 等與金屬試塊的狀況有圖 2流檢測的原理 南昌航空大學碩士學位論文 第二章 渦流無損檢測理論基礎(chǔ) 7 關(guān) 當金屬試塊中存在缺陷或電導(dǎo)率 磁導(dǎo)率等物理性能發(fā)生變化時 試塊中的渦流就會發(fā)生變化 而渦流產(chǎn)生的磁場反作用于線圈 使線圈阻抗發(fā)生變化 因此 測定線圈阻抗的變化 就可得知金屬試塊中缺陷或其他物理性能變化的情況 流檢測中 工件要檢測的信號是來自檢測線圈的阻抗或次級線圈感應(yīng)電壓的變化 由于影響阻抗和電壓的因素很多 各因素的影響程度不同 因此 要從這諸多的因素中提取出有意義的檢測信號 渦流檢測設(shè)備必須具備對信號進行處理的功能 以達到消除干擾信號的目的 在渦流檢測的發(fā)展過程中 曾經(jīng)提出過多種消除干擾因素的手段和方法 但直到阻抗分析法的引進 才使渦流檢測技術(shù)得到了重大的突破和廣泛應(yīng)用 阻抗分析法是以分析渦流效應(yīng)引起線圈阻抗的變化及相位變化之間的密切關(guān)系為基礎(chǔ) 從而鑒別各影響因素效應(yīng)的一種分析方法 從電磁波傳播的角度來看 這種方法實質(zhì)上是根據(jù)信號有不同相位延 遲的原理來區(qū)別工件中的不連續(xù)性 因為在電磁波的傳播過程中 相位延遲是與電磁信號進入導(dǎo)體中的不同深度和折返來回所需的時間聯(lián)系在一起的 到目前為止 阻抗分析法仍然是渦流檢測中應(yīng)用最廣泛的一種方法 在阻抗分析法的發(fā)展過程中 由于福斯特的開拓工作和實用性資料的積累 在一般的實際應(yīng)用中 以福斯特建立的阻抗分析法表述較為著稱 下面依照該法進行討論 (一 ) 渦流簡化模型 在實驗中 采用的是空心放置式線圈 即放置在試件表面上進行渦流檢測的線圈 又稱點式線圈或探頭 下面就針對這種線圈進行分析 一般情況下 這種檢測線圈即產(chǎn)生激勵渦流的磁場又接受渦流的反磁場 它的主件是一只固定于框架上的扁平線圈 如圖 2示 圖 2渦流傳感器原理圖 南昌航空大學碩士學位論文 第二章 渦流無損檢測理論基礎(chǔ) 8 當檢測線圈端平行的靠近被檢測導(dǎo)體表面時 線圈中的激勵電流 在導(dǎo)體中就激發(fā)出渦流 i 若平面導(dǎo)體比線圈端面大得多 其中的渦流可看成無數(shù)個載流螺線圈 而每個螺線圈的渦流是不同的 且同一個螺線管上渦流也是不同 這些渦流激發(fā)的反磁場 H 傳遞了有關(guān)被測導(dǎo)體的物理性質(zhì)電導(dǎo)率 磁導(dǎo)率 及導(dǎo)體表面處不連續(xù)性的信息 渦流的反磁場作用于檢測線圈 使其阻抗發(fā)生變化 這個變化是由于渦流效應(yīng)引起的 它包含了被測導(dǎo)體中的有關(guān)信息 (二 )等效電路 當被測導(dǎo)體簡化成一個渦流環(huán)后 則檢測線圈與渦流環(huán)的等效電路如圖 2示 這是人們熟悉的空心變壓器的等效電路1用相量表示電流 電壓 在圖 2b) 中 由回路電流法得 =+=+0)()(222112111式中1別是線圈空載狀態(tài) 即不與導(dǎo)體耦合 時的線圈損耗電阻和線圈的自感2渦流環(huán)的電阻和電感 M 是線圈與渦流環(huán)之間的互感 令111111=+= 線圈空載阻抗11=為空載的感抗 222222=+= = 為渦流環(huán)的感抗 12稱為耦合電抗 式 2化為 1212111= 0222112=+解得 (a) (b) 圖 2測線圈與渦流環(huán)的等效電路 圖 2測線圈等效電路 南昌航空大學碩士學位論文 第二章 渦流無損檢測理論基礎(chǔ) 9 11111222111222121111+=2由式 2以畫出檢測線圈的等效電路 如圖 2示 它是由檢測線圈的自阻抗和因與渦流環(huán)耦合增加的阻抗11Z 串聯(lián)而成11Z 稱為渦流環(huán)對檢測線圈的反射阻抗 它反映了被測導(dǎo)體上的渦流場對檢測線圈的影響 引入了反射阻抗11Z 以后 我們就把檢測線圈與渦環(huán)兩個本來相連的耦合回路 見圖 2題變成了單個等效檢測線圈回路問題 (三 反射阻抗與視在阻抗 22222211+= 式中R 和X 稱為渦流環(huán)對檢測線圈反射電阻和反射電抗 且有 222222= 2222222= 2由式 2以看出 反射電抗 0改為15200,2M 體含義為控制串口為口 串口速率為 115200存大小為 32 / 備 這里主要根據(jù)自己的開發(fā)板或儀器的配置來設(shè)置 擇 于目標板上沒有 以去掉 對 支持掉 修改內(nèi)核支持的 小 改為自己的 建時指定的大小 配置完內(nèi)核之后 內(nèi)核仍然以源代碼的方式存在 不能直接下載到嵌入式系統(tǒng)中運行 因此 必須對內(nèi)核進行編譯 生成最終在目標板上運行的可執(zhí)行代碼 編譯內(nèi)核分以下三步進行 (1)執(zhí)行以下命令正確設(shè)置編譯內(nèi)核所需的附屬文件 進行依賴性編譯 # 4核配置界面 圖 4核配置界面 南昌航空大學碩士學位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 45 (2)執(zhí)行以下命令 刪除原來的編譯結(jié)果以及一些舊的數(shù)據(jù)文件 #3)執(zhí)行以下命令 生成可執(zhí)行內(nèi)核映像文件 : #成上述命令之后會在 /生成一個內(nèi)核映像文件 后通過 絡(luò)協(xié)議就可以下載內(nèi)核到 執(zhí)行 文件系統(tǒng)的建立32文件系統(tǒng)是指在一個物理設(shè)備上的任何文件組織和目錄 它構(gòu)成了 統(tǒng)上所有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ) 序 庫 系統(tǒng)文件和用戶文件都駐留其中 因此它是系統(tǒng)中龐大復(fù)雜且又是最為基本和重要的資源 對于一個嵌入式系統(tǒng) 僅包含內(nèi)核是不夠的 還必須有文件系統(tǒng)的支持 持的文件系統(tǒng)有很多種比如 件系統(tǒng) ,初的 件系統(tǒng) ),件系統(tǒng) ), 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) ), 高性能文件系統(tǒng) ), 件系統(tǒng) ) 速文件系統(tǒng) )等等 通常在 采用的文件系統(tǒng)構(gòu)成如圖 4示 圖 4常用文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 表 4目錄的基本功能 南昌航空大學碩士學位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 46 是通過設(shè)備驅(qū)動的接口另一條是通過文件管理器接口 設(shè)備驅(qū)動的接口 是從文件管理器 繼承下來的 所以這些 有 ,等與文件 似的接口 導(dǎo)啟動時 默認使用的文件系統(tǒng)是根文件系統(tǒng) 對于 來說 根文件系統(tǒng)一般在本地磁盤中 而對嵌入式系統(tǒng)來說 一般以其它形式存在 是指使用系統(tǒng)的一部分內(nèi)存空間來模擬一個用戶熟悉的磁盤分區(qū) 用戶在 進行的所有操作都與傳統(tǒng)的磁盤文件操作一樣 兩種 一種可以格式化 加載 但是大小固定 這在 已經(jīng)支持 另一種是內(nèi)核 支持的 通過 者 們不能被格式化 但大小可以隨所需的空間而增加或減少 比較靈活 在嵌入式 可以作為根文件系統(tǒng)的設(shè)備有很多 除了上述 的虛擬文件系統(tǒng) 有 的只讀文件系統(tǒng) 以加載到本機的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) 有在 實現(xiàn)的可讀寫文件系統(tǒng) 等 根文件系統(tǒng)都至少包含以下幾項 (1)基本文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (2)至少包含目錄 / 這些目錄的功能如圖所示 目錄 描述 放基本的命令 靜態(tài)文件 放設(shè)備文件 統(tǒng)配置文件 本的共享庫和內(nèi)核文件 件系統(tǒng)的臨時掛載點 移動存儲設(shè)備的掛載點 外的應(yīng)用程序軟件包 本的系統(tǒng)命令 時文件 級文件系統(tǒng)架構(gòu) 放變動性的數(shù)據(jù) 戶主目錄 可選 戶主目錄 可選 統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù) 南昌航空大學碩士學位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 47 (3)一些基本的應(yīng)用程序和命令支持 如 ls mv 等 (4)最低限度的配置文件支持 如 rc (5)最基本的設(shè)備支持 如 /* / (6)程序運行所需的基本庫函數(shù) 對于嵌入式 說 最常用的根文件系統(tǒng)是 文也采用 果從頭開始制作 要建立根文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 準備鏈接庫 使用 作系統(tǒng)應(yīng)用程序 準備所需的設(shè)備文件等等 過程比較繁瑣 一般情況下可以從開發(fā)系統(tǒng)提供商那里獲得一個已經(jīng)做好的 后根據(jù)自身系統(tǒng)的實際要求對已有的 行增減 移植一個新的 基本過程如下 (1)解壓 d 2)將 載到指定目錄 比如 #o 樣我們就能在 錄下看到 包含的各個子系統(tǒng)了 比 如 /等 (3)往相應(yīng)目錄中復(fù)制或刪減部分文件 得到自己所需要的配置 并對新的行壓縮 (4)寫在目錄 連接 #此 得到了 核和根文件系統(tǒng) 一個基本的嵌入式 統(tǒng)就構(gòu)建成功了 在 動后 通過 關(guān)命令將內(nèi)核映像文件和根文件系統(tǒng)下載到目標板的 就可以在目標板上運行嵌入式 作系統(tǒng)了 章主要介紹了嵌入式系統(tǒng)的選擇與配置 包括常用的一些嵌入式操作系統(tǒng)的介紹 嵌入式系統(tǒng)的組成 入式操作系統(tǒng)的特點 及 入式操作系統(tǒng)的配置與移植 南昌航空大學碩士學位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 48 桌 面 管 理 系 統(tǒng)用 戶 模 型窗口模型顯示模型操作系統(tǒng)硬件平臺第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計 前幾章章我們介紹了便攜式渦流檢測儀的硬件電路與嵌入式操作系統(tǒng)的移植 在此基礎(chǔ)之上 本章將分層次介紹基于嵌入式操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計 包括形界面操作系統(tǒng) 驅(qū)動程序的編寫 應(yīng)用程序的設(shè)計等一系列軟件設(shè)計 3 34嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今己經(jīng)有 30 多年的歷史了 嵌入式技術(shù)也歷經(jīng)了幾個發(fā)展階段 隨著后 代的到來 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用要求越來越高 應(yīng)用范圍越來越普及 這樣 字符界面和簡單的圖形界面不再能滿足一些嵌入式系統(tǒng)的要求 而現(xiàn)在有些嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)具有類似于 的美觀華麗的 面 縮寫 即圖形用戶界面 這是用于提高人機交互友好性 易操作性的計算機程序 它是建立在計算機圖形學基礎(chǔ)上的產(chǎn)物 圖形用戶界面是當今計算機技術(shù)的重大成就之一 它極大地方便了非專業(yè)用戶的使用 人們不再需要死記硬背大量的命令 而可以通過窗口 菜單方便地進行操作計算機 或嵌入式產(chǎn)品 目前較為流行的嵌入式 一個圖形用戶界面系統(tǒng)通常由三個基本層次組成 它們是顯示模型 窗口模型和用戶模型 用戶模型包含了顯示和交互的主要特征 因此圖形用戶界面這一圖 5圖形用戶界面系統(tǒng) 南昌航空大學碩士學位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 49 術(shù)語有時也僅指用戶模型 圖 5出了圖形用戶界面系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 5由北京飛漫軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的 國內(nèi)為數(shù)不多的幾大國際知名自由軟件之一 面向?qū)崟r (入式系統(tǒng)的輕量級圖形用戶界面支持系統(tǒng) 1999 年初遵循 款發(fā)布第一個版本以來 廣泛應(yīng)用于手持信息終端 機頂盒 工業(yè)控制系統(tǒng)及工業(yè)儀表 便攜式多媒體播放機 查詢終端等產(chǎn)品和領(lǐng)域 目前 成為跨操作系統(tǒng)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)可在 操作系統(tǒng)以及 臺上運行 ; 己驗證的硬件平臺包括 68K(等等 幾乎所有的 碼都采用 C 語言開發(fā) 提供了完備的多窗口機制和消息傳遞機制以及眾多控件和其它 素 支持各種流行圖像文件以及 外 比較其它的 統(tǒng) 其引人矚目的特性和技術(shù)創(chuàng)新主要有 : (1) 一個輕量級的圖形系統(tǒng) ; (2) 完善的對中日韓文字 輸入法的多體字和多字符集支持 ; (3) 提供圖形抽象層 (及輸入抽象層 (以適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)各種顯示和輸入設(shè)備 ; (4) 提供 種不同架構(gòu)的版本以滿足不同的嵌入式操作系統(tǒng) ; (5) 提供了豐富的應(yīng)用軟件 其商業(yè)版本提供了手機 產(chǎn)品 媒體及機頂盒類產(chǎn)品以及工業(yè)控制方面的諸多程序 ; 6 37應(yīng)用程序定義了一組輕量級的窗口和圖形設(shè)備接口 利用這些接口 每個應(yīng)用程序可以建立多個主窗口 然后在這些主窗口中創(chuàng)建按鈕 編輯框等控制 為用戶提供了豐富的圖形功能 以顯示各種格式的位圖并在窗口中繪制復(fù)雜圖形 嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系如圖 5示 南昌航空大學碩士學位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 50 基于 的 可移植層 可將特定操作系統(tǒng)及底層硬件的細節(jié)隱藏起來 而上層應(yīng)用程序則無需關(guān)心底層的硬件平臺輸出和輸入設(shè)備 另外有的運行模式 (進程 線程 )概念 也為跨操作系統(tǒng)的支持提供了便利與 樣的類 作系統(tǒng)相比 一般意義上的傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)具有一些特殊性 舉例而言 諸如 S- 操作系統(tǒng)通常運行在沒有 存管理單元 用于提供虛擬內(nèi)存支持 )的 ;這時往往就沒有進程的概念 而只有線程或者任務(wù)的概念 這樣 統(tǒng)的運行環(huán)境也就大相徑庭29因此 為了適合不同的操作系統(tǒng)環(huán)境 我們可將 (l)行在 的程序可以在不同的線程中建立多個窗口 但所有的窗口在一個進程或者地址空間中運行 這種運行模式非常適合于大多數(shù)傳統(tǒng)意義上的嵌入式操作系統(tǒng) 比如 S- 等 當然 在 能以模式運行 (2) 反 的每個程序是單獨的進程 每個進程也可以建立多個窗口 合于具有完整性的嵌入式操作系統(tǒng) 比如嵌入式 (3)種運行模式下 以以獨立進程的方式運行 既不需要多線程也不需要多進程的支持 這種運行模式適合功能單一的應(yīng)用場合 比如在一些使用 嵌入式產(chǎn)品中 因為各種原因而缺少線程庫支持 或者線程庫存在缺陷 這時 就可以使用 開發(fā)應(yīng)用軟件 但不論采用哪種運行模式 上層應(yīng)用軟件提供了最大程度上的一致性 只有少數(shù)幾個涉及初始化的接口在不同運行模式上有所不同 68嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系圖 南昌航空大學碩士學位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 51 體軟件層設(shè)計 應(yīng)用程序件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序等底層接口硬件設(shè)備其他內(nèi)核組件用戶層核心層硬件層系統(tǒng)軟件設(shè)計將以嵌入式 核心系統(tǒng) 調(diào)用 發(fā)包設(shè)計圖形用戶界面 然后用 C 語言開發(fā)后端程序模塊來實現(xiàn)渦流檢測系統(tǒng)的信息傳遞數(shù)據(jù)采集 文件傳輸 圖形顯示和設(shè)備控制等功能 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 5示 該系統(tǒng)應(yīng)用程序是建立在基于操作系統(tǒng)與 形界面支持系統(tǒng)之上的 其中直接與底層硬件接觸的是設(shè)備驅(qū)動程序 包括鍵盤 顯示屏 器件 渦流檢測儀的軟件主要有兩個部分組成 一個是建立在嵌入式操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序 它主要負責系統(tǒng)監(jiān)控 人機界面的對話 對采樣數(shù)據(jù)的濾波程序?qū)u流采樣值進行提離抑制 渦流檢測圖形顯示及其他功能的控制等 另一個存在于操作系統(tǒng)內(nèi)核中的底層驅(qū)動程序 包