遠程監視、控制系統應用嵌入式Linux
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| 工業(yè)嵌入式系統（INES：Industrial Embedded Systems）是由歐盟（EU：European Union）設立的用來(lái)促進(jìn)使用開(kāi)放源碼軟件的項目。INES自建立以來(lái)，已經(jīng)有大量使用嵌入式Linux的應用和報告出現在實(shí)際應用中。這些應用和報告使我們看到了使用嵌入式Linux實(shí)現工業(yè)項目的希望。同時(shí)，也使我們看到了嵌入式Linux在一些意想不到地方的使用。 下面是三個(gè)具體的應用實(shí)例。 智能化的監視和控制遠程點(diǎn)―BIRD2 網(wǎng)絡(luò )通信功能已經(jīng)成為嵌入式設備的發(fā)展必然。由于因特網(wǎng)的普及和飛速發(fā)展，使用基于TCP/IP的通信機制顯得更具實(shí)用性。 BIRD2用戶(hù)試驗的目標是：使用基于嵌入式TCP/IP通信機制、在GSM（目前最大的數字蜂窩通信系統）基站將開(kāi)放源碼操作系統用做遠程監控系統的可行性。監控數據可以通過(guò)TCP/IP兼容的傳輸通道，用各種通信方式如PSTN、ISDN、Ethernet或者通過(guò)GSM移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )等多種途徑進(jìn)行傳輸。 BIRD2采用ULTRA進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)、設計、生產(chǎn),其目標是開(kāi)發(fā)出用于電子、通信以及石油工業(yè)的高技術(shù)解決方案，旨在成為使用邊緣技術(shù)的端到端的供應鏈管理以及其他移動(dòng)解決方案，從而為其顧客和合作伙伴提供最高性能的遠程監視和遠程控制產(chǎn)品。 ULTRA工業(yè)部分為監視機控制系統，引入技術(shù)是Modular Linux Data Acquision System。 經(jīng)濟效益 BIRD2項目約18個(gè)月償還期，使用新技術(shù)節約了70%的成本，顧客購買(mǎi)價(jià)格降低了30%，每3年銷(xiāo)售成倍增長(cháng)。 產(chǎn)品的新特性 產(chǎn)品新特性或新功能有：使用TCP/IP作為標準協(xié)議、通過(guò)撥號連接或網(wǎng)絡(luò )服務(wù)、提供商進(jìn)行遠程訪(fǎng)問(wèn)、用使用Linux操作系統的嵌入式計算機代替桌面計算機和具有遠程診斷及升級的能力。 技術(shù)上的選擇 經(jīng)過(guò)幾年的成長(cháng)，Linux逐漸發(fā)展并得到廣泛認可。對嵌入式PC的應用，目前Linux具有諸多優(yōu)勢： ◆ 具有正常運行于較小內存的能力； ◆ 一個(gè)多任務(wù)的實(shí)時(shí)操作系統必須包括對授權的保護和控制方法； ◆ Linux是Free的； ◆ 許多主要的公司，都有廣泛Linux工具支持（部分免費），包括C、C++編譯器以及Java環(huán)境。通過(guò)在ULTRA技術(shù)上采用Internet網(wǎng)絡(luò )通訊以及開(kāi)放源碼操作系統，BIRD2將有很大的改進(jìn)。 技術(shù)實(shí)現 由于系統必須將分部在全國各地的基站加以連接，惟一切實(shí)可行的連接選擇是使用TCP/IP。TCP/IP允許將存在的各種不同的操作系統在網(wǎng)絡(luò )層實(shí)現透明連接，同時(shí)還允許遠程診斷和目標SW的升級。對Internet相關(guān)的SW的廣泛使用使得選擇這種解決方案成為必然。 網(wǎng)絡(luò )化的稱(chēng)重系統 Bilatron是一個(gè)建立于1984年的有著(zhù)13個(gè)員工的公司，位于意大利中心。此公司的主要業(yè)務(wù)是設計、生產(chǎn)、銷(xiāo)售工業(yè)應用的稱(chēng)重系統。 在Bilatron公司的定制工業(yè)稱(chēng)重系統中，使用了uClinux以及一個(gè)具有標準網(wǎng)絡(luò )功能的控制器，以便為顧客提供新的售后服務(wù)，這些技術(shù)的使用也減少了系統的實(shí)現時(shí)間。 Bilatron公司的產(chǎn)品包括：用于火車(chē)車(chē)廂、客車(chē)、坦克的稱(chēng)重系統；為殘疾人提供的個(gè)人用品、醫療以及運動(dòng)器械；為動(dòng)態(tài)稱(chēng)重提供的特殊稱(chēng)重設備。 由于新的基于uClinux的具有標準網(wǎng)絡(luò )設施的控制器的使用，Bilatron公司為用戶(hù)提供了新的售后服務(wù)。該控制器還使得定制具有廣泛復雜度的工業(yè)稱(chēng)重系統的實(shí)現時(shí)間有所減少。 Bilatron還參與安裝和維護稱(chēng)重系統產(chǎn)品、校準并為其產(chǎn)品頒發(fā)合格證。 Bilatron公司的專(zhuān)用稱(chēng)重設備（動(dòng)力的、批量的、快速運行的稱(chēng)重儀、重量校準儀、crane-scales）占公司產(chǎn)量的60%；標準稱(chēng)重系統（稱(chēng)車(chē)輛及其載重、平臺、油箱、青貯塔用的臺稱(chēng)）占公司產(chǎn)量的35%；個(gè)人用品（殘疾人、醫療及運動(dòng)器械）占公司產(chǎn)量的5%。 經(jīng)濟效益 在過(guò)去的三年里，Bilatron公司的售后服務(wù)的經(jīng)濟效益持續增長(cháng)。計劃新設備WISE將進(jìn)一步提高公司的銷(xiāo)售額。這是因為設備在刻度校準監控上具有的遠程控制能力。 三年內的期望投資回報率為204%，能夠提供遠程的售后刻度校準服務(wù)減少定制稱(chēng)重系統的實(shí)現時(shí)間，新設計面世時(shí)間加快。 產(chǎn)品的新特性 增強的控制器的主要新特性如下： ◆ 標準的網(wǎng)絡(luò )接口。 ◆ 使用嵌入式動(dòng)態(tài)Web服務(wù)器，實(shí)現了遠程配置和監控。 ◆ 縮短了定制工業(yè)稱(chēng)重系統的安裝時(shí)間。 ◆ 遠程的售后刻度校準服務(wù)。 ◆ 使用能夠快速載入、評估的簡(jiǎn)單的類(lèi)C語(yǔ)言的腳本引擎處理產(chǎn)生的原始數據。這樣一來(lái)，不需要在整個(gè)工作鏈上工作、不需要涉及運行于系統上的主要應用就可以更改決定重量的啟發(fā)式算法。 ◆ 圖形化的液晶顯示管理。 技術(shù)上的選擇 他們選擇使用TCP/IP通信機制原因是： ◆ 他們可從其意大利基地將其業(yè)務(wù)拓展到世界范圍內，并提供維護服務(wù)。 ◆ 為顧客提供廣泛的售后服務(wù)。其中最重要的是遠程監控稱(chēng)重系統的刻度校準情況的能力。 ◆ 使用標準接口和協(xié)議，使其稱(chēng)重設備能夠與工業(yè)控制系統集成。 ◆ 使公司能夠在較短的時(shí)間內設計和遞送定制的分布式稱(chēng)重系統。 ◆ 選擇采用嵌入式開(kāi)放源碼的操作系統（源自L(fǎng)inux）是因為可在短時(shí)期內集成TCP/IP通訊機制（Linux的網(wǎng)絡(luò )連接功能是自帶的）；可減少產(chǎn)品的面世時(shí)間及風(fēng)險；可減少組件成本。這是由于Linux在沒(méi)有MML的低成本控制器免費的可用性和集成性較少在組件中集成新設備的設計開(kāi)銷(xiāo)和較少新的SW應用開(kāi)發(fā)的設計開(kāi)銷(xiāo)。 技術(shù)實(shí)現 在Consorzio Roma Ricerche的技術(shù)支持下，該增強設備的開(kāi)發(fā)僅僅用了10個(gè)月時(shí)間。 該增強設備負責處理并將數據轉換為重量值。改進(jìn)的控制器（基于一個(gè)ARM7 Netsilicon NET+50 處理器及uC Linux操作系統）實(shí)現了一個(gè)腳本引擎用于處理產(chǎn)生的原始數據。組件還包括下面的外圍部分：一個(gè)圖形化的液晶顯示屏；一套用于與用戶(hù)交互的按鈕；用于測試瞬時(shí)重量的高效的A/D轉換器；用于估計測量物速度的計數器；一個(gè)提供最終測量的類(lèi)似版本的D/A。設計時(shí)使用的開(kāi)放源碼SW為操作系統uClinux 2.4.1；本地腳本編輯器是LUA；HTTP服務(wù)器為T(mén)HTTPD。  圖1 Bilatron公司設計的網(wǎng)絡(luò )化的稱(chēng)重系統  圖2 增強的控制器的重要組件 自動(dòng)生物監測和控制使用OSS 自動(dòng)生物監測和控制（Automatic Biological Monitoring and Control）為OSS（Open Source Software）的使用開(kāi)發(fā)了新的市場(chǎng)。 Biotrace有限公司在其新一代的CFL（Continuous Flow Luminometer）上應用開(kāi)放源碼軟件（OSS），從而實(shí)現了對冷卻水塔的生物活動(dòng)的遠程監視和遠程控制。目前，如果生物活動(dòng)過(guò)高，技術(shù)人員必須親臨每一個(gè)水塔，然后取樣、檢測，然后向水中引入biocide。改進(jìn)的、使用遠程監視和遠程控制的系統減少了操作成本。 Biotrace有限公司目前正致力于開(kāi)發(fā)、設計、生產(chǎn)用于食品制備、保健產(chǎn)品、工業(yè)及軍用市場(chǎng)的衛生監控系統的化學(xué)產(chǎn)品和設備。公司的產(chǎn)品包括化學(xué)產(chǎn)品及其相關(guān)包裝用品、取液體化驗的試紙及其相關(guān)的一次性用具、用于檢測發(fā)生化學(xué)或微生物反應的熒光或顏色變化的測量?jì)x器。 經(jīng)濟效益 Biotrace有限公司在其“不間斷流監控系統”中引進(jìn)了基于嵌入式Internet技術(shù)的OSS，為可能的用戶(hù)減少了水塔監控的操作成本。該項系統就為公司開(kāi)發(fā)了超過(guò)45000個(gè)水塔的市場(chǎng)，為銷(xiāo)售額的增長(cháng)打下了基礎。 使用OSS，大約用了預計開(kāi)發(fā)時(shí)間的80%完成原型開(kāi)發(fā)。這使得Biotrace公司的項目開(kāi)發(fā)成本得以降低。操作系統代碼的重用、操作系統社區提供的代碼行支持、高質(zhì)量的軟件代碼也使得其開(kāi)發(fā)成本得以降低。 產(chǎn)品新特性： ◆ 基于OSS的嵌入式Internet技術(shù)的引進(jìn)。 ◆ 實(shí)現了對樣本測試結果的遠程訪(fǎng)問(wèn)。 ◆ 實(shí)現了取樣的遠程控制。 ◆ 增強了取樣及凈化過(guò)程的控制。 ◆ 較少了消耗。 Biotrace公司的工程師將有規律地對自測路線(xiàn)和錯誤信息進(jìn)行收集，這定會(huì )改進(jìn)系統的服務(wù)和維護服務(wù)。  圖3“不間斷流監控系統”應入OSS技術(shù)減少了水塔監控的操作成本  圖4 Biotrace公司在其產(chǎn)品上引進(jìn)了一塊嵌入式x86板 技術(shù)實(shí)現 Biotrace公司之前的Continuous Flow Luminometer（CFL）設備在提供反饋和控制功能時(shí)，需要使用者在一個(gè)集成的控制面板上進(jìn)行手工操作。對此，Biotrace公司在其產(chǎn)品上引進(jìn)了一塊嵌入式x86板，使得獨立操作和基于Internet的報告和控制不再需要親臨現場(chǎng)。組件中引入GPS接收器能夠精確地記錄取樣時(shí)間和取樣位置，這使得公司能夠從不同的地點(diǎn)收集信息而不存在任何的不必要的配置問(wèn)題。 在產(chǎn)品的PC和嵌入式平臺上，Biotrace公司使用了普通版本的Linux版本。這獲得了巨大的效益，并使得可以將比PC版本更新的軟件下載到嵌入式控制器上。這讓來(lái)自于嵌入式軟件提供者以及開(kāi)放源碼社區的支持都唾手可得，再加上可用于關(guān)鍵部分的開(kāi)放源碼代碼的高質(zhì)量，使得公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間從計劃的202天縮短為166天（這意味著(zhù)節約了20%的開(kāi)發(fā)成本）。 在該項目的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，他們取得的經(jīng)驗說(shuō)明了采用開(kāi)放源碼軟件技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢。他們了解到：軟件包的正確選擇、正確的設計方法以及采用高質(zhì)量的開(kāi)放源碼代碼帶來(lái)了高質(zhì)量的產(chǎn)品設計 |
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