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(shí)，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在迅速發(fā)展，PC機(jī)已經(jīng)從高速增長(zhǎng)進(jìn)入到平穩(wěn)發(fā)展時(shí)期，嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了后PC時(shí)代，基于嵌入式智能儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)程監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)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(jié)構(gòu)及其與Internet的連接方案設(shè)計(jì)如圖1。

　　圖1基于嵌入式智能儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

　　嵌入式控制器是用于執(zhí)行獨(dú)立功能并具有以復(fù)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(wù)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(shè)備或裝置，能夠完成監(jiān)視、控制等各種自動(dòng)化處理任務(wù)。嵌入式控制器是一種很好的基本接入設(shè)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(chǔ)上，將Web功能融入整個(gè)裝置。客戶只要擁有瀏覽器，即可方便的與控制器進(jìn)行通信，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表進(jìn)行過程參數(shù)的查看與設(shè)定，控制對(duì)象的關(guān)閉與開啟。

　　基于嵌入式儀表的遠(yuǎn)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(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)，嵌入式控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵從嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮把軟件和硬件的結(jié)構(gòu)作為一個(gè)統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體。嵌入式系統(tǒng)趨向于采用高平臺(tái)（Platform）和采用面向?qū)ο蟮腢ML-RT來進(jìn)行系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)嵌入式控制器時(shí)，采用UML-RT和平臺(tái)（Platform），使嵌入式控制器有一個(gè)彈性的架構(gòu)，能夠方便快速的改變或擴(kuò)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(duì)嵌入式控制器進(jìn)行需求分析。用例圖從用戶的觀點(diǎn)描述了系統(tǒng)硬件和軟件的功能。按照前面我們對(duì)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(gè)不同的用例和兩個(gè)不同的角色。

　　圖2 嵌入式控制器的用例圖

　　用戶角色可進(jìn)行查看數(shù)據(jù)，設(shè)定數(shù)據(jù)，開啟和關(guān)閉控制對(duì)象（智能儀表），控制對(duì)象可以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，相應(yīng)開啟和關(guān)閉的操作指令。數(shù)據(jù)處理中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的封裝，發(fā)送，計(jì)算等數(shù)據(jù)處理工作。

　　4 平臺(tái)（platform）的劃分和設(shè)計(jì)

　　在完成了系統(tǒng)的需求分析之后，開始劃分本平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，所謂本平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就是指平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)各級(jí)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(jié)構(gòu)。主要按照功能、邏輯順序來劃分多級(jí)層次結(jié)構(gòu)。在劃分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的時(shí)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(tái)用戶在使用本平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)時(shí)，所看到的本平臺(tái)的屬性，包括概念性結(jié)構(gòu)，一些接口和功能特性。從概念和功能上把它看作是有多級(jí)構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，有利于對(duì)嵌入式控制器及開發(fā)平臺(tái)本身的正確理解。要研究哪些應(yīng)當(dāng)透明，哪些不應(yīng)當(dāng)透明。透明的好處是可以不用管它，簡(jiǎn)化了該級(jí)的設(shè)計(jì)。

　　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?cè)谶壿嫻δ苌鲜堑刃У?。選擇什么樣的上下層分配比例，主要取決于易用性，復(fù)雜度及現(xiàn)有的硬件狀況等。

　　3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，究竟應(yīng)該從哪一層開始，也是一個(gè)重要的問題。比如對(duì)于一個(gè)三層的結(jié)構(gòu)，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(diǎn)考慮，嵌入式控制器平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。