基于Linux和s3C2440的GPC控制器設計

　　近年來(lái)，基于Internet的網(wǎng)絡(luò )化控制系統已成為國內外測控領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，在石油勘探開(kāi)發(fā)、鋼鐵化工等領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。而控制器的設計和研發(fā)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )控制系統的關(guān)鍵和核心。在一些地域高度分散以及環(huán)境惡劣的控制現場(chǎng)，使用嵌入式系統作為控制器節點(diǎn)，可更有利于多點(diǎn)分布式綜合布控及并行處理，實(shí)現更好的測控效果。然而由于網(wǎng)絡(luò )傳輸本身的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )時(shí)延會(huì )不可避免地影響網(wǎng)絡(luò )控制系統的控制性能和穩定性，因此本文提出基于S3C2440A及嵌入式Linux的GPC(Generalized PredictiveControl)控制器的設計方案，具有一定的通用性。

　　1 控制器硬件平臺設計

　　控制器節點(diǎn)是嵌入式網(wǎng)絡(luò )化測控系統的中心。在測控系統中，主控制器承擔著(zhù)控制算法的實(shí)現和數據采集兩大任務(wù)，這要求控制器節點(diǎn)的硬件平臺有更強的計算能力，以及更好的網(wǎng)絡(luò )性能。本文中控制器的硬件平臺采用三星公司的S3C2440，外圍設備主要有RAM、Flash等?？刂破鞯挠布脚_結構如圖1所示。

　　(1)S3C2440處理器簡(jiǎn)介

　　本系統采用三星公司的16/32位RISC微處理器S3C2440AL作為控制器核心。S3C2440AL的一大特點(diǎn)是其核心處理器(CPU)采用16/32位ARM920T的RISC微處理器。ARM920T實(shí)現了MMU、AMBA BUS和Har-vard高速緩沖體系結構。系統資源和外圍接口豐富，包括電源管理器、外部存儲器控制器、4通道DMA、3通道UART、8路10位ADC和GPIO等。

　　(2)外圍電路簡(jiǎn)介

　　控制器外圍電路主要由存儲器電路模塊、通信模塊以及JTAG調試電路等構成。其中存儲器電路模塊采用2片HY57V561620FTP芯片作為外擴SDRAM;采用1片SST39VF1601(2 MB)芯片作為NOR Flash，用于存放bootloader程序;采用1片K9F1208芯片(64 MB)作為NAND Flash，用于存放操作系統以及文件系統。在通信模塊中采用DM9000網(wǎng)卡芯片和網(wǎng)絡(luò )變壓器HR911103A，以實(shí)現以太網(wǎng)接口的設計;同時(shí)設計了USBhost接口電路，為下一步實(shí)現WLAN通信提供接口。A/D和D/A接口電路實(shí)現數據的采集和控制信號的發(fā)出。

　　2 控制器軟件平臺設計

　　2.1 軟件平臺整體結構

　　控制器節點(diǎn)軟件體系結構如圖2所示。其中最底層為設備驅動(dòng)程序層，主要進(jìn)行處理器初始化和驅動(dòng)各外設電路模塊;第2層為嵌入式Linux操作系統，主要管理系統的軟硬件資源、上層應用，以及操作底層驅動(dòng)接口;第3層為Web服務(wù)器，以實(shí)現控制器的：Browser/Server訪(fǎng)問(wèn)控制;第4層為應用程序，主要包括實(shí)時(shí)數據庫、GPC控制算法和時(shí)鐘同步應用程序。

　　2.2 bootloader的配置和編譯

　　首先在宿主機的Linux下建立arm-linux-gcc-2.95.3交叉編譯環(huán)境，將vivi.tgz解壓縮到Linux的相應目錄下，進(jìn)入vivi目錄，執行make menuconfig命令進(jìn)入vivi配置界面，對vivi的參數進(jìn)行配置。完成配置之后，進(jìn)行編譯，此時(shí)已經(jīng)在當前目錄下生成了vivi?？墒褂肏-JTAG將vivi燒寫(xiě)到NAND Flash運行。

　　2.3 Linux的移植

　　(1)編譯Linux內核

　　首先在宿主機的Linux下建立arm-linux-gcc-3.4.1交叉編譯環(huán)境，然后將Liunx-2.6.13.tgz解壓縮到Linux的某一目錄下，執行make menuconfig命令進(jìn)入內核配置界面，定制Linux內核，包括配置CPU選項、網(wǎng)卡聲卡驅動(dòng)、串口、對yaffs文件系統的支持等選項。完成定制之后，保存設置退出。然后對內核進(jìn)行編譯，即可生成內核映像文件zImage。

　　(2)制作yaffs文件系統

　　制作yaffs文件系統映像需要使用mkyaffsimage工具程序。首先將其解壓縮到/usr/sbin目錄下，然后將文件系統解壓縮到Linux某一目錄下，此時(shí)用戶(hù)可以將自己編寫(xiě)的應用程序或其他文件添加到文件系統中。添加完畢后使用mkyaffsimage命令即可得到root.img鏡像文件。最后可使用H-JTAG將生成的映像文件燒寫(xiě)到NAND Flash運行。

　　2.4 Boa服務(wù)器的移植和構建

　　在網(wǎng)絡(luò )化測控系統中，每個(gè)測控節點(diǎn)都需要使用Web瀏覽器進(jìn)行監控和數據交互。Web服務(wù)器作為一個(gè)數據載體，可以將本地的信息和數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳遞給遠端發(fā)出請求的客戶(hù)，這對遠程網(wǎng)絡(luò )化監控的實(shí)現有重要意義。因此Web Server的移植成為一項必不可少的工作。Boa的優(yōu)點(diǎn)在于其源代碼開(kāi)放、性能好和可靠性高。本文中Web Server的構建也是基于Boa展開(kāi)的。

　　首先在官方網(wǎng)站上下載Boa的源碼boa-0.94.13.tar.gz，解壓縮到Linxu宿主機的某一目錄下，然后進(jìn)入src目錄，執行./congfig命令，生成Makefile.in文件。由于生成的Makefile文件是針對X86平臺的，為了生成能夠在A(yíng)RM上運行的Boa，需要修改Makefile文件。找到CC=gcc，CPP=gcc-E這兩行，并修改為CC=arm-linux-gcc，CPP=arm-linux-gcc-E;然后使用make命令進(jìn)行編譯，編譯成功后會(huì )在src目錄下生成1個(gè)可運行在A(yíng)RM平臺下的Boa可執行文件，然后將編譯好的Boa程序放入，/sbin目錄下。

　　在目標板上運行Boa之前，還需要對boa.conf文件進(jìn)行配置。boa.conf文件主要包含的boa基本參數：Port，boa服務(wù)器監聽(tīng)的端口;User，連接到服務(wù)器的客戶(hù)端的身份;DocumentRoot，HTML文件的根目錄。用戶(hù)可以根據自己的需要進(jìn)行設置，設置完畢后進(jìn)入sbin目錄，直接運行Boa就可以直接啟動(dòng)Web服務(wù)器。