一種嵌入式數據終端的設計方案與實(shí)現

摘要：以MES 在制造業(yè)的應用為背景，針對企業(yè)車(chē)間的數據類(lèi)型、數據采集手段、數據 下達與顯示方式在各種行業(yè)千差萬(wàn)別的實(shí)際情況，提出了一種所有功能透明、受控于上位機 的基于S3C44B0 的嵌入式智能交互終端的數據采集方案。此方案能解決數據采集終端在不同 行業(yè)間推廣過(guò)程中的通用性問(wèn)題，縮短系統的開(kāi)發(fā)周期，日常維護和升級都非常方便。詳細 地給出了交互系統的總體模型，嵌入式智能數據交互終端的硬件平臺、軟件框架與設計流程。

1、引言

傳統的 ERP 等信息管理系統在制造業(yè)企業(yè)內發(fā)揮了重要的作用，但這些系統還未能延伸 到車(chē)間過(guò)程管理的環(huán)節,使車(chē)間過(guò)程管理自動(dòng)化、信息化、智能化?，F在新興的MES 系統為 解決以上的問(wèn)題，通常在車(chē)間借用各種數據交互終端。數據交互終端負責采集和處理最原始 數據并將其傳送到工作站，同時(shí)接收工作站下達的操作命令[1]。但是，傳統的數據交互終端 把業(yè)務(wù)流程及數據采集項定制設計成程序固化在終端內，當業(yè)務(wù)流程發(fā)生變化或在不同行業(yè) 中應用時(shí)，就需要花費大量時(shí)間修改終端程序與上位機應用程序。例如在一個(gè)系統中有N 臺終端要實(shí)現不同的業(yè)務(wù)，就要設計N 套終端程序，使得終端程序的版本很多，很明顯不能 適應現代企業(yè)的快速變化，也不利于行業(yè)間的推廣。本文提出一種新的設計方案，引入業(yè)務(wù) 功能配置引擎與業(yè)務(wù)解析引擎。其中業(yè)務(wù)功能配置引擎為上位機應用程序核心，業(yè)務(wù)解析引 擎集成于數據交互終端。這樣，當業(yè)務(wù)或行業(yè)變化時(shí)，只需改變上位機的業(yè)務(wù)配置引擎的配 置信息而無(wú)需改變終端程序。采用這樣的設計方案可以加快系統開(kāi)發(fā)進(jìn)度，以及系統在各種 行業(yè)中的推廣。

2、嵌入式智能數據交互終端硬件平臺

硬件平臺采用Samsung S3C44B0 處理器，該處理器采用的ARM7TDMI 結構，最高頻率 66MHz[2]。本平臺以此處理器為核心，添加諸多外圍模塊，其硬件平臺框圖如圖1 所示。

鍵盤(pán)，RFID 與液晶屏為終端的人機交互平臺;系統的核心模塊通過(guò)系統總線(xiàn)與處理器 連接;外接豐富的RAM 與ROM 資源可以提高系統軟件設計的靈活性;以太網(wǎng)作為主要通訊接 口，使得系統通訊更加標準化，保證了通訊的速度與可靠性。在本系統中，除處理器、SDRAM、FlashRom 為主板固定模塊，其它外圍均采用可拔插的設計原理，這樣當需求改變時(shí)，只需 插上或拔下需要的外圍模塊即可，這樣的設計思想增加了終端的靈活性并縮短開(kāi)發(fā)周期。

3、軟件設計的思想與實(shí)現

3.1 智能數據交互系統的整體模型及工作原理

在講述數據交互終端的軟件實(shí)現前，首先介紹系統的整體結構以及其工作原理。圖2 是MES 系統中的底層數據交互的總體模型。數據交互系統的上位機主要由業(yè)務(wù)需求模塊、業(yè) 務(wù)配置引擎、數據解析引擎、引擎配置信息與底層通訊模塊組成。系統從上層管理系統中獲 取業(yè)務(wù)需求，業(yè)務(wù)配置引擎讀取引擎配置信息，生成業(yè)務(wù)事件鏈，通過(guò)通訊模塊根據工位地 址發(fā)送到相應數據交互終端，相反收到采集數據包時(shí)，數據解析引擎解析數據交互終端采集 到的數據，最后交由業(yè)務(wù)需求模塊反饋回上層管理程序。數據交互終端軟件主要由底層通訊 模塊、業(yè)務(wù)解析引擎、終端表現層與外設驅動(dòng)與響應模塊組成。終端通訊層接收到上位機的 數據包校驗正確后交由業(yè)務(wù)解析引擎。解析引擎根據引擎協(xié)議解析出業(yè)務(wù)事件鏈后，通過(guò)終 端表現層，并等待數據采集，采集完成后交由采集生成引擎，生成固定格式數據再返回上位 機，從而形成數據交互的閉環(huán)。

3.2 終端引擎的實(shí)現原理

以上為系統的工作原理，下文接著(zhù)對數據交互終端業(yè)務(wù)解析引擎與數據采集引擎的實(shí)現 做詳細的介紹。實(shí)現的功能主要就是：液晶顯示與外設控制。液晶如何顯示，顯示那些內容， 外設如何控制，在沒(méi)經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)解析引擎前終端都是保持著(zhù)上次狀態(tài)，經(jīng)過(guò)解析后才知道應該 實(shí)現那些東西，如何去實(shí)現。解析引擎就是根據特定協(xié)議將一段數據轉化為邏輯控制功能的 庫。也就是通過(guò)一種協(xié)議把終端的業(yè)務(wù)邏輯交給了功能強大的PC 機去處理。終端工作只是 每次邏輯計算后的表現。要實(shí)現以上的功能，就必須有一套完整的功能協(xié)議棧，設計協(xié)議棧 之前，首先將終端的功能進(jìn)行模塊劃分，這里以通訊模塊往后進(jìn)行劃分，主要有：鍵盤(pán)控制、 液晶顯示、外設采集器控制。每個(gè)模塊繼續細化，盡可能表現各個(gè)模塊的可能會(huì )出現的狀態(tài)。 再次，功能協(xié)議的實(shí)現，協(xié)議由協(xié)議關(guān)鍵字與控制內容組成，比如關(guān)鍵字A 代表終端硬件模 塊A，關(guān)鍵字A 后面的內容表示上位機要求模塊A 要實(shí)現的功能，模塊A 功能繼續細化。如 表1 給出了部分功能協(xié)議組成。終端的響應上位機的業(yè)務(wù)狀態(tài)主要由兩個(gè)狀態(tài)量控制，在程 序上我們定義為兩個(gè)全局變量，分別用來(lái)表示下位機當前屬于哪個(gè)業(yè)務(wù)功能與所屬該功能的 步驟，在程序上定義為ID 與STEP，上位機系統已經(jīng)把ID 與SteP 的邏輯流程設計好，例如 在某個(gè)ID 與STEP 狀態(tài)時(shí)，終端屏幕上顯示是工藝完成情況，并要求用戶(hù)通過(guò)各種采集外設 進(jìn)行數據采集，提交上位機。每次上位機發(fā)送下來(lái)的數據都是以ID+STEP+模塊A 控制字 +模塊A 控制數據+模塊B 控制字+模塊B 控制數據+…。同時(shí)設置觸發(fā)模塊的NEXT_ID與NEXT_STEP。當相應觸發(fā)發(fā)生時(shí)，上位機可以根據NEXT_ID 與NEXT_STEP 向終端發(fā)送下個(gè) 業(yè)務(wù)流程與其步驟。比喻上位機是一個(gè)龐大的中央處理器，控制著(zhù)業(yè)務(wù)流程的整個(gè)邏輯計算 與數據的組織，車(chē)間的所有終端就更像一個(gè)輸入輸出設備圍繞著(zhù)這個(gè)中央處理器。我們知道 計算ID×STEP 個(gè)邏輯需要一定的CPU 時(shí)間，如果將這個(gè)工作交給上位機(CPU 達到G 級的 處理器)去完成，處理能力有限的終端就可以去處理更多的其他采集工作。同時(shí)，ID×STEP 個(gè)業(yè)務(wù)界面需要消耗很多的 RAM 與ROM 資源，如果把這些界面固化與終端內部，將大大增 加了終端的硬件成本。而且當需求改變時(shí)，必須花大量的工作去更改每個(gè)終端的程序與數據。 如果把以上工作交給上位機處理，可以在很小的硬件資源中實(shí)現ID×STEP 個(gè)功能間的相互 跳轉，而且當業(yè)務(wù)改變時(shí)，只需要改變上位機的邏輯關(guān)系與數據，而無(wú)需改變終端內部的應 用程序。表一給出了協(xié)議的部分組成。