随着计算机技术和通信技术的迅速发展以及Internet的不断发展,嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。Linux操作系统以其稳定性好,可靠性高,源代码公开,可剪裁,版权免费等优点,已成为嵌入式领域的一股新兴力量,具有巨大的市场潜力和商业价值。因此对嵌入式Linux操作系统的研究及其在复杂仪器测控系统中的应用具有重要的现实意义。众所周知,质谱分析仪器是生命科学、材料科学、食品安全、环境监测等领域的不可替代的重要分析仪器,随着上述领域的迅速发展,质谱联用仪已成为需求量增长速度最快的分析仪器之一。而我国的质谱联用仪器几乎全部依赖于进口,本论文正是在此情况下,研究设计以嵌入Linux操作系统的ARM 9微处理器为核心的测控系统主板,并将其应用在中国首批自主关键技术研制的质谱联用仪器中。本论文共分为五个部分。第一部分,介绍了本选题的来源、目的与意义,并对本测控系统主板的应用背景——质谱分析仪器进行了概述,其中包括质谱分析仪器的基本原理和基本构成;同时,也对质谱分析仪器的国内外研制现状和嵌入式系统、测控系统的现状及发展趋势作出了阐释与综述。第二部分,是对该嵌入式测控系统主板的硬件设计进行了介绍。首先讨论了ARM 9微处理器芯片的选择与主板硬件电路设计的总体方案;然后对各个硬件电路模块进行了分述,这其中包括了微处理器ATMEL9200、主板电源、SDRAM存储器、FLASH存储器、以太网、视频显示、音频、RTC、PC/104接口、UART接口以及USB接口。其次,围绕解决系统硬件PCB设计与电磁的兼容问题,介绍了该主板印刷电路板的设计思路。第三部分,对嵌入式Linux操作系统移植问题进行了讨论,其中详细介绍了嵌入式Linux操作系统的三个组成部分:系统引导程序、Linux内核、根文件系统,并对这三个部分源代码的修改、剪裁、编译以及移植进行了详细的描述。第四部分,是相关嵌入式测控主板设备驱动程序的设计。在对嵌入式Linux操作系统下设备驱动程序进行了概述后,以PC/104总线驱动程序和网卡DM9161驱动程序的设计为例介绍了测控系统主板中驱动程序编写与修改的思路与方法。第五部分对本测控系统主板部分性能进行了测试并针对测试结果得出相应的结论。其中包括了主板功率的测试、PC/104总线的功能测试、PC/104读写能力的指标测试、网络数据传输的测试以及视频接口的测试;另外还将测试结果与课题前期实验使用的主板进行了对比,得出了相应的结论以及发现研究有待提升的空间。本论文设计的ARM 9质谱联用仪器的测控系统主板已经成功地应用在GC-MS上,其研究成果在于:第一、将目前被公认领先的32位ARM 9微处理器、Linux操作系统成功的应用于国家急需而稀缺的复杂仪器中;第二、较课题前期实验使用的主板而言,本论文设计的测控系统主板,有更加丰富完善的模块、接口和文件系统,而且在功耗、连续读写能力、网络数据传输速度等方面经测试有明显的提高;这将为质谱仪器的性能提高、小型化、智能化、便携化提供可能。第三、本论文设计的测控系统主板采用较为常用的PC/104接口,因此对采用PC/104接口的其他仪器测控系统具有较强的通用性。