1、该孝太津硕士学位论文嵌入式轴承检测系统中平台设训与实现杨鑫导师姓名职称巨永锋教授申请学位级别工学硕十学科专业名称交通信息工程及控制论文提交日期年月日论文粹辩 日期年月学位授予单位长安大学替辩委员会主席学位论文评闻人汪贵平教授王再英教授靳引利剐救授住粪，曲一，￥）￥，），（）：；￥；论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：杨螽 哆年，月）夕日论文
2、知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：零易务导师签名： 侈獬长安大学硕士学位论文第一章绪论课题研究目的与意义现代化工业生产的快速发展的同时也伴有一定的问题需要我们注意和解决。当生产中发现问题时，再逐一检查每一个环节， 诊断和排除故障所需要的时间就会大大地增加。这样，研究并 应用在线实时设备状态检测、故障诊断的意义就非常重大了。机械设备在线的状态故障诊断与
3、检测是通过掌握设备过去和现在运行中或基本不拆卸的情况下的状态量，判断有关异常或故障的原因并预测对将来的影响，从而找出必要对策的技术。它是一门综合性科学，涉及数学、物理、力学、化学、传感及测试技术、电子学、信号处理、识别理论、计算机技术及人工智能专家系统等多门基础学科，是 对这些基础理论的综合应用【】。机械设备在国民经济生产和人们日常生活中有着非常重要的作用，机器失效和机器停产都会造成巨大的经济损失并给人民生活带来极大的不便。机械设备中应用最为广泛的并且最易损坏的部件之一轴承，作为关键部件其运转状态时否良好直接影响整台机器性能的好坏。在早期因为轴承故障导致设备故障的例子很多，它们的损坏很可能导致
4、机器停车，甚至机毁人亡。可见，轴承质量的好坏在整套机械 设备的安全运转中占有非常重要的因素【。滚动轴承具有一个突出的特点，这就是其寿命离散程度非常大【】。即便是用同样的材料、同样的加工工艺、同样的生产设备、同 样的操作工人加工出的一批 轴承，其寿命也是相差悬殊，正是因为滚动轴承的这个特点，在 实际使用中有的轴承已大大超过设计寿命却依然完好地工作，而有的轴承远未到达设计寿命却己出现了各种故障。因此，若仅呆板地按照设计寿命对轴承进行定期维修，则势必造成如此一种情况：一方面，对超过设计寿命而完好工作的滚动轴承拆下来作为报废件处理，造成资源浪费；另一方面，对未达到设计寿命而出现故障的轴承，或是到定期维
5、修时拆下来报废，使得机器在轴承出现故障或拆下前这段时间里工作精度下降，或时未到维修时限就出现了损伤加剧现象，导致整台机械 发生严重故障。所以，利用 现代化工业计算机发展的最新技术， 应用有效轴承故障诊断算法对生产的轴承进行快速的故障检测与诊断有着非常重要的意义【】研究滚动轴承故障诊断与检测可达到如下目的【】【：第一章绪论（）能及时、正确地对滚动轴承各种故障状 态或异常状态作出诊断或监测， 预防或消除故障，对设备的运行进行必要的指导，提高 设备运行的可靠度、安全性和有效性，以期把故障损失降低到最低水平。（）保证滚动轴承发挥最大的设计能力，制定合理的 检测维修制度，以便在允许的条件下延长滚动轴承的
6、服役期限和使用寿命，降低设备的寿命周期费用。（）通过故障分析、性能评估手段等，为滚动轴承的优化设计 、结构修改、合理制度等生产过程提供数据和信息。总之，滚动轴 承故障诊断与检测既要保证设备的安全运行，又要获取更大的经济效益和社会效益。轴承故障诊断研究状况随着科学技术的不断发展，滚动轴承状态检测和故障诊断技术已经实用化和商品化【。总的来说，滚动轴承状 态检测和故障诊断技术的发 展可以分为个 阶段【刀。第阶段：利用听音棒等简易仪器仪表诊断。就是将昕音棒（或螺丝刀）接触轴承座部位，靠听觉来判断有无故障。虽然训练有素的人能觉察到轴承刚发生的疲劳剥落与损伤部位，但受主观因素的影响较大。第二阶段：采用频谱
7、分析仪来诊断轴承故障。世纪中叶，随着快速傅立叶变换（）技术的出现和发展，信号的 频谱分析技术得到了很大的发展。出 现各种测振仪后，可用振动位移、速度或加速度的均方根 值或峰值来判断轴承有无故障， 这可减少对人为经验的依赖。但仍很难发现早期故障和频谱仪昂贵的价格使得这个阶段的诊断和检测未走向实用。第三阶段：利用冲击脉冲技术诊断轴承故障。世纪年代末，瑞典仪器公司根据各个钢制轴承元件表面损伤后在受载情况下接触时要产生冲击，而冲击要引起高频压缩波的现象开发了一种称为冲击脉冲计（）的仪器来监测轴承的故障。由于这种方法能比较有效地检测到轴承的早期损伤类故障，并且不需要进行频谱分析，所以它一经发明便很快被美
8、国、英国等工 业发达国家所采用。早期的冲击脉冲计只用来检测轴承的局部损伤类故障，后来，随着 这技术的不断发展和完善，公司及世界上其他一些国家的公司和厂家相继开发了各种更新换代产品，这些仪器不但用于监测轴承局部损伤类故障，而且用来监测轴承的润滑情况甚至油膜厚度等。尽管技术已经产生了多年时间 ，但 现在仍然在广泛使用。这是因为是一系列便携式测长安大学硕士学位论文量仪器，用起来非常灵活和方便。第四阶段：利用共振调节技术诊断轴承故障。年，美国波音公司的发明了一项叫做“共振解调分析系统的专利技术，这就是我国现在统称的“共振解调技术”的雏型。采用共振解调技术由于放大（谐振）和分离（带通滤波）了故障特征信号
9、，极大地提高了信噪比，所以能比较容易地诊断出故障来。由于共振解调技术对诊断轴承早期损伤类故障效果很好，并且它根据包络频谱分析的结果可以精确地诊断出到底是哪个元件发生了故障，所以该技术问世后得到了非常广泛的应用。比较冲击脉冲技术和共振解调技术可以看出， 这两者有类似之处，但法只监测轴承损伤引起的冲击信号的幅值，通过对幅值的处理判断轴承的故障，而共振解调技术不但要把冲击引起的高频谐振的幅值监测出来，而且要进行幅值包络信号的频谱分析，所以共振解调技术比冲击脉冲技术前进了一步，多了一个包络信号的频谱处理环节，使得此法不但能够诊断出轴承是否有故障，而且可以判断出故障发生在哪个轴承元件上以及故障的大致严重
10、程度，所以该方法适用于轴承损伤类故障的早期精密诊断。第五阶段：开发以微机为中心的轴承工况监视与故障诊断系统。世纪年代以后，随着微机技术突飞猛进的发展，开 发以微机为中心的滚动轴承工况监视与故障诊断系统引起了国外研究者的重视。将现有的滚动轴承状态检测技术与非线性信号与信息处理技术相结合，建立拥有大量知识的滚动轴承故障特征信息库，实现轴承工况的智能分类和诊断，达到实时智能监控的目的。伴随着轴承工况监视与故障诊断发展的四个阶段，由于设备故障诊断理论的发展和新的信号测试与处理方法的出现，人们还使用了多种其他有效的方法和技巧来诊断滚动轴承的故障。课题的提出在总结分析了国内外目前的轴承检测系统特点的基础上
11、，提出了本课题。本课题的轴承检测采用基于和的双核嵌入式平台。其中的芯片为￥，芯片为。核心算法为共振解调法。作为控制器，负责向发出计算指令、接受并可视化显示的检测结果数据，在液晶屏上以波形和参数的形式显示检测结 果便于观测与诊断。还通过扩展，模拟的功能，控制机械的开关 动作。作为下位机，充分发挥了其处理速度快，计算能力强的优势，专门负责轴承检第一章绪论测算法处理。它根据端指令，处理从信号采集模块获得的数据。并把处理结果送端显示。下面把共振解调算法的基本思想做个简要介绍【。在轴承内圈在随轴旋转的过程中，与滚子直接接触，并通过滚子与外圈接触。振 动信号在正常情况下应该是平稳的。当轴承内圈或滚子发生如
12、磨损、裂痕等故障时， 则在旋转过程中当接触到故障部位时，会给检测系统带来一个激振力，由于时间短，可近 视认为是脉冲力，又因为旋转的缘故，可 见这个脉冲力是周期性的。接着 对共振信号进行滤波，选择固有频率为滤波中心频率， 这样会得到一个调制的信号。 对该信号进行包络检波，则故障相关信号就是得到的低频包络信号。最后对包络信号进行功率谱分析，可以得到故障频率，这就是共振解调法。由于 轴承故障检测算法并不是本文研究的内容，在此不详细展开。国内外现有的轴承故障诊断系统大都是在比较笨重的机上实现的，价格比较昂贵，且严重浪费机资源，不太适合实际工厂的环境和大批量的需求。考虑到嵌入式系统具有专用性强、可靠性高
13、、 “软硬件可裁减”、成本低等特点，因此，决定采用嵌入式系统。论文的主要内容与结构本文着重对嵌入式轴承检测系统端进行设计与实现，包括端整体硬件平台和部分设备驱动程序设计研究。本文按以下章节对嵌入式轴承检测系统端设计和实现进行介绍：第一章主要介绍轴承故障诊断研究的目的与意义、研究状况、课题的提出、论文的主要内容与结构。第二章主要是嵌入式系统的概述，其中对嵌入式系统简介、嵌入式操作系统和嵌入式微处理器等。第三章主要介绍嵌入式轴承检测系统中端硬件平台设计，其中包括电源电路、复位电路、通信接口电路等。第四章主要介绍端嵌入式系统的实现，包括启 动加载程序、内核组成和移植、根文件系 统的挂接等。第五章主要
14、介绍字符设备液晶显示屏和块设备卡的驱动设计，并对它们的原理和实现做了详细分析。长安大学硕士学位论文第六章对本系统进行了总结，并展望了今后的发展方向。第二章嵌入式系统概述第二章嵌入式系统概述当今时代，人 们的生活越来越依赖基于计算机技术和数据通信技术的电子产品【。在计算机后技术时代，嵌入式系统将拥有最大的市场。计算机和网络已经全面渗透到日常生活的每一个角落。各种各样的新型嵌入式系统设备在应用上已经远远超过通用计算机，任何一个普通人可能拥有从大到小的各种使用嵌入式技术的电子产品，小到、等微型数字化产 品，大到网 络家电，智能家电、车载电子设备。而在工业和服务领域中，使用嵌入式技术的数字机床、智能工
15、具、工业机器人、服务机器人也将逐渐改变传统的工业和服务方式【圳。嵌入式系统简介嵌入式系统可以简单地理解为“为完成一项功能而开发的、由具有特定功能的硬件和软件组成的一个应用产品或系统【引。嵌入式系统的发展历史嵌入式系统伴随着嵌入式操作系统的发展经历了四个比较明显的阶段【：第一阶段：以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统。该阶段是无操作系统的嵌入算法阶段，具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。在一些专业性极强的工业控制系统中应用，通 过汇编语言编程直接控制系统，会在运行结束后清除内存。系统结构和功能相对单一，效率较低，容量较小，几乎没有用 户接口。第二阶段：以嵌入式微处理为基础、简单操作系统为核
16、心的嵌入式系统。主要优点有：开销小，效率高；配备有系统仿真器，系 统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业。缺点有处理器种类繁多，通用性比 较差；用户界面不够友好。操作系 统主要用来控制系统负载及监控应用程序的运行。第三阶段：以嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统。通用的嵌入式实时操作系统的主要特点有：能运行于各种类型的上，兼容性好；具有大量的应用程序接口（）；具备文件和目录管理、设备支持、多任 务、网 络支持、图形窗口以及用户界面等功能；内核精小、效率高，具有高度的模块化和扩展性；嵌入式应用软件丰富。第四阶段：以基于为标志的嵌入式系统。这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还没有和
17、连接，但随着的发展以及其与信息家电、长安大学硕士学位论文工业控制技术等的日益密切结合，嵌入式技术的真正未来是嵌入式设备与的结合。嵌入式系统的定义及特点嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系 统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点【】：、嵌入式系统 是面向特定系统应用的。嵌入式处理器大多数是专门为特定应用设计的，具有低功耗、体积小、集成度高等特点，一般是包含
18、各种外围设备接口的片上系统。能够把通用中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网 络的耦合也越来越紧密。、嵌入式系统涉及计算机技 术、微电子技术、电子技术、通信和软件等各行各业。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。因此，介入嵌入式系统行 业，必须有一个正确的定位。、嵌入式系统 的硬件和软件都必须具有高度可定制性，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。只有这样才能适用嵌入式系统应用的重要，在产品价格性能等方面具备竞争力。、嵌入式系统 的生命周期相当长。当嵌入式系统应用到产品以后，还可以进行软
19、件升级，它的生命周期与产品的生命周期几乎一样长。、嵌入式系统 中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。这样，可以提高执行的速度和系统的可靠性。、嵌入式系统本身不具 备本地系统开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。、目前，嵌入式系统多用于手机等操作系统的开发。具有巨大的市场潜力。现在人们讲嵌入式系统时，某种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统。一般而言，嵌入式系统的构架可以分成四个部分： 处理器、存储器、输入输出（）和软件（由于多数嵌入式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合的，在这里对
20、其不加区分，这也是嵌入式系 统和系统的最大区别）。第二章嵌入式系统概述嵌入式系统的分类根据不同的分类标准，嵌入式系统有不同的分类方法。这里根据嵌入式系统的复杂程度，可以将嵌入式系统分为以下类【。单 个微 处理器这类系统一般由单片嵌入式处理器组成，嵌入式处理器上集成了存储器设备、接口设备（如 转换器）等，嵌入式处理器加上简单的元件如电源、时钟元件等就可以工作。单个微 处理器这类系统可以在小型设备中（如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器）找到。这类设备是供应商根据设备的用途来设计的。常用的嵌入式处理器如公司的公司系列，公司的、系列等。嵌入式处理器可 扩展的系统这类嵌入式系统使用的处理器根据需要，
21、可以扩展存储器，也可以使用片上的存储器，处理器一般容量在左右，字 长为位或位。在处理器上扩充少量的存储器和外部接，以构成嵌入式系统。这类系统可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中找到。复杂的嵌入式系 统组成这样的嵌入式系统的嵌入式处理器一般是位、位等，用于大规模的应用，由于软件量大，因此需要扩展存储器。 扩展存储器一般在以上，外部设备接口一般仍然集成在处理器上，常用的嵌入式处理器有系列、公司的系列、系列等。这类系统可见于开关装置、控制器、电话交换机、电梯、数据采集系统、医 药监视系统、 诊断及实时控制系统等。它们是一个大系统的局部组件，由它们的传感器收集数据并传递给该系统。这种组
22、件可同计算机一起操作，并可包括某种数据库（如事件数据库）。在制造或过程控制中使用的 计算机系统对于这类系统，计算机与仪器、机械及 设备相连来控制这些装置的工作。这类系统包括自动仓储系统和自动发货系统。在这些系统中，计算机用于总体控制和监视，而不是对单个设备直接控制。过程控制系统可与业务系统连接（如根据销售额和库存量来决定订单或产品量）。在 许多种情况下，两个功能独立的子系统可在一个主系统操作下一同运行。如控制系统和安全系统：控制子系统控制处理过程，以使系统中的不同设备能正确地操作和相互作用于生产产品；而安全子系统则用来降低那些会影响人身安全或危害环境的误操作风险。长安大学硕士学位论文嵌入式系统
23、应用领域嵌入式系统目前己在国防、国民经济及社会生活各领域普及应用，用于企业、 军队、办公室、实验室以及个人家庭等各种场所【 】：、军 用：各种武器控制（火炮控制、导弹控制、智能炸 弹制导引爆装置）、坦克、 舰艇、轰炸机等陆海空各种军用电子装备，雷达、 电子对抗军事通信装备，野战指挥作战的各种专用设备等。、消费电 子：我国各种信息家电产品，如数字电视机、机 顶盒、数 码相机、音响设备、可视电话、家庭网络设备、洗衣机、电冰箱、智能玩具等，广泛采用微处理器微控制器及嵌入式软件。随着市场的需求和技术的发展， 传统手机逐渐发展成为融合了、电子商务和娱乐等特性的智能手机，我国移动通信市场潜力巨大，发展前景
24、看好。、工业 控制：一各种智能测量仪表、数控装置、可 编程控制器、控制机、分布式控制系统、现场总线仪表及控制系统、工 业机器人、机 电一体化机械设备、汽车电子设备等，广泛采用微处理器控制器芯片级、标准总线的模板级及系统嵌入式计算机。、网络应 用：嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了个嵌入式微处理器。的发展，产生了大量网络基础设施、接入设备、终端设备的市场需求，这些设备中大量使用嵌入式系统。、其他：各类收款机、系统、电子秤、条形码阅读机、商用终端、银行点钞机、卡输入设备、取款机、自动柜员 机、自动服务终端、防盗系统、各种银行专业外围设备以及各种医疗
25、电子仪器，无一不用到嵌入式系统。嵌入式系统可以说无处不在，无所不在，有着广阔的发展前景，也充满了机遇和挑战。这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制 订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。第二章嵌入式系统概述嵌入式系统现状及发展趋势随着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式系 统技术也将获得广阔的发展空间。硬件方面，不仅有各大公司的微处理器芯片， 还有用于学习和研发的
26、各种配套开发包。目前低层系统和硬件平台经过若干年的研究，已经相对比较成熟，实现各种功能的芯片应有尽有。而且巨大的市场需求给我们提供了学习研发的资金和技术力量。从软件方面讲，也有相当部分的成熟软件系统。可以在网上找到各种各样的免费资源，从各大厂商的开发文档，到各种驱动，程序源代 码，甚至很多厂商 还提供微处理器的样片。 对于软件设计来说，不管是上手还是进一步开发，都相对来说比较容易。这就使得很多生手能够比较快的进入研究状态，利于发挥大家的积极创造性。据调查，目前国 际上已有两百多种嵌入式操作系统，而各种各样的开发工具、应用于嵌入式开发的仪器设备更是不可胜数。在国内，虽然嵌入式应 用、开发很广，但
27、该领域却几乎还是空白，只有三两家公司和极少数人员在从事这方面工作。由此可见，嵌入式系统技术发展的空间真是无比广大【。信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机，为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战，从中我们可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势【】：嵌入式开发是一项系 统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高，使得以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构更加复杂。网络 互联成 为必然趋势。未来的嵌入式设备为
28、了适应网络发展的要求，必然要求硬件上提供各种网络通信接口。传统的单 片机对于网络支持不足，而新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口，除了支持协议，还有的支持、或通信接口中的一种或者几种，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。软件方面系统系统内核支持网络模块，甚至可以在设备上嵌入浏览器，真正实现随时随地用各种设备上网。精简系统 内核、算法，降低功耗和 软硬件成本。未来的嵌入式产品是软硬件紧密结合的设备，为了减低功耗和成本，需要设计者尽量精简系统内核，只保留和系统功能紧密相关的软硬件，利用最低的资源实现最适当的长安大学硕士学位论文功能，这就要求设计者选用最佳的编程模型和不断改进算
29、法，优化编译器性能。因此，既要软件人员有丰富的硬件知识，又需要发展先进嵌入式软件技术，如、和等。提供友好的多媒体人机界面嵌入式设备能与用户亲密接触，最重要的因素就是它能提供非常友好的用户界面。图像界面，灵活的控制方式，使得人们感觉嵌入式设备就象是一个熟悉的老朋友。这方面的要求使得嵌入式软件设计者要在图形界面，多媒体技术上痛下苦功。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、 图像都会使使用者获得自由的感受。目前一些先进的在 显示屏幕上已 实现汉字写入、短消息语音发布，但一般的嵌入式设备距离这个要求还有很长的路要走。嵌入式操作系统嵌入式操作系统简介嵌入式操作系统（）是一种用途广泛的系统
30、软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域【。负责嵌人系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能 够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的产品系列。随着技术的发展、信息家 电的普及应用及的微型化和 专业化，开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌人式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。是相 对于一般操作系统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外，还有以下特点：、可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。
31、、强实时性。实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。、统一的接口。提供各种设备驱动接入。、操作方便、简单、提供友好的图形，图形界面，追求易学易用。、提供强大的网 络功能，支持协议及其它协议，提供肘协议支持及统一的访问层接口， 为各种移动计算设备预留接口。、强稳定性，弱交互性。嵌入式系 统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要负责系统管理的具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接日一般不提供第二章嵌入式系统概述操作命令，它通过系统调用命令向用户程序提供服务。、固化代码 。在嵌入式系统中，嵌入式操作系 统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作
32、系 统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统。、更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。常见的嵌入式操作系统国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有种左右。现在，市场上非常流行的产品，包括公司下属子公司的，全球占有份额达，公司的不过。在美国市场，更以的占有率 远超。开放源代码的很适于做信息家电的开尉。、是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核需要至少的。、是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。它支持多种处理器，如、等等。大多数的是专有的。采用
33、的 编译和调试器。、是一个实时 的、可扩充的操作系统，它部分遵循相关标准，如：实时扩展。它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。其内核仅提供种服务：进程调度、 进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它服务，都 实现为协作的用户进程，因此内核非常小巧（大约为）而且运行速度极快。这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或是包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。、嵌入式这是嵌入式操作系统的一个新成员，其最大的特点是源代码公开并且遵循协议，在近一年多以来成为研究热点，据 预测嵌入式将占未来两年的嵌入式操作系统份额的。长安大学硕：上
34、学位论文由于其源代码公开，人们可以任意修改，以满足自己的应用，并且 查错也很容易。遵从，无须为 每例应用交纳许可证费。有大量的 应 用软件可用。其中大部分都遵从，是开放源代码和免 费的。可以稍加修改后应用于用户自己的系统。有大量的免费的优秀的开发工具，且都遵从，是开放源代码的。有庞大的开发人员群体。无需专门的人才，只要懂和语言即可。随着在中国的普及， 这类人才越来越多。所以软件的开发和维护成本很低。 优秀的网络功能， 这在时代尤其重要。稳定 这是本身具备的一个很大优点。内核精悍，运行所需资源少，十分适合嵌入式应用。支持的硬件数量庞大。嵌入式和普通并无本质区别，上用到的硬件嵌入式几乎都支持。而且
35、各种硬件的驱动程序源代码都可以得到， 为用户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。在嵌入式系统上运行的一个缺点是体系提供实时性能需要添加实时软件模块。而这些模块运行的内核空间正是操作系统实现调度策略、硬件中断异常和执行程序的部分。由于这些实时软件模块是在内核空间运行的，因此代码错误可能会破坏操作系统从而影响整个系统的可靠性，这对于实时应用将是一个非常严重的弱点。嵌入式操作系统选型嵌入式操作系统的选择是前期设计过程的一项重要工作，这将影响到工程后期的发布以及软件的维护。不管选用什么样的系统，都 应该考虑操作系统对硬件的支持，如果选择的系统不支持将来要使用的硬件平台，那这个系统是不合适的；其次要
36、考虑的是开发调试用的工具，特别是对于开销敏感和技术水平不强的企业来说，开发工具往往在开发过程中起决定性作用；第三要考虑的问题是该系统是否能满足应用需求。如果一个操作系统提供出来的很少，那么无论这个操作系统有多么稳定，应用层很难进行二次开发，这显然也不是开发人员希望看到的。由此可 见，选择 一款既能满足应用需求，性价比又可达到最佳的实时操作系统，对开发工作的顺利开展意义非常重大【】。嵌入式微处理器嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器（，）由通用计算机中的演 变而来。与通用 计算机中的不同的是，在嵌入式应用中，将微处理器装在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除
37、第二章嵌入式系统概述其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。此外，为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面相对通过通用计算机中的都做了各种增 强【】。嵌入式微处理器一般就具备以下个特点：、对实时任 务有很强的支持能力，能完成多任 务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。、具有功能很强的存储 区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。、可扩 展的处 理器结构，以能最迅速地开展出满足应
38、用的最高性能的嵌入式微处理器。、嵌入式微处理器必须 功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有甚至 级。嵌入式微控制器一般由一个核和多个外围电路集成，目前主流的核如下【】：、公司的内核的设计技术被授权给数百家半导体厂商，做成不同的芯片。的功耗很低，在当今最活跃的无线局域网、手机 终端、手持设备、有线网络通信设备等中应用非常广泛。、公司的两个最重要的芯片厂商为和。公司的处理器被公司大量采用在高端路由器上。公司在核上集成接口，广泛用于以太网交换，另外也尝试增加了、串口、控制器、片选、控制器等外设接口，以用于低端通信产品。、和的处理器是通信
39、和工控领域应用最广泛的处理器，国内包括华为、中兴在内的通信公司都大量使用，和是其最经典的两款。、公司独有的内核迮内核是最早在嵌入式领域广泛应用的内核，其最著名的代表芯片是。则集成了的特点并对其保持了兼容。内核被用于模 块、长安大学硕士学位论文总线模块以及一般嵌入式处理器所集成的外设模块，在工业控制、机器人研究、家电控制等领域被广泛采用。第三章端硬件平台设计第三章端硬件平台设计前一章研究了嵌入式系统应用时的几个关键问题，重点是处理器及其操作系统的选型原则。以此为基础，本章将 针对轴承故障检测系统端的具体要求，结合可重用设计方法学和软硬件协同设计思想，研究并设计了基于的轴承故障检测系统端的硬件系统
40、平台，包括存储系统、各种功能接口等。为方便系统的扩展及升级，采用模块化设计方法。系统以 ￥处理器为核心，扩展轴承故障检测系统端平台所需硬件模块。如图所示 为本系 统硬件结构框图。接口接口卡，显示器键盘接口￥鼠蒙篓接口鼠标接“叉“￥微 处理器图系统硬件结构框图见蜥接口接口￥是著名的半导体公司推出的一款位处理器， 为手持设备和一般类型的应用提供了低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方梨】。￥的内核基于，带有功能，采用工 艺，其主 频可达，适合于对成本和功耗敏感的要求，同时它还采用了的新型总线结构，实现了、的高速缓冲体系结构，同 时还支持位压缩指令集，从而能以较小的存储空间需求，获得位的体系性能。其结构框图如图所示。￥处理器片上功能如下【：（）内核工作电压为、存储器供电电压、外部设备的供电电压：长安大学硕士学位论文图￥结构框图的指令和的数据；控制器，最大可支持色和色；通道的请求；通道的，通道的接口；通道的（）：路和个内
