基于CAN總線(xiàn)的分布式嵌入式遠程監控研制

　　摘 要：介紹了針對通信用多逆變模塊電源設備的遠程監控要求，利用CAN總線(xiàn)與底層多逆變模塊連接、通過(guò)Web服務(wù)器連入Internet的嵌入式遠程監控系統。本系統授權用戶(hù)可在Internet任意一點(diǎn)應用瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)該系統，實(shí)現對底層設備群的監控和管理。該系統也可以移植應用到樓宇自動(dòng)化、工業(yè)底層現場(chǎng)設備網(wǎng)絡(luò )等遠程監控場(chǎng)合。

　　關(guān)鍵詞：遠程監控；嵌入式系統；分布式；CAN總線(xiàn)

　　前 言

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，Internet網(wǎng)已成為信息交流的重要渠道，基于WebB/S(BroWser/Server)遠程監控技術(shù)的應用也越來(lái)越廣泛。將這種技術(shù)應用于工業(yè)現場(chǎng)控制，用戶(hù)可在Internet接入的地方，實(shí)現對工業(yè)現場(chǎng)設備進(jìn)行遠程監控，是當前倍受關(guān)注和研究熱點(diǎn)的真正意義上的工業(yè)控制遠程監控系統。CAN bus是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的優(yōu)秀工業(yè)控制現場(chǎng)總線(xiàn)，與其它通信總線(xiàn)相比，具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由CAN總線(xiàn)組成的分布式控制系統與Internet網(wǎng)絡(luò )連接的嵌入式系統集成后的遠程監控系統，可把工業(yè)控制現場(chǎng)的數據信息實(shí)時(shí)可靠地傳輸，實(shí)現工控現場(chǎng)與管理信息系統(MIS)的無(wú)縫連接。本系統針對通信用多逆變模塊電源系統的遠程監控要求，通過(guò)CAN總線(xiàn)與底層多逆變電源模塊連接、通過(guò)Web服務(wù)器接入Internet的嵌入式系統，成功實(shí)現了對底層工業(yè)現場(chǎng)設備的遠程監控和管理。

　　CAN總線(xiàn)與嵌入式操作系統

　　CAN(CoNtroller Area Net)總線(xiàn)

　　CAN總線(xiàn)是一種多主總線(xiàn)，通信速率可達1Mb/s。CAN總線(xiàn)的通信接口集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等通信數據的成幀處理。CAN bus協(xié)議廢除了傳統的站地址編碼，采用了對通信數據塊進(jìn)行編碼的方式，這種方法可使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)數在理論上不受限制。數據塊的標識碼由11位或29位二進(jìn)制數組成，即可定義211或229個(gè)不同的數據塊。這種按數據塊編碼的方式，可以使不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據，這一點(diǎn)在分布式控制系統中非常有用。因為CAN bus采用短幀格式通信，每幀最多有8個(gè)字節數據，可滿(mǎn)足工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數據的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節不會(huì )占用總線(xiàn)時(shí)間過(guò)長(cháng)，保證了通信系統的實(shí)時(shí)性要求。同時(shí)CAN bus協(xié)議采用CRC檢驗并提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。CAN總線(xiàn)的上述特點(diǎn)非常適合工業(yè)現場(chǎng)過(guò)程監控設備的互連。

　　CAN總線(xiàn)采用多主競爭方式工作和非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，總線(xiàn)上任意節點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其它節點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，各節點(diǎn)之間實(shí)現自由通信。當多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)信息時(shí)，優(yōu)先級較低的節點(diǎn)會(huì )主動(dòng)退出發(fā)送，而優(yōu)先級較高的節點(diǎn)不受影響。大大節省了總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間，在網(wǎng)絡(luò )負載很重的情況下，也不會(huì )出現網(wǎng)絡(luò )癱瘓的情況。因此，適用于分布式監控系統的數據通訊。

　　嵌入式操作系統

　　嵌入式操作系統(Embedded Operation System簡(jiǎn)稱(chēng)EOS)是嵌入式技術(shù)或嵌入式系統的關(guān)鍵技術(shù)之一。嵌入式系統(Embedded System)是對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。簡(jiǎn)單的嵌入式系統并不使用操作系統，只包含一些控制流程。但當功能復雜化以后(如圖像用戶(hù)界面和網(wǎng)絡(luò )支持等)，簡(jiǎn)單的流程控制不能滿(mǎn)足系統的要求，這時(shí)就必須考慮采用操作系統作為系統軟件。嵌入式操作系統uclinux是在Linux2. 0版本的基礎上裁減掉存儲器管理單元(Memory Management Unit簡(jiǎn)稱(chēng)MMU)得到的。此外，為了將系統設置成為網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，需另外移植并調試通過(guò)支持公共網(wǎng)關(guān)接口(CG I：Common Gateway Interface)的HTTP服務(wù)器軟件BOA。

　　系統工作原理

　　系統簡(jiǎn)介

　　針對通信用多逆變模塊電源系統的遠程監控要求，在嵌入式核心板的基礎上擴展了CAN總線(xiàn)接口，整個(gè)系統稱(chēng)為嵌入式遠程監控系統(uCremM)。它基于Motorola公司的ColdFire5272CPU，2M FLASHMEMORY、32M DRAM以及UART、ETHERNET網(wǎng)卡等外圍設備接口，CAN總線(xiàn)控制芯片采用英飛凌的82C900，SPI接口支持CAN2. 0B。

　　監控系統板利用RS232串口線(xiàn)和雙絞線(xiàn)與宿主PC機相連，組成可以交叉編譯的開(kāi)發(fā)環(huán)境。編譯語(yǔ)言為標準C，在宿主PC機上編譯uClinux內核并下載到uCremM板上，由uCremMMOUNT上宿主機上的應用程序開(kāi)發(fā)目錄，就可以在PC機的L inux環(huán)境下進(jìn)行嵌入式應用程序開(kāi)發(fā)，最后重新編譯包括應用程序的內核并燒寫(xiě)到uCremM上的FLASHMEMORY 就完成了監控系統的軟件。