基于 ARM 和 Linux 通用工控平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2 PC模擬器開發(fā)環(huán)境搭建
建立自己的開發(fā)目錄，解壓文件libminigui-1.3.3.tar.gz和minigui-res-1.3.3.tar.gz；編譯安裝MiniGUI運(yùn)行所需庫(kù)文件libminigui；安裝資源文件minigui-res-1.3.3；修改/etc/ld.so.conf 文件，加入一行/usr/local/lib，然后執(zhí)行[root]# ldconfig 按照硬件平臺(tái)配置與開發(fā)環(huán)境的設(shè)置修改minigui配置文件，包括修改路徑，屏幕分辨率等。

PC模擬器開發(fā)環(huán)境搭建完畢后，就可在 PC上開發(fā)應(yīng)用程序，在 qvfb中執(zhí)行，驗(yàn)證程序的正確后，就可以進(jìn)行交叉編譯下載運(yùn)行。

3 交叉編譯Minigui1.3.3
解壓arm-Linux-2.95.3.bz2文件安裝交叉編譯工具?cross-2.95.3，安裝之后修改.bashrc腳本，設(shè)置環(huán)境變量：PATH=$PATH:/sbin:/usr/local/arm/2.95.3/bin:/usr/local/bin:/usr/local。

接下來(lái)依次安裝 zlib庫(kù)，png庫(kù)、libttf庫(kù)，它們的作用分別是：其他的庫(kù)的編譯基礎(chǔ)、顯示PNG圖形、顯示文字。完成以上附加庫(kù)的交叉編譯工作后就可以編譯libminigui了。把/usr/local/arm/2.95.3/arm-Linux/lib中相應(yīng)的庫(kù)拷到目標(biāo)板/usr/lib目錄下，拷貝時(shí)先對(duì)庫(kù)文件執(zhí)行arm-Linux-strip命令，去除文件中的調(diào)試信息。同時(shí)把資源文件復(fù)制到目標(biāo)平臺(tái)的/usr/local/lib目錄下。這樣就完成了交叉編譯工作，可以將PC上調(diào)試好的應(yīng)用程序下載到目標(biāo)硬件平臺(tái)下進(jìn)行應(yīng)用了。

通用工控平臺(tái)人機(jī)界面開發(fā)
1 人機(jī)交互界面需求分析及總體設(shè)計(jì)
通用工控平臺(tái)通信人機(jī)交互界面是集功能演示、信息采集、設(shè)備狀態(tài)、通信交互等功能于一身的人機(jī)交互平臺(tái)，可以高效、直觀的顯示通用工控平臺(tái)的基本信息，同時(shí)有效的指導(dǎo)用戶的操作，提高使用效率，是用戶和通用工控平臺(tái)交互的主要方式。

該人機(jī)交互界面顯示器選用PHILIPS公司的14英寸彩色顯示屏，軟件運(yùn)行環(huán)境選用嵌入式操作系統(tǒng)Linux 2.6.21和GUI開發(fā)環(huán)境MiniGUI 1.3.3構(gòu)成，整個(gè)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程需要完成以下功能：

(1) 實(shí)時(shí)顯示該平臺(tái)具體信息，及本網(wǎng)內(nèi)在線的其他工控設(shè)備的信息；

(2) 以該平臺(tái)為控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)本網(wǎng)內(nèi)在線的其他常見設(shè)備的多線程信息采集與控制；

(3) 以UDP及RS485兩種通信方式實(shí)時(shí)控制工控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部；

(4) 對(duì)工控設(shè)備掉線自動(dòng)斷開連接，防止用戶誤操作；

通用工控平臺(tái)通信人機(jī)交互界面主要是針對(duì)UDP和RS485兩種組網(wǎng)方式基于Modbus協(xié)議完成工控系統(tǒng)中功能演示、信息采集、設(shè)備狀態(tài)、通信交互的功能，設(shè)計(jì)上要求簡(jiǎn)單實(shí)用，操作方便，而復(fù)雜的界面會(huì)帶來(lái)不必要的開銷并影響性能。根據(jù)需求分析設(shè)定人機(jī)交互界面整體設(shè)計(jì)方案及效果圖如圖3、圖4所示。

圖3 人機(jī)交互界面整體設(shè)計(jì)方案

圖4 總體效果圖

2 界面設(shè)計(jì)流程
利用MiniGUI進(jìn)行界面設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

圖5 界面設(shè)計(jì)流程

基于工業(yè)測(cè)控Modbuss協(xié)議的通信實(shí)現(xiàn)方案
一個(gè)好的工控平臺(tái)必須具備高效通信的功能，才能跟上工業(yè)發(fā)展的要求。本文所設(shè)計(jì)的通用工控平臺(tái)，可以作為控制中心對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，包括工控現(xiàn)場(chǎng)典型意義上的數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備，模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，數(shù)字量設(shè)備等，隨時(shí)掌握各個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)的情況。由于Modbus協(xié)議是工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，協(xié)議簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，因此本平臺(tái)通信軟件的設(shè)計(jì)就采用Modbus協(xié)議。

工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域常見的組網(wǎng)方式主要有UDP方式和RS485方式，分別以自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在工業(yè)組網(wǎng)占據(jù)著一定地位。為實(shí)現(xiàn)工控平臺(tái)通用性的設(shè)計(jì)目標(biāo)，本平臺(tái)將兩種組網(wǎng)方式融合在通信人機(jī)交互界面中，圖6為本平臺(tái)通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖6 通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

結(jié)語(yǔ)
在基于ARM和Linux的通用工控平臺(tái)的研制過(guò)程中，硬件平臺(tái)選擇合適的ARM微處理器AT91RM9200，并對(duì)其外圍部件進(jìn)行擴(kuò)展，以適應(yīng)當(dāng)前工控現(xiàn)場(chǎng)更加豐富的技術(shù)要求，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，擴(kuò)展多種通信接口，滿足用戶的通信需求；軟件平臺(tái)采用嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用最廣的Linux為操作系統(tǒng)，同時(shí)構(gòu)建交叉編譯環(huán)境，并充分利用開源軟件，基于圖形界面開發(fā)的MiniGUI，針對(duì)工控領(lǐng)域的總線協(xié)議Modbus設(shè)計(jì)出基于UDP和RS485兩種通信結(jié)構(gòu)的工控人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)溝通能力強(qiáng)、接口豐富為技術(shù)指標(biāo)的基于ARM和Linux的通用工控平臺(tái)。

本通用工控平臺(tái)的主要特色有：

(1)硬件接口豐富，適應(yīng)工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域各種需求；

(2)使用3U插槽，增強(qiáng)通用性及擴(kuò)展性；

(3)基于Linux操作系統(tǒng)及MiniGUI圖形界面開發(fā)環(huán)境，人機(jī)交互界面友好便捷；

(4)采用工業(yè)測(cè)控Modbus通信協(xié)議，基于串行RS485及網(wǎng)絡(luò)UDP構(gòu)建通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用范圍廣泛、性能可靠、實(shí)時(shí)性高。