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面向先进控制的SOC平台的设计与实现

作　者: 段俊
导　师: 宋执环
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 嵌入式系统先进控制预测控制双核调度
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 32次
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内容摘要

先进控制在嵌入式中具有广泛的需求,同时面临巨大的研究挑战。本文以ARM与浮点DSP双核控制器OMAP-L137为核心设计了一个面向先进控制的SOC平台。以实时性为目标,对相关因素进行研究,改进了预测控制算法,并成功在SOC平台中实现,通过相关模型测试,结果表明系统具有高实时性、高精度的控制效果。本文详细阐述了面向先进控制的SOC平台的开发工作,主要贡献和创新点有：(1)完成以OMAP-L137双核处理器为核心的SOC软硬件平台搭建。针对平台采用模块化设计,平台硬件由核心板、底板、人机交互板、接口板等组成,平台软件分为操作系统、系统软件、算法软件等,具有高度的灵活性。(2)先进控制在SOC平台的实现方案。提出一套先进控制在该平台的实现方案,以双核调度为核心,使得ARM核和DSP核分别在任务管理和计算上的性能得到充分发挥。在综合嵌入式软件与硬件性能与先进控制算法对SOC要求的基础上,为先进控制在SOC平台上的实现创造基本条件。(3)预测控制算法的嵌入式实现。将预测控制算法分块,并分别针对预测控制算法的预测模型、约束处理、在线更新求解算法各块进行了完整的系统研究和测试,提出了一整套通用实现策略,并成功的在嵌入式系统中实现。改进的预测控制算法在控制精度损失较小的情况下,实时性得到有效提升。该先进控制平台功能强大、操作简单、携带方便,是一体化的便携式先进控制器,同时该平台支持在线建模,适合对工业中不同模型的控制。该平台为石油化工冶金等复杂过程的控制提供了一种低成本、便携式、高实时性的解决方案。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
英文摘要  7-9
目次  9-12
1 绪论  12-18
  1.1 引言  12
  1.2 课题研究背景及意义  12-14
  1.3 研究现状和发展趋势  14-15
  1.4 主要贡献与创新点  15-16
  1.5 章节安排  16-17
  1.6 本章小结  17-18
2 SOC平台硬件设计及实现  18-45
  2.1 方案设计及硬件选型  18-22
    2.1.1 设计要求  18
    2.1.2 系统整体方案设计  18-19
    2.1.3 微处理器选型  19-21
    2.1.4 硬件系统方案设计  21-22
  2.2 核心板  22-30
    2.2.1 电源模块  22-23
    2.2.2 微控制器系统电路  23-25
    2.2.3 扩展存储器  25-28
    2.2.4 外围扩展模块  28-30
  2.3 底板  30-35
    2.3.1 通信模块  30-33
    2.3.2 模数转换与数模转换电路  33
    2.3.3 PWM输出与实时时钟  33-34
    2.3.4 I2C接口的铁电存储器FRAM  34
    2.3.5 管脚复用处理模块  34-35
  2.4 人机交互板  35-39
    2.4.1 触摸屏  35-38
    2.4.2 按键电路  38
    2.4.3 电源调理方案  38-39
    2.4.4 蜂鸣器与液晶  39
  2.5 IO接口板  39-42
    2.5.1 模拟输入输出接口  40
    2.5.2 数字输入输出接口  40-41
    2.5.3 通信接口  41
    2.5.4 电源接口  41
    2.5.5 PWM接口  41-42
    2.5.6 外部复位接口  42
  2.6 平台的硬件实现  42-44
    2.6.1 系统资源  43
    2.6.2 使用流程  43-44
  2.7 本章小结  44-45
3 SOC平台软件设计及实现  45-68
  3.1 软件系统方案设计  45-46
  3.2 软件开发平台的搭建  46-48
  3.3 系统移植准备  48-49
    3.3.1 系统启动模式  48-49
    3.3.2 启动程序配置  49
  3.4 Linux内核移植  49-51
    3.4.1 嵌入式Linux内核概述  50
    3.4.2 嵌入式Linux内核移植  50-51
  3.5 文件系统  51-53
    3.5.1 编译busybox  52
    3.5.2 制作根文件系统映像文件  52-53
  3.6 双核通信系统软件配置  53-54
    3.6.1 DSPLINK概述  53-54
    3.6.2 DSPLINK配置与编译  54
  3.7 驱动  54-65
    3.7.1 Linux设备驱动程序的组成和分类  55-56
    3.7.2 通用设备的驱动实现  56-57
    3.7.3 SPI驱动实现  57-58
    3.7.4 LCD驱动实现  58-62
    3.7.5 触摸屏驱动实现  62-65
  3.8 显示界面  65-67
  3.9 本章小结  67-68
4 预测控制的SOC实现  68-89
  4.1 约束多变量预测控制  68-72
  4.2 算法整体实现策略  72-74
    4.2.1 先进控制算法实现方案  72-73
    4.2.2 算法整体改进思路  73-74
    4.2.3 SOC实现效果的评价标准  74
  4.3 预测模型的实现  74
  4.4 约束项处理  74-78
    4.4.1 约束项合并  76-77
    4.4.2 约束补偿  77
    4.4.3 约束判断  77-78
  4.5 求解算法改进  78-87
    4.5.1 解约束子算法选取和改进  78-82
    4.5.2 控制量更新策略  82-87
    4.5.3 算法截止  87
  4.6 本章小结  87-89
5 先进控制策略和仿真分析  89-95
  5.1 先进控制平台的整体实现  89-90
  5.2 预测控制实现策略和相关设置  90-91
  5.3 预测控制仿真及结果分析  91-94
  5.4 本章小结  94-95
6 总结与展望  95-97
  6.1 结论  95-96
  6.2 展望  96-97
参考文献  97-101
作者攻读硕士学位期间的科研成果  101

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