嵌入式智能保密设备控制系统的研究与实现

论文摘要

随着现代数字化、信息化和网络化的普及,如何确保存储涉密介质如移动硬盘、优盘、笔记本电脑和密级文件的安全,已成为保密设备控制应用中重要的研究问题。为了提高保密设备的控制性能和安全性能,本文在分析单片机与ARM(Advanced RISC Machines)的基础上,根据项目功能需求,设计并实现了一套基于ARM的嵌入式智能保密设备控制系统。近年来大多涉密信息载体的管控系统都是基于单片机设计,但由于单片机系统的功能结构相对简单,不能适应复杂情况下的控制管理需求,所以在处理器的选择方面,本文从处理器的性能、功耗、成本以及应用于Linux操作系统等多方因素考虑,鉴于ARM处理器具有低功耗、低成本、高性能、指令运行速度更快、执行效率更高等特点,选择了Atmel公司的32位处理器AT91SAM9260,构建了以AT91SAM9260处理器为核心的嵌入式智能保密设备控制系统的硬件平台,包括智能控制设备、RFID采集系统、图像采集系统、生物识别门禁和报警传感器等功能部件。其下位机控制模块与单片机相比运行速度更快,功能更完善,存储量更大。本系统的运行平台采用Linux操作系统,利用嵌入式数据库SQLite对相关数据进行有效管理。本文在分析Linux嵌入式环境的基础上,对Linux操作系统进行了裁剪、编译,构建了系统软件开发环境,移植了相关驱动程序。控制应用程序采用SQLite数据库编程、Socket编程、串口通信、多线程编程等技术完成系统控制应用软件开发,其内容包括控制模块、管理模块和通讯模块等。本文最后将控制应用程序移植到ARM,实施了一个完整的嵌入式智能保密控制系统。本文所设计的嵌入式智能保密设备控制系统采用了性价比较高的ARM芯片作为处理器以及Linux嵌入式操作系统运行环境,实验结果表明,将嵌入式技术应用于智能保密设备控制系统,具有网络化、智能化的管理功能,其移植应用程序简便,工作性能稳定,下位机的嵌入式智能控制模块能够对保密柜体进行预期的管理控制,满足系统要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的选题缘由与研究意义
• 1.2 嵌入式系统简介
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的结构
• 第二章 嵌入式系统综述
• 2.1 嵌入式系统概述
• 2.1.1 嵌入式系统的概念
• 2.1.2 嵌入式系统的特点
• 2.1.3 嵌入式系统的发展
• 2.1.4 嵌入式处理器分类
• 2.2 单片机综述
• 2.2.1 单片机简介
• 2.2.2 单片机的历史与发展
• 2.3 ARM 综述
• 2.3.1 ARM 概念
• 2.3.2 ARM 的特点及应用
• 2.3.3 ARM 体系架构的历史和发展
• 第三章 智能保密设备系统需求分析及总体设计
• 3.1 嵌入式保密设备系统的组成
• 3.2 嵌入式保密设备系统需求分析
• 3.2.1 设计目标
• 3.2.2 功能需求
• 3.3 通信方式的规定和数据报文格式制定
• 3.3.1 Linux 下的Socket 编程技术
• 3.3.2 通信方式
• 3.3.3 数据报文格式制定
• 3.4 嵌入式保密设备系统数据库设计
• 第四章 嵌入式智能保密设备控制系统硬件设计
• 4.1 处理器选择
• 4.2 系统硬件结构
• 4.3 存储资源分配
• 4.4 USB 接口
• 4.5 通信端口
• 4.5.1 串口部分
• 4.5.2 网络控制器
• 4.5.3 JTAG 接口
• 4.6 SD 卡存储器
• 第五章 嵌入式智能保密设备控制系统软件平台构建
• 5.1 嵌入式系统开发环境
• 5.2 嵌入式系统引导装载程序（Bootloader）的移植
• 5.2.1 嵌入式系统引导程序简介
• 5.2.2 U-Boot 移植
• 5.3 Linux 内核移植
• 5.3.1 Linux 操作系统概述
• 5.3.2 Linux 内核源码结构
• 5.3.3 Linux 内核的移植
• 5.4 文件系统的移植
• 第六章 嵌入式智能保密设备系统的控制软件设计
• 6.1 嵌入式智能控制器系统的软件设计
• 6.1.1 控制程序主流程
• 6.1.2 程序子功能流程
• 6.1.3 事件处理模块
• 6.1.4 用户刷卡处理
• 6.2 网络通信模块
• 6.3 管理模块
• 6.3.1 系统应用模块
• 6.3.2 系统维护模块
• 6.3.3 基础信息管理模块
• 6.3.4 设备使用管理模块
• 6.3.5 保密柜控制模块
• 6.3.6 保密柜日志记录模块
• 6.4 测试与方案比较
• 6.4.1 测试结果
• 6.4.2 设计方案比较
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录