基于嵌入式ARM/DSP平台的核能谱数据处理系统设计与实现

【摘要】：针对传统PC平台的核能谱分析软件成本高、体积大、使用范围受限等问题,以及单核处理器谱仪在实时性、可控性等复杂谱数据处理中所面临的技术瓶颈,论文设计实现了一种以ARM/DSP平台为核心的核能谱数据处理系统。系统以TI公司DM3730的Dev Kit8500D评估板为实验平台,采用ARM-Linux操作系统,DSP端处理核探测器采集的谱数据,经由DSP link机制向ARM端传送处理数据,借助体积小易移植的科学计算软件Octave调用GNUplot函数库加载处理核能谱数据,并将能谱数据可视化显示在TFT液晶屏上,供科学工作人员现场实时读取、分析、处理。论文实现系统平台构建,分为硬件平台选型与软件平台设计。硬件平台选型,核心在于处理器的选型;凭借Dev Kit8500D核心芯片DM3730强大的数据处理能力及良好的系统控制,在众多嵌入式处理器中脱颖而出,非常适合需要实时控制与复杂数据处理的核能谱系统。嵌入式Linux软件平台设计,包括工具链设置,一级启动代码X-Loader,二级启动代码U-Boot,内核u Image,文件系统Ramdisk和UBI的编译、移植,以及文件系统制作、内核定制。液晶显示屏、触摸屏驱动编写实现,静态加载到系统内核,系统更新后使得显示触摸屏运行工作,提供友好界面与人机互动。DSP link通信解决,在TI公司提供DVSDK软件体系结构基础上,实现DM3730中ARM与DSP异构双核数据传输,ARM借助DSP link软件模块可以直接访问DSP片内RAM数据,二者协调工作,性能提升显著。对于Octave的移植工作,添加并编译必需依赖库及头文件,交叉编译后的Octave,借助可被Linux识别的ext2格式MMC/SD卡将其移植到Dev Kit8500D平台。最后,在搭建好的便携式核能谱仪系统上对环境放射性本底实际测试,核能谱图视觉效果直观,能够实时读取谱线上任一点的道址与计数,供专业技术人员深入研究。核能谱数据测试结果表明,系统方案数据处理效率高、实时性好,异构双核协调工作是传统单核核能谱系统效率的3-4倍,且系统具备良好稳定性、便携性,拥有很强的实用价值,应用前景广阔。 【关键词】：ARM/DSP平台 核能谱处理 DM3730 Octave/GNUplot 移植
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.52
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 选题依据及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 核能谱系统发展与现状11-12
• 1.2.2 开源软件Octave使用现状12-13
• 1.3 研究内容与章节安排13-15
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 章节安排14-15
• 1.4 论文创新性15
• 1.4.1 ARM/DSP异构核能谱处理系统15
• 1.4.2 移植开源Octave软件实现谱数据处理15
• 1.5 小结15-16
• 2 核能谱系统的平台构建16-30
• 2.1 核能谱系统硬件平台16-17
• 2.1.1 硬件平台总体框架16
• 2.1.2 DM3730处理器16-17
• 2.2 核能谱系统软件平台17-20
• 2.2.1 嵌入式系统选择18
• 2.2.2 Linux软件资源介绍18-19
• 2.2.3 Linux软件特性19-20
• 2.3 嵌入式Linux系统开发20-29
• 2.3.1 环境搭建20-22
• 2.3.2 BIOS生成22-23
• 2.3.3 内核编译与定制23-26
• 2.3.4 文件系统制作26-27
• 2.3.5 Linux系统移植27-29
• 2.4 小结29-30
• 3 核能谱系统的设备驱动开发30-42
• 3.1 显示屏驱动30-37
• 3.1.1 显示子系统DSS31-32
• 3.1.2 frame Buffer32-33
• 3.1.3 LCD驱动的程序实现33-36
• 3.1.4 LCD驱动加载内核36-37
• 3.2 触摸屏驱动37-41
• 3.2.1 触摸屏原理37-38
• 3.2.2 触摸屏驱动的程序实现38-40
• 3.2.3 触摸屏驱动加载内核40-41
• 3.3 小结41-42
• 4 核能谱系统的双核通信实现42-50
• 4.1 DVSDK软件体系结构42-43
• 4.2 DSP link通信机制43-44
• 4.3 ARM/DSP的双核通信实现44-49
• 4.3.1 DVSDK安装配置44-45
• 4.3.2 DVSDK编译45-46
• 4.3.3 ARM调用DSP库函数的实现46-49
• 4.4 小结49-50
• 5 核能谱系统的Octave编译及移植50-58
• 5.1 搭建编译环境50
• 5.2 依赖库列表50-51
• 5.3 Octave编译51-56
• 5.3.1 编译准备51
• 5.3.2 交叉编译Octave51-54
• 5.3.3 依赖库及头文件编译54-56
• 5.4 Octave移植56-57
• 5.4.1 移植实现56-57
• 5.4.2 移植难点57
• 5.5 小结57-58
• 6 核能谱系统的数据处理58-62
• 6.1 谱数据处理58-59
• 6.2 结果显示59-61
• 6.3 性能分析61
• 6.4 小结61-62
• 7 结论与展望62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-70
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文70

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