ARM設計的高速數據采集遠程監控系統技術(shù)

摘要：簡(jiǎn)要介紹了TCP／IP協(xié)議，給出了基于ARM嵌入式高速數據采集裝置的遠程監控系統的實(shí)現方案。系統以下位機作為客戶(hù)端，在A(yíng)~f91RM9200和嵌入式Linux搭建的軟硬件平臺上運行；將上位機作為服務(wù)器端，用VB6．0開(kāi)發(fā)監控平臺軟件；兩者通過(guò)TCP／IP實(shí)現了采集數據和控制命令的傳輸以及服務(wù)器監控模式。

隨著(zhù)信息化的不斷發(fā)展，在工業(yè)自動(dòng)化、電力設備、通信管理、智能終端、智能小區等領(lǐng)域，對數據采集的實(shí)時(shí)性、可靠性的要求也不斷地提高。以往傳統的單片機加采集卡的數據采集裝置已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們使用的要求。隨著(zhù)采集卡的采集頻率不斷地提升，其所屬平臺的工作頻率也應跟上時(shí)代的步伐。同時(shí)，在某些情況下，裝置的操控人員不可能到工作現場(chǎng)去執行，所以有必要對采集裝置進(jìn)行遠程監察和控制。在各種設備的通信方式中，由于以太網(wǎng)具有速度快、通用性好、擴展性強等優(yōu)點(diǎn)，已13漸成為設備之間進(jìn)行通信的主要方式。本文提出了基于ARM的高速數據采集裝置遠程監控系統，在實(shí)現對數據的高速采集的同時(shí)，能保證數據的可靠性和實(shí)時(shí)性，并對各幀數據嵌入時(shí)間標志為后續數據處理做好準備，最后能將數據及時(shí)準確地存儲到移動(dòng)存儲設備和服務(wù)器上。該裝置包括現場(chǎng)監控模式和服務(wù)器監控模式。

1 系統簡(jiǎn)介

本裝置由硬件和軟件兩部分組成，如圖1所示。系統硬件由高速數據采集平臺和采集模塊構成。采集模塊根據設計要求，采用DMM一32一AT采集板。采集平臺采用ATMEL公司A791RM9200作為主控芯片，附帶16 kB的SDRAM和128 kB的ROM。該芯片融合了ARM920T ARM Thumb處理器，當工作頻率為180 MHz時(shí)性能高達200 MIPS。帶有10／100 MB Base—T型以太網(wǎng)卡接口，USB 2．0全速(12 Mbps)主機／設備接口。內含內存管理單元MMU，含有調試通道的內部仿真器，便于開(kāi)發(fā)調試。由于A(yíng)T91RM9200具有功能全、功耗低和工業(yè)級等優(yōu)點(diǎn)，可以使系統能運用到各種環(huán)境中。

系統的下位機軟件選擇嵌入式Linux操作系統。嵌入式Linux是將日益流行的Linux操作系統進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式計算機系統運行的一種操作系統，它既有無(wú)限的開(kāi)放源代碼資源，又有嵌人式操作系統的特性。通過(guò)對內核的重新配置、編譯，即可將其移植到Aqgl RM9200中；再建立BootLoader和文件系統，形成基于A(yíng)RM的嵌入式Linux操作系統，最后在此平臺上開(kāi)發(fā)運用程序，實(shí)現裝置的各個(gè)功能。

2 TCP／IP協(xié)議

在因特網(wǎng)上，TCP／IP協(xié)議每時(shí)每刻保證了數據的準確傳輸。參考開(kāi)放系統互連(OSI)模型，TCP／IP通常采用一種簡(jiǎn)化的四層模型，分別為：

① 應用層。網(wǎng)絡(luò )應用層要有一個(gè)定義清晰的會(huì )話(huà)過(guò)程，如通常所說(shuō)的Http、Ftp、Telnet等。在本系統中，下位機系統傳遞來(lái)自Ethernet和數據終端的數據，應用層只對大的數據報進(jìn)行打包拆包處理。

② 傳輸層。傳輸層讓網(wǎng)絡(luò )程序通過(guò)明確定義的通道及某些特性獲取數據，如定義網(wǎng)絡(luò )連接的端口號等，實(shí)現該層協(xié)議的傳輸控制協(xié)議TCP和用戶(hù)數據協(xié)議UDP。TCP服務(wù)提供了數據流傳輸、可靠性、有效流控制、全雙工操作和多路復用技術(shù)等，在本系統中使用TCP數據報協(xié)議。

③ 網(wǎng)絡(luò )層。網(wǎng)絡(luò )層讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCP／IP網(wǎng)絡(luò )上的任一主機上，IP協(xié)議就是該層傳送數據的機制。同時(shí)建立網(wǎng)絡(luò )間的互連，提供ARP地址解析協(xié)議，從而實(shí)現從IP地址到數據鏈路物理地址的映像。

④ 鏈路層。由控制同一物理網(wǎng)絡(luò )上的不同機器間數據傳送的底層協(xié)議組成，實(shí)現這一層的協(xié)議并屬于TCP／IP協(xié)議組。在本系統中這部分功能由ARM控制網(wǎng)卡芯片DM9161E實(shí)現。

在本系統中，利用TCP／IP協(xié)議中的TCP(傳輸控制協(xié)議)、IP(網(wǎng)絡(luò )報文協(xié)議)、ARP(地址解析協(xié)議)及簡(jiǎn)單的應用層協(xié)議成功地實(shí)現了ARM裝置和服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)。既提高了數據傳輸的速度，又保證了數據傳輸的正確性，同時(shí)也擴展了數據傳輸的有效半徑。

3 下位機的通信實(shí)現

下位機作為客戶(hù)端，它和服務(wù)器的TCP／IP通信是通過(guò)對套接字編程實(shí)現的。套接字是網(wǎng)絡(luò )通信的基本操作單元，最早是作為BSD規范提出來(lái)的，現已成為L(cháng)inux操作系統下TCP／IP網(wǎng)絡(luò )編程標準。套接字提供了不同主機間進(jìn)程雙向通信的端點(diǎn)，這些進(jìn)程在通信前各自建立一個(gè)Socket，并通過(guò)對Socket的 寫(xiě)操作實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通信功能。下文將討論的Winsock也是一個(gè)用于Windows系列操作系統的Sockets版本 。

在Linux提供的3種套接字中，本文選擇流式套接字。流式套接字是最常用的套接字類(lèi)型，其傳輸特點(diǎn)為：面向鏈接、無(wú)差錯、發(fā)送先后順序一致、包長(cháng)度不限和非重復的網(wǎng)絡(luò )信息包。TCP／IP協(xié)議簇中的TCP協(xié)議使用此類(lèi)接口。下位機與服務(wù)器通信實(shí)現如圖2所示。

① Socket()函數：用于創(chuàng )建一個(gè)套接字描述符。

#includesys／types．h>

#includesys／soc ket．h>

Socket

— ID=socket(AF_INET，SOCK_STREAM，0)；

ff PF—INET OR AF—INET Intemet IP Protocal SOCK—STREAM選擇流式套接字

② Connect()函數：用于與遠端服務(wù)器建立一個(gè)TCP連接請求。

Status=connect(Socket—ID，(struc sockaddr})Server—Addr，sizeof(struct sockaddr))；

∥ 一定要指定服務(wù)器的IP地址和端口號，可帶參數運行程序時(shí)指定，也有默認的lP和端口號

if(status!= 一1)∥ 一1：連接過(guò)程出錯

{． ．．}

③ Write()函數：從套接字緩沖區寫(xiě)數據。