基于WindowsCE的HIRFL-CSR前端控制系統設計
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關(guān)鍵詞：分布控制系統；嵌入式操作系統；Windows
蘭州重離子加速器冷卻存儲環(huán)工程(HIRFL_CSR) 控制系統是一個(gè)由CSR 電源系統、注入引出系統、內靶系統、真空系統、電子冷卻系統等多個(gè)分系統組成的多層分布式控制系統， 各分系統通過(guò)以太網(wǎng)與前端控制系統連接，其前端控制系統是以嵌入式計算機為控制節點(diǎn)的分布式控制子系統， 系統組成框圖見(jiàn)圖1。
WindowsCE 嵌入式操作系統
Windows CE 是微軟公司推出的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，目前最高版本是WindowsCENet， 具備完整的操作系統特征和端對端開(kāi)發(fā)環(huán)境， 包括了基于WindowsCE 的定制設備所需的諸多功能， 可以為有限資源的硬件設計多線(xiàn)程、完整優(yōu)先級、多任務(wù)的系統， 特別是模塊化的特點(diǎn)允許它對于從掌上電腦到專(zhuān)用工業(yè)控制器的用戶(hù)電子設備進(jìn)行定制。
WindowsCE 能從內存磁盤(pán)中啟動(dòng)， 操作系統的基本內核可以精簡(jiǎn)到只需200kB 的ROM ， 同時(shí)操作系統采用層狀的體系結構， 具有層次性強、可移植性好， 組件化可剪裁、強調編程接口和支持上層應用等特點(diǎn)， 系統提供對嵌入式中斷的支持， 更好的線(xiàn)程響應和更多的優(yōu)先級別， 使得應用系統更具有實(shí)時(shí)性， 而且也使開(kāi)發(fā)人員在控制嵌入式系統的調度時(shí)更加靈活。WindowsCE 能夠支持Act iveX、Java 以及M FC/ATL 等技術(shù)， 提供對Internet 的開(kāi)發(fā)支持， 命名開(kāi)發(fā)人員可以利用原理的編程技術(shù)經(jīng)驗， 方便地開(kāi)發(fā)基于WindowsCE 的應用程序.與其他操作系統相比，W indowsCE 具有以下特點(diǎn):
1) 32 位多線(xiàn)程、多任務(wù)、完全搶占式的操作系統;
2) 強大的圖形顯示功能支持， 用戶(hù)能完全定制自己風(fēng)格的操作界面;
3 ) 支持大部分Win32 A P I， 使得基于其他Window s 的應用程序能方便地移植到WindowsCE 上;
4) 體積小， 并能從ROM 直接啟動(dòng)， 無(wú)需硬盤(pán)， 不存在系統崩潰和病毒感染問(wèn)題。
系統的硬件結構
該前端控制系統節點(diǎn)的硬件結構由4 部分組成: 研樣ECL -1541CLDNA 單板計算機、以太網(wǎng)、RS232/485 總線(xiàn)、受控設備， 其中受控設備由大量帶有標準串行設備接口的工業(yè)儀表組成， 其組成結構如圖2 所示。
整個(gè)系統的核心操作平臺是研樣EC3-1541CLDNA 單板計算機， 該平臺是國內第一款在146mm 102mm 尺寸上開(kāi)發(fā)的全功能嵌入式工業(yè)級主板。其CPU 為N S GX I 200～300MHz 低功率處理器， 數據存儲采用MSystem 的電子硬盤(pán)“DiskOnChip 2000”。單板機還集成有: 鍵盤(pán)接口、鼠標接口、兩個(gè)RS232接口、一個(gè)并口、一個(gè)網(wǎng)卡接口及液晶顯示器接口。系統通過(guò)以太網(wǎng)接口與上層系統連接， 通過(guò)RS232 接口與受控設備相連。
系統的軟件實(shí)現
系統功能
H IRFL -CSR 前端控制系統在功能上可分為守護進(jìn)程和數據處理兩部分。守護進(jìn)程負責監聽(tīng)串行設備通信端口和以太網(wǎng)通信端口， 認證遠端的登錄用戶(hù)并監測系統狀態(tài)， 響應上層控制系統的控制請求。數據處理部分包括實(shí)時(shí)數據采集與顯示， 實(shí)時(shí)狀態(tài)監測與報警及與上層控制系統的數據交換。
WindowsCE 平臺定制
創(chuàng )建基于WindowsCE 的應用程序， 首先要搭建一個(gè)WindowsCE 平臺， 即根據目前設備的硬件組成的WindowsCE 進(jìn)行定制， 安裝或創(chuàng )建設備驅動(dòng)， 生成一個(gè)基于目標設備硬件配置的操作系統映像文件， 通過(guò)網(wǎng)卡、串口或并口將映像文件下載到目標設備的硬件平臺中.WindowsCE 平臺創(chuàng )建過(guò)程見(jiàn)圖3。
軟件實(shí)現
由于WindowsCE 支持大部分Win32 應用程序接口(A P I) ， 這使得WindowsCE 下的應用程序與Win32 平臺下的應用程序有很強的通用性， 但WindowsCE 下的程序設計僅支持UNICODEWindows 函數。此外，Microsof t 公司提供了EVB、EVC 專(zhuān)用于WindowsCE 下的應用程序開(kāi)發(fā)， 在其最新推出的Visual Studio.Net 2003 中也提供了開(kāi)發(fā)W indowsCE 應用程序的功能。
本系統軟件采用eMbeddedVisualC+ + 4.0開(kāi)發(fā)， 根據功能需求， 將軟件分為3 個(gè)模塊， 即圖形用戶(hù)界面、串行通信和網(wǎng)絡(luò )通信。
1) 圖形用戶(hù)界面模塊
WindowsCE 的圖形用戶(hù)界面相當出色，它擁有基于MicrosoftInternetExplorer的Internet 瀏覽器， 支持TrueType 字體， 可以利用豐富靈活的控件庫在WindowsCE 環(huán)境下為嵌入式應用程序建立各種專(zhuān)門(mén)的圖形用戶(hù)界面。本文實(shí)現的前端控制系統中， 用戶(hù)界面主要 用于實(shí)現設備采集數據的曲線(xiàn)顯示、報表輸出，設備狀態(tài)的模擬顯示和報警處理等內容。
2) 串行通信模塊
嵌入式單板計算機采用RS-232-C 標準與串行設備通過(guò)串行連接交換數據。WindowsCE 支持基于Windows 的臺式機上用于串行通信的標準函數。主要有CreateFile()、ReadFile( )、WriteFile ( )、CloseHandle ( )、GetCommState ( )、SetCommState ( )、SetupComm ()、Pu rgeComm ()、SetCommM ask( )、WaitComm Event ( )、ClearComm Erro r ( ) 等函數。使用這些函數可實(shí)現打開(kāi)、關(guān)閉和操作串行口， 傳送和接收數據以及管理連接等。在具體的串行通信程序開(kāi)發(fā)中， 采用事件驅動(dòng)方式。為了實(shí)時(shí)響應事件， 創(chuàng )建專(zhuān)門(mén)的監視輔助線(xiàn)程， 有數據到達時(shí)依靠事件驅動(dòng)， 讀入數據并運行相應的接收數據處理程序完成相應的工作。
3) 網(wǎng)絡(luò )通信模塊
嵌入式計算機通過(guò)以太網(wǎng)與上層系統通信， 采用傳輸控制協(xié)議(TCP) 通信， 嵌入式計算機為客戶(hù)端， 上層控制系統為服務(wù)器端， 在通信模塊中， 首先輸入通信的遠程服務(wù)器的IP 地址和通信端口號， 創(chuàng )建Winsock 套接字， 綁定IP地址和端口號， 然后與遠程服務(wù)器正處于偵聽(tīng)狀態(tài)的套接字建立連接， 從而將從設備采集到的數據和設備狀態(tài)傳送給上層控制系統的數據庫服務(wù)器或從上層控制系統讀取相應的控制指令。
結論
Windows CE 是一個(gè)具有搶占式多任務(wù)功能， 并具有強大通信能力的嵌入式操作系統?；赪indowsCE 開(kāi)發(fā)的嵌入式分布控制系統具有友好的用戶(hù)界面， 并能夠縮短開(kāi)發(fā)周期， 提高系統的可擴展、可移植和互操作性。本文設計的基于WindowsCE 操作系統的嵌入式分布系統 已成功地應用于HIRFL_CSR 分布式控制系統的前端控制中。
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