基于ARM的電子負(fù)載網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

ARM在以太網(wǎng)通訊中作為服務(wù)器端構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，具有獨(dú)立的IP地址，上位機(jī)作為客戶端通過(guò)對(duì)不同IP地址的訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)上不同節(jié)點(diǎn)的ARM服務(wù)器通訊，連接或監(jiān)控某個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電子負(fù)載。上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給負(fù)載的控制命令由ARM網(wǎng)絡(luò)控制器接收，再通過(guò)ARM網(wǎng)絡(luò)控制器由RS232總線發(fā)送給電子負(fù)載。電子負(fù)載根據(jù)接收到的控制命令將被測(cè)電源的各種數(shù)據(jù)和負(fù)載工作的各個(gè)參數(shù)通過(guò)RS232總線上傳給ARM。ARM將來(lái)自負(fù)載的數(shù)據(jù)采用TCP／IP協(xié)議通過(guò)以太網(wǎng)上傳給上位機(jī)，ARM可以通過(guò)擴(kuò)張串口連接多個(gè)負(fù)載，同時(shí)通過(guò)路由器擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)ARM系統(tǒng)并行工作，提高整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)載能力。

2 ARM網(wǎng)絡(luò)控制器硬件設(shè)計(jì)
ARM系統(tǒng)硬件部分采用三星公司的ARM芯片S3C2440，S3C2440基于32 bit ARM920T內(nèi)核，標(biāo)稱工作頻率為400 MHz，配置一片64 MBytes Nand Flash和兩片32 MBtyes SDRAM，網(wǎng)絡(luò)芯片采用DM9000A，配置了MAX3232擴(kuò)展串口與電子負(fù)載進(jìn)行連接。結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

3 ARM網(wǎng)絡(luò)控制器軟件設(shè)計(jì)
ARM嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器的操作系統(tǒng)采用WindowsCE 5．0，Windows CE 5．0是一個(gè)32位、多線程、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，同時(shí)也是模塊型的操作系統(tǒng)，可選擇、組合和配置windows CE 5．0的模塊和組件來(lái)創(chuàng)建用戶版的操作系統(tǒng)。windows CE 5．0通過(guò)中斷嵌套與優(yōu)先級(jí)處理機(jī)制滿足了測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，同時(shí)具有類似于桌面系統(tǒng)的人機(jī)界面和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具。
在windows CE 5．0的開(kāi)發(fā)中。有兩個(gè)重要的方面，一是內(nèi)核定制，二是應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。
3．1 Windows CE內(nèi)核定制
由于應(yīng)用環(huán)境的多樣性，需要對(duì)Windows CE系統(tǒng)做不同的內(nèi)核定制。采用微軟公司的PlatformBuilder集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，針對(duì)電子負(fù)載網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的特點(diǎn)，添加、刪除和修改某些系統(tǒng)模塊，包括添加串口通信支持，以太網(wǎng)通訊支持，ActiveSync支持(軟件調(diào)試時(shí)的通信支持)等。此外，注冊(cè)表模式修改為HIVE模式，使掉電后數(shù)據(jù)的存放到Flash中保存實(shí)現(xiàn)程序的自啟動(dòng)，參數(shù)掉電保存等功能。
3．2 ARM端通訊軟件開(kāi)發(fā)
ARM網(wǎng)絡(luò)控制器作為負(fù)載和上位機(jī)連接的橋梁，實(shí)現(xiàn)RS232總線和以太網(wǎng)的互聯(lián)完成電子負(fù)載的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。因此，ARM端通訊軟件功能包括：與多個(gè)電子負(fù)載的串行通信；與上位機(jī)基于TCP／IP協(xié)議的通信，提供可視化界面顯示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)和狀態(tài)，用戶可以通過(guò)觸摸屏設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)如波特率和IP地址等，系統(tǒng)提供連接日志供用戶查閱。其中的核心功能是實(shí)現(xiàn)RS232總線和以太網(wǎng)的通訊互聯(lián)，互聯(lián)模塊采用多線程的調(diào)用方式，保證了系統(tǒng)通訊的實(shí)時(shí)性。
通訊幀格式定義為長(zhǎng)度26位，格式為：同步頭，負(fù)載地址，命令字，4～25 bit為相關(guān)信息內(nèi)容，校驗(yàn)碼。
(1)同步頭為AAH，占l bit；
(2)負(fù)載地址范圍為0～FE，占1 bit，確定該幀發(fā)送的目標(biāo)負(fù)載或接收源負(fù)載；
(3)命令字占1 bit，標(biāo)示了該幀的功能；
(4)4～25 bit為命令參數(shù)和反饋參數(shù)。
套接字即Socket是支持TCP／IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。通過(guò)Socket編程，可以方便的訪問(wèn)TCP／IP開(kāi)發(fā)以太網(wǎng)通訊程序。Embedded VC++中基于TCP的Socket編程的服務(wù)器端程序工作流程如下：
(1)創(chuàng)建套接字Socket()；
(2)將套接字綁定到一個(gè)本地地址和端口上bind()；
(3)將套接字設(shè)置為監(jiān)聽(tīng)模式，接收上位機(jī)的請(qǐng)求(listen)；
(4)等待上位機(jī)請(qǐng)求，當(dāng)請(qǐng)求到來(lái)后，接受連接請(qǐng)求，返回一個(gè)新的對(duì)應(yīng)于此次連接的套接字accept()；
(5)用返回的套接字于上位機(jī)進(jìn)行通信(send／reev)；
(6)關(guān)閉套接字。
串口通訊在Windows CE環(huán)境下與桌面Windows環(huán)境下類似，通過(guò)CreateFile函數(shù)打開(kāi)串口，ReadFile和WriteFile函數(shù)讀寫串口數(shù)據(jù)。
修改注冊(cè)表使ARM系統(tǒng)上電后自動(dòng)運(yùn)行通訊軟件：首先進(jìn)行串口和以太網(wǎng)的初始化，對(duì)每個(gè)串口創(chuàng)建單獨(dú)的接收線程和發(fā)送線程，Socket監(jiān)聽(tīng)到上位機(jī)連接后，創(chuàng)建與上位機(jī)連接的數(shù)據(jù)收發(fā)線程。當(dāng)串口的接收線程接收到數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，調(diào)用Socket的發(fā)送線程把數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給ARM服務(wù)器時(shí)，Socket的接收線程觸發(fā)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，根據(jù)幀中負(fù)載地址，調(diào)用對(duì)應(yīng)的串口發(fā)送線程向指定的目標(biāo)負(fù)載轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。工作流程，如圖3所示。