基于儀表系統(tǒng)的嵌入式控制器的開發(fā)研究

　　1 引言

　　在儀器儀表迅速發(fā)展的同時，計算機和網(wǎng)絡技術也在迅速發(fā)展，PC機已經(jīng)從高速增長進入到平穩(wěn)發(fā)展時期，嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和廣泛應用，使計算機和網(wǎng)絡進入了后PC時代，基于嵌入式智能儀表遠程監(jiān)控系統(tǒng)作為工業(yè)控制網(wǎng)絡重要發(fā)展方向之一。而嵌入式控制器是能夠?qū)崿F(xiàn)智能儀表遠程監(jiān)控的關鍵設備，是工業(yè)控制儀表與Internet連接的橋梁。

　　2 控制器總體介紹

　　嵌入式智能儀表的結構及其與Internet的連接方案設計如圖1。

　　圖1基于嵌入式智能儀表的遠程監(jiān)控系統(tǒng)

　　嵌入式控制器是用于執(zhí)行獨立功能并具有以復雜方式處理數(shù)據(jù)能力的控制系統(tǒng)，它內(nèi)置在工業(yè)儀表上，由三部分組成:高速處理器、嵌入式Web服務器和工業(yè)儀表接口。嵌入式控制器以高速處理器為核心，由高速處理器和其他芯片協(xié)同工作來控制電子設備或裝置，能夠完成監(jiān)視、控制等各種自動化處理任務。嵌入式控制器是一種很好的基本接入設備，它通過工業(yè)儀表接口與儀表相連。嵌入式控制器在TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A上，將Web功能融入整個裝置?？蛻糁灰獡碛袨g覽器，即可方便的與控制器進行通信，對現(xiàn)場智能儀表進行過程參數(shù)的查看與設定，控制對象的關閉與開啟。

　　基于嵌入式儀表的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心是嵌入式控制器，嵌入式控制器是一個典型的嵌入式系統(tǒng)，嵌入式控制器的系統(tǒng)設計遵從嵌入式系統(tǒng)設計的相關理論。系統(tǒng)設計需要考慮把軟件和硬件的結構作為一個統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體。嵌入式系統(tǒng)趨向于采用高平臺（Platform）和采用面向?qū)ο蟮腢ML-RT來進行系統(tǒng)的分析和設計。因此，我們在設計嵌入式控制器時，采用UML-RT和平臺（Platform），使嵌入式控制器有一個彈性的架構，能夠方便快速的改變或擴充功能，滿足系統(tǒng)要求。

　　3 嵌入式控制器的需求分析

　　我們利用UML的用例圖（use case）來對嵌入式控制器進行需求分析。用例圖從用戶的觀點描述了系統(tǒng)硬件和軟件的功能。按照前面我們對嵌入式控制器的功能描述，我們得出系統(tǒng)的用例圖，如圖2所示。其中包括七個不同的用例和兩個不同的角色。

　　圖2 嵌入式控制器的用例圖

　　用戶角色可進行查看數(shù)據(jù)，設定數(shù)據(jù)，開啟和關閉控制對象（智能儀表），控制對象可以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，相應開啟和關閉的操作指令。數(shù)據(jù)處理中心負責數(shù)據(jù)的封裝，發(fā)送，計算等數(shù)據(jù)處理工作。

　　4 平臺（platform）的劃分和設計

　　在完成了系統(tǒng)的需求分析之后，開始劃分本平臺的系統(tǒng)結構，所謂本平臺的系統(tǒng)結構就是指平臺系統(tǒng)對各級之間界面的定義及其上、下層的功能分配，而且每一層又有它自己的系統(tǒng)結構。主要按照功能、邏輯順序來劃分多級層次結構。在劃分系統(tǒng)結構的時候，主要需要綜合平衡下面的一些問題:

　　1、本質(zhì)上，它是從平臺用戶在使用本平臺進行開發(fā)時，所看到的本平臺的屬性，包括概念性結構，一些接口和功能特性。從概念和功能上把它看作是有多級構成的層次結構，有利于對嵌入式控制器及開發(fā)平臺本身的正確理解。要研究哪些應當透明，哪些不應當透明。透明的好處是可以不用管它，簡化了該級的設計。

　　2、一般來說，很多功能既可以放在上層，也可以放在下層，而且它們在邏輯功能上是等效的。選擇什么樣的上下層分配比例，主要取決于易用性，復雜度及現(xiàn)有的硬件狀況等。

　　3、系統(tǒng)結構的設計與實現(xiàn)，究竟應該從哪一層開始，也是一個重要的問題。比如對于一個三層的結構，可以有從上到下、從下到上、由中間開始等多種選擇。從上述幾點考慮，嵌入式控制器平臺的系統(tǒng)結構如圖3所示。