气象数据采集器主控单元的研究与构建

随着气象事业的快速发展，人们对于信息的需求无论从量还是质上都正发生着深刻变化。原有的主要依靠人工进行操作和读数的气象观测方式，不仅劳动效率低，而且各项参数均需人工记录和汇总，工作量大，容易出错，已满足不了现有的气象观测要求。同时，信息技术、电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用，为气象观测自动化提供有力的技术支持。在这种大环境下，我国的自动气象观测技术得到了快速发展。经过多年研究工作，观测技术已基本成熟。但在其关键设备——气象数据采集器的研究方面，研究工作远远落后于外国发达国家。气象数据采集器是我国气象仪器行业的主要技术难题之一，国内尚未有成熟产品，供求主要依靠国外进口产品。 针对我国急需研制出新一代高精度、高灵活性数据采集器的现状，本论文对气象数据采集器的主控单元进行研究与构建，为数据采集器的其它部件设计提供开发与控制平台。主控单元犹如嵌入到自动气象观测系统中的微型计算机，是整个采集系统的控制与运行核心，其性能的好坏直接决定数据采集器功能的多寡和性能的优异。 随之后PC时代的到来，嵌入式系统已经广泛地渗透到大众生活，是继IT网络技术之后，又一个新的技术发展方向。嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。一般而言，嵌入式系统的构架分成四部分：处理器、存储器、输入输出设备和软件（操作系统和应用软件）。开发嵌入式系统通常采用以下三种流程：瀑布模式开发过程、V型模式开发过程和基于硬件抽象层的系统开发过程。应用需求的牵引和IT技术的推动使得嵌入式系统设计方法不断演化，出现了三种不同层次的设计方法：①以PCB CAD软件和ICE为主要工具的设计方法；②以EDA工具软件和EOS为开发平台的设计方法；③以IP内核库为设计基础，用软硬件协同设计技术的设计方法。 硬件平台是嵌入式系统的基础，通过对嵌入式系统硬件成分的分析，结合当前嵌入式微处理器发展现状，本文对气象数据采集器主控单元的硬件构成进行了研究与设计。 并对目前被公认为业界领先的32位ARM微处理器的概况进行了介绍，探讨了其体系结构和编程模型。 系统软件是嵌入式系统硬件与用户应用软件的连接桥梁，其设计品质的好坏决定了上层应用软件的功能多寡性能优劣、底层硬件的利用效率。随着嵌入式系统的应用范围像滚雪球式地增大，嵌入式系统编程也变得越来越复杂，它覆盖了从最具体的底层编程到最抽象的高层UNIX编程的各个方面。本文对嵌入式系统固件设计进行探讨，介绍了嵌入式系统启动引导程序和设备驱动程序的设计方法，对μC/OS-II嵌入式实时操作系统进行了简要介绍和原理分析。根据实际需求，实现了ARM微处理器启动引导程序、μC/OS-II内核在ARM微处理器上的移植以及基于嵌入式操作系统的两种设备驱动程序。