基于A(yíng)RM處理器和Linux操作系統的電磁流量計設計方案

　　0 引 言

　　電磁流量計是一種測量導電介質(zhì)體積流量的計量?jì)x表，具有測量精度高、穩定性好、可靠性高等特點(diǎn)。電磁流量計除可測量一般導電液體的流量外，還可測量液固兩相液體、高粘度液體及鹽類(lèi)、強酸、強堿液體的體積流量，可廣泛應用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫藥、給排水、食品飲料、環(huán)保等工業(yè)技術(shù)部門(mén)，其產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性對上述企業(yè)的經(jīng)濟效益有著(zhù)重要的影響。

　　傳統電磁流量計一般采用8 位或16 位的單片機,由于單片機性能較弱和外圍接口少，無(wú)法完成復雜算法或者多項并行任務(wù); 在顯示方式上一般采用LED 或段式LCD，只能顯示數字、字母、漢字和一些粗糙的圖案;在數據存儲方面一般采用小容量的EPROM 存儲器,流量數據存儲一般以二進(jìn)制方式存儲，不具有通用性;在通信方式上，一般采用RS 232 或RS 485，其開(kāi)放性不高，組網(wǎng)距離短。為了提高性能和功能，有些電磁流量計甚至采用了多個(gè)單片機協(xié)同工作的方式，增加了電磁流量計設計與實(shí)現的復雜度。因此有必要采用高性能的32 位處理器來(lái)設計電磁流量計。

　　基于32 位ARM 處理器和嵌入式Linux 操作系統構建嵌入式系統開(kāi)發(fā)平臺，并將其應用于電磁流量計的設計和開(kāi)發(fā)中，將有利于提高高端電磁流量計產(chǎn)品的質(zhì)量，更好地滿(mǎn)足用戶(hù)需求，而且對我國電磁流量計檢測技術(shù)水平的發(fā)展也具有重要的現實(shí)意義。由于嵌入式系統的設計與開(kāi)發(fā)的復雜性和高難度，本文所構建的高性能32 位嵌入式系統開(kāi)發(fā)平臺，也可推廣應用于其他高端儀器儀表的設計中，縮短新產(chǎn)品的設計開(kāi)發(fā)周期,增強企業(yè)對客戶(hù)需求的響應能力和產(chǎn)品的更新?lián)Q代能力。

　　1 總體設計

　　1. 1 ARM 處理器的選擇

　　結合電磁流量計的應用背景，選擇32 位的嵌入式ARM 處理器。根據ARM 處理器的應用選型，并考慮到ARM 處理器價(jià)格、性能、集成度和功能、設計支持及開(kāi)發(fā)工具的支持等因素，以及應用中對于以太網(wǎng)和USB 接口功能的要求，選擇了Atmel 公司的AT91RM9200 工業(yè)級芯片。

　　1. 2 嵌入式操作系統的選擇

　　對于一種嵌入式操作系統通常有這樣一些*估選擇標準：實(shí)用性、需要消耗的資源數( 包括SDRAM,FLASH MEMORY 等) 、支持軟件的豐富程度、可靠性以及其執行性能等。Linux 已經(jīng)被移植到了很多平臺,包括ARM，MIPS，SH3，Alpha，X86，Pow erPC 等，由成千上萬(wàn)的愛(ài)好者開(kāi)發(fā)的應用軟件、協(xié)議棧以及豐富的設備驅動(dòng)程序; 更重要的是這些驅動(dòng)很多都以OpenSour ce 的形式發(fā)布出來(lái)，使得大家都從中受益。

　　1. 3 總體設計框架

　　通過(guò)對電磁流量計的方案選擇，并綜合國內外電磁流量?jì)x表產(chǎn)品的智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展趨勢，系統總體結構如圖1 所示。系統主要由硬件子系統和軟件子系統組成。

　　圖1 系統總體框架

　　電磁流量計的硬件子系統主要由電源模塊、信號輸入模塊、CPU 核心模塊、勵磁輸出模塊、人機交互模塊、通信接口模塊和調試接口模塊組成。各模塊的功能描述如下：

　　電源模塊：為整個(gè)硬件子系統提供穩定可靠的電源。

　　CPU 核心模塊：由ARM 處理器、SDRAM,FLASH 以及輔助電路構成最小系統，同時(shí)也是運行嵌入式Linux 的基本硬件平臺。

　　信號輸入模塊：將傳感器輸出的小電壓或電流信號進(jìn)行放大、濾波以及轉換為數字量，以便進(jìn)行軟件處理。

　　勵磁輸出模塊：通過(guò)D/ A 轉換器輸出低頻三值矩形方波，并通過(guò)功率放大輸出給傳感器。

　　人機交互模塊：由鍵盤(pán)接口和TFT 液晶顯示接口組成，通過(guò)鍵盤(pán)和菜單界面進(jìn)行系統參數設定，并由液晶屏實(shí)時(shí)顯示瞬時(shí)流量、累積流量和流量曲線(xiàn)等。

　　通信接口模塊：包括以太網(wǎng)接口、U SB 接口以及RS 232 接口，完成數據通訊和流量傳輸功能。

　　調試接口模塊：由JT AG 調試接口和DBCOM 調試串口組成。

　　軟件子系統由引導加載程序( Boot Loader) 、嵌入式Linux 操作系統和應用軟件組成。嵌入式Linux 的啟動(dòng)需要引導加載程序來(lái)輔助完成，Linux、內核主要由進(jìn)程管理、內存管理、文件系統管理、設備控制及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議等幾個(gè)部分，為應用軟件提供了運行環(huán)境。圖中的硬件設備控制提供了硬件平臺中相關(guān)的設備驅動(dòng)程序,實(shí)現了操作系統與硬件之間的信息交互和控制，而系統函數調用為L(cháng)inux 內核和應用軟件之間的信息交互提供了接口。