uClinux的網(wǎng)絡(luò )化遠程監控系統的設計理念

1 引 言

隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅速發(fā)展，應用多傳感器的控制系統實(shí)現多參數的遠程測量和多象的遠程控制成為計算機控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。它能大幅縮小生產(chǎn)周期,節約勞動(dòng)力成本,提高企業(yè)效益,對于市場(chǎng)競爭日益激烈的今天來(lái)說(shuō)具有重要意義。本文結合快速發(fā)展的嵌入式技術(shù),給出了一種基于嵌入式網(wǎng)絡(luò )化遠程監控系統的實(shí)現方案。它采用uClinux操作系統,內嵌嵌入式Web服務(wù)器,通過(guò)CAN總線(xiàn)連接多個(gè)傳感器控制單元實(shí)現了對多對象的遠程測量和控制。

2 網(wǎng)絡(luò )化監控系統系統概述

嵌入式系統是嵌入到對象體系中,以應用為中心,軟硬件可裁減,對體積、功耗、成本都有嚴格要求的計算機系統。與傳統的單片機相比,它重要的突破之一就是解決了設備和internet的互連問(wèn)題,使得人們可以通過(guò)現有的網(wǎng)絡(luò )設施對網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)節點(diǎn)的設備進(jìn)行遠程實(shí)時(shí)監控。近年來(lái),嵌入式技術(shù)飛速發(fā)展,種類(lèi)繁多、功能強大的CPU和片外連接, 為網(wǎng)絡(luò )應用提供了穩定、可靠的硬件環(huán)境;嵌入式操作系統對這些硬件和以太網(wǎng)也又很好的支持,操作系統的移植大為化簡(jiǎn),這些就為嵌入式webserver的實(shí)現提供了方便。嵌入式webserver將監控系統中的各種協(xié)議的數據轉換成統一的TCP/IP協(xié)議格式,以便用戶(hù)通過(guò)以太網(wǎng)遠程訪(fǎng)問(wèn) webserver,實(shí)現對設備的監控。

本文介紹的嵌入式遠程監控系統采用客戶(hù)端/服務(wù)器結構模式，它由客戶(hù)端主機、現場(chǎng)嵌入WebServer和底層傳感控制單元三層的體系結構組成。最底層為傳感控制單元，負責從現場(chǎng)采集數據并執行控制指令。第二層為現場(chǎng)WebServer構成，WebServer 具有Internet功能，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通信線(xiàn)纜直接與Internet連接。它的主要功能是將傳感控制單元上傳來(lái)的數據以網(wǎng)絡(luò )服務(wù)形式實(shí)時(shí)發(fā)布，發(fā)布的信息可以被第三層的客戶(hù)端主機接收?？蛻?hù)端主機為普通的PC機，用戶(hù)在客戶(hù)端主機上通過(guò)Web瀏覽器遠程訪(fǎng)問(wèn)嵌入式WebServer主頁(yè)并向底層的傳感控制單元發(fā)出各種控制指令，進(jìn)而實(shí)現采集數據、監視和控制等功能。在這三層的結構中，

嵌入式webServer是系統的核心。系統的總體框圖如圖1所示:

圖 1

3 系統的硬件設計

嵌入式Webserver以高性能微處理器為核心，其上可以運行uClinux操作系統。根據網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的要求,選擇 Samsung公司ARM7TDMI內核的微處理器S3C44BOX。S3C44BOX是一款具有豐富的片上外設的高性?xún)r(jià)比嵌入式處理器，如：擴展內存控制器;帶專(zhuān)用DMA通道的LCD控制器;2個(gè)DMA通道，1個(gè)帶外部請求引腳的DMA通道;I2C總線(xiàn)控制器;5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內部定時(shí)器; 8個(gè)外部中斷源;5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內部定時(shí)器;帶PLL的時(shí)鐘發(fā)生器等等。其高集成度極大地簡(jiǎn)化了其應用系統硬件設計，軟件設計過(guò)程也大為縮短，并提高了系統的可靠性。為運行uClinux提供硬件上的支持，存儲系統采用了2MB Flash(AM29LV160DB，AMD)和2片8MB SDRAM(57V651620B，HYUNDAI)。Flash用來(lái)存儲啟動(dòng)代碼和壓縮的linux內核;SDRAM作為系統內存使用。系統采用 SJA1000T和TJA1040T為S3C44BOX擴展一個(gè)CAN總線(xiàn)接口，使之可以通過(guò)CAN總線(xiàn)與各傳感控制單元連接起來(lái)。以太網(wǎng)控制器芯片選用是RTL8019AS。RTL8019AS是Realtek公司生產(chǎn)的一款具有高性?xún)r(jià)比的、即插即用的全雙工以太網(wǎng)控制器。它內部集成有RAM,用作收發(fā)緩沖,降低了對處理器速度的要求。整個(gè)硬件系統如圖2所示。

圖 2