基于uClinux的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，應(yīng)用多傳感器的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的遠(yuǎn)程測(cè)量和多象的遠(yuǎn)程控制成為計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。它能大幅縮小生產(chǎn)周期,節(jié)約勞動(dòng)力成本,提高企業(yè)效益,對(duì)于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天來說具有重要意義。本文結(jié)合快速發(fā)展的嵌入式技術(shù),給出了一種基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。它采用uClinux操作系統(tǒng),內(nèi)嵌嵌入式Web服務(wù)器,通過CAN總線連接多個(gè)傳感器控制單元實(shí)現(xiàn)了對(duì)多對(duì)象的遠(yuǎn)程測(cè)量和控制。

2 網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對(duì)象體系中,以應(yīng)用為中心,軟硬件可裁減,對(duì)體積、功耗、成本都有嚴(yán)格要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的單片機(jī)相比,它重要的突破之一就是解決了設(shè)備和internet的互連問題,使得人們可以通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。近年來,嵌入式技術(shù)飛速發(fā)展,種類繁多、功能強(qiáng)大的CPU和片外連接, 為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了穩(wěn)定、可靠的硬件環(huán)境;嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)這些硬件和以太網(wǎng)也又很好的支持,操作系統(tǒng)的移植大為化簡(jiǎn),這些就為嵌入式webserver的實(shí)現(xiàn)提供了方便。嵌入式webserver將監(jiān)控系統(tǒng)中的各種協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議格式,以便用戶通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問 webserver,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控。

本文介紹的嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)模式，它由客戶端主機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)嵌入WebServer和底層傳感控制單元三層的體系結(jié)構(gòu)組成。最底層為傳感控制單元，負(fù)責(zé)從現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制指令。第二層為現(xiàn)場(chǎng)WebServer構(gòu)成，WebServer 具有Internet功能，可通過網(wǎng)絡(luò)通信線纜直接與Internet連接。它的主要功能是將傳感控制單元上傳來的數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)形式實(shí)時(shí)發(fā)布，發(fā)布的信息可以被第三層的客戶端主機(jī)接收?？蛻舳酥鳈C(jī)為普通的PC機(jī)，用戶在客戶端主機(jī)上通過Web瀏覽器遠(yuǎn)程訪問嵌入式WebServer主頁(yè)并向底層的傳感控制單元發(fā)出各種控制指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、監(jiān)視和控制等功能。在這三層的結(jié)構(gòu)中，

嵌入式webServer是系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示:

圖 1

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

嵌入式Webserver以高性能微處理器為核心，其上可以運(yùn)行uClinux操作系統(tǒng)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的要求,選擇 Samsung公司ARM7TDMI內(nèi)核的微處理器S3C44BOX。S3C44BOX是一款具有豐富的片上外設(shè)的高性價(jià)比嵌入式處理器，如：擴(kuò)展內(nèi)存控制器；帶專用DMA通道的LCD控制器；2個(gè)DMA通道，1個(gè)帶外部請(qǐng)求引腳的DMA通道；I2C總線控制器；5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器； 8個(gè)外部中斷源；5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器；帶PLL的時(shí)鐘發(fā)生器等等。其高集成度極大地簡(jiǎn)化了其應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)過程也大為縮短，并提高了系統(tǒng)的可靠性。為運(yùn)行uClinux提供硬件上的支持，存儲(chǔ)系統(tǒng)采用了2MB Flash(AM29LV160DB，AMD)和2片8MB SDRAM（57V651620B，HYUNDAI）。Flash用來存儲(chǔ)啟動(dòng)代碼和壓縮的linux內(nèi)核;SDRAM作為系統(tǒng)內(nèi)存使用。系統(tǒng)采用 SJA1000T和TJA1040T為S3C44BOX擴(kuò)展一個(gè)CAN總線接口，使之可以通過CAN總線與各傳感控制單元連接起來。以太網(wǎng)控制器芯片選用是RTL8019AS。RTL8019AS是Realtek公司生產(chǎn)的一款具有高性價(jià)比的、即插即用的全雙工以太網(wǎng)控制器。它內(nèi)部集成有RAM,用作收發(fā)緩沖,降低了對(duì)處理器速度的要求。整個(gè)硬件系統(tǒng)如圖2所示。

圖 2