基于Linux的嵌入式閘門(mén)智能監控系統

引言

閘門(mén)系統是水資源調度中重要的組成部分,國內目前多采用手動(dòng)和部分電動(dòng)的操作方式,真正實(shí)現閘門(mén)的智能控制還少有報道。文中采用的是基于Linux 操作系統的嵌入式技術(shù),實(shí)現水利工程閘門(mén)的集視頻監控與水位、閘位、庫容、流量等參數實(shí)時(shí)監控一體化的本地/ 遠程自動(dòng)監控。

Linux 與嵌入式系統

嵌入式系統是一種以應用為中心,以計算機技術(shù)為基礎,軟件硬件可裁剪,適應實(shí)際應用對功能、可靠性、成本、體積、功耗等要求嚴格的專(zhuān)用計算機系統。它面向特定應用,有較高的可靠性和較長(cháng)的市場(chǎng)生命周期。由于嵌入式系統的功能越來(lái)越復雜,硬件條件越來(lái)越好,選擇合適的嵌入式操作系統成為系統開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前嵌入式系統的開(kāi)發(fā)方法主要有兩種:一是依賴(lài)現有商業(yè)軟件提供的開(kāi)發(fā)平臺和組件,如VxWorks ,uC/OS ,Windows CE ,QNX等等,其技術(shù)成熟,功能強大,提供大量可用函數調用接口,大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期,但是價(jià)格不菲;二是基于自由軟件Linux 做開(kāi)發(fā),根據自己系統的需求進(jìn)行定制,并且不必為獲得使用許可而支付額外的費用,可大大降低開(kāi)發(fā)成本。

Linux 是一個(gè)以Unix 核心為基礎的、多任務(wù)多進(jìn)程的嵌入式操作系統,支持廣泛的計算機硬件。開(kāi)發(fā)人員可以根據自己的需要對操作系統進(jìn)行自行修改和定制,它有大量的開(kāi)放的應用代碼可以使用,并且Linux 有可支持多達11 種操作平臺的C ,C ++ ,Object C 編譯器GCC ,功能強大,執行效率高出一般編譯器20 %～30 %。在基于Linux 的嵌入式操作系統中,有許多改良品種迎合了嵌入式/ 實(shí)時(shí)市場(chǎng),包括RTLinux(實(shí)時(shí)Linux) 、μcLinux(用于非MMU 內存管理單元處理器的Linux) 、Montavista Linux(用于A(yíng)RM、MIPS、PPC 的Linux 分發(fā)版) 、ARM2Linux(ARM 上的Linux) 等等。針對目前閘門(mén)智能監控系統對操作的實(shí)時(shí)性要求并不高的特點(diǎn),我們在本次應用中選用Linux2.4.22 內核基礎上的Red Hat 9. 0 作為開(kāi)發(fā)環(huán)境。

Linux 定制

　內核配置

由于嵌入式系統的存儲空間有限,因而要將Linux 用于嵌入式系統就必須對其定制,即要對內核中不必要的模塊諸如SCSI、Floppy 之類(lèi)的外設支持模塊等進(jìn)行裁減。

(1) 清除設置環(huán)境　　　　　make mrproper

(2) 設置配置make config

(3) 編譯內核及模塊make dep ;make clean ;make bzImage ;make modules

編譯出的內核文件為/ usr/ src/ linux/ arch/ i386/ boot/ bzImage及/ usr/ src/ linux/ System. map

　制作系統電子盤(pán)

在標準Linux 環(huán)境下,將電子盤(pán)Mount 到/ RamDisk 上,在電子盤(pán)上制作引導和啟動(dòng)。

(1) 修改lilo. conf 文件,系統直接從電子盤(pán)啟動(dòng)。

(2) 創(chuàng )建一個(gè)內核文件系統ext2 :mke2f s - i 8192 - m 0/ dev/ ram 50 ,并在/ RamDisk 目錄下,建立運行系統所必需的目錄文件:bin dev etc lib mnt proc sbin tmp usr var ,以及各個(gè)目錄下必要的文件,特別是應用程序所需要的庫文件。

(3) 將內核文件放入RamDisk : # dd if = bzImage of = / dev/ ram bs = 1k. 并加載根系統文件: # dd if = /tmp/ ram-image. gz of = / dev/ fd0 bs = 1k seek = 內核數據塊數。其中ram-image. gzJ 是壓縮后的根系統文件,內核數據塊數就是內核的大小。

快速啟動(dòng)及開(kāi)機畫(huà)面

由于該系統是基于Rad Hat 910 基礎之上開(kāi)發(fā)的,因此啟動(dòng)過(guò)程較長(cháng),從系統加電直至系統控制臺顯示“login :”為止,需要三十多秒的時(shí)間。通過(guò)測試,內核啟動(dòng)時(shí)有大量的時(shí)間耗費在硬件初始化上。例如Linux 一共要探測20 個(gè)IDE 接口(包括主、從盤(pán)) ,通過(guò)修改Linux 源代碼中MAX-HWIFS 的定義值,由10 改為1 ,以減少Linux探測IDE 接口的時(shí)間來(lái)縮短系統啟動(dòng)的時(shí)間。真正加快啟動(dòng)時(shí)間,則是通過(guò)改寫(xiě)rc. sysinit ,rc 等啟動(dòng)腳本,讓系統只做必要的硬件模塊的初始化工作及服務(wù)來(lái)達到目的。

快速啟動(dòng)時(shí)只需顯示用戶(hù)定義的界面,可將256 色640X480 象素的1pcx 或1tif 格式的圖片數據替換Linuxlogo.h 中原有的數據,并對driver/ video/ fbcon. c 源代碼做少量修改,將宏定義LOGO- H 80 改為640 ,LOGO- W 80改為480 ,并修改相應的函數。

非正常關(guān)機

在系統使用過(guò)程中,為了方便用戶(hù)使用,應該支持非正常關(guān)機,即在直接切斷電源的情況下避免可能引發(fā)的問(wèn)題。通常采用ext2 文件系統是非日志型文件系統,系統在重新啟動(dòng)時(shí)會(huì )耗費大量的時(shí)間來(lái)檢查文件系統,有時(shí)甚至產(chǎn)生致命錯誤(fatal error) ,強迫用戶(hù)手工使用命令fsck 檢查文件系統。