基于Linux和s3C2440的GPC控制器設(shè)計(jì)

　　近年來，基于Internet的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)已成為國內(nèi)外測控領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，在石油勘探開發(fā)、鋼鐵化工等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。而控制器的設(shè)計(jì)和研發(fā)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心。在一些地域高度分散以及環(huán)境惡劣的控制現(xiàn)場，使用嵌入式系統(tǒng)作為控制器節(jié)點(diǎn)，可更有利于多點(diǎn)分布式綜合布控及并行處理，實(shí)現(xiàn)更好的測控效果。然而由于網(wǎng)絡(luò)傳輸本身的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延會不可避免地影響網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性，因此本文提出基于S3C2440A及嵌入式Linux的GPC(Generalized PredictiveControl)控制器的設(shè)計(jì)方案，具有一定的通用性。

　　1 控制器硬件平臺設(shè)計(jì)

　　控制器節(jié)點(diǎn)是嵌入式網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)的中心。在測控系統(tǒng)中，主控制器承擔(dān)著控制算法的實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)采集兩大任務(wù)，這要求控制器節(jié)點(diǎn)的硬件平臺有更強(qiáng)的計(jì)算能力，以及更好的網(wǎng)絡(luò)性能。本文中控制器的硬件平臺采用三星公司的S3C2440，外圍設(shè)備主要有RAM、Flash等?？刂破鞯挠布脚_結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　(1)S3C2440處理器簡介

　　本系統(tǒng)采用三星公司的16/32位RISC微處理器S3C2440AL作為控制器核心。S3C2440AL的一大特點(diǎn)是其核心處理器(CPU)采用16/32位ARM920T的RISC微處理器。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU、AMBA BUS和Har-vard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)資源和外圍接口豐富，包括電源管理器、外部存儲器控制器、4通道DMA、3通道UART、8路10位ADC和GPIO等。

　　(2)外圍電路簡介

　　控制器外圍電路主要由存儲器電路模塊、通信模塊以及JTAG調(diào)試電路等構(gòu)成。其中存儲器電路模塊采用2片HY57V561620FTP芯片作為外擴(kuò)SDRAM;采用1片SST39VF1601(2 MB)芯片作為NOR Flash，用于存放bootloader程序;采用1片K9F1208芯片(64 MB)作為NAND Flash，用于存放操作系統(tǒng)以及文件系統(tǒng)。在通信模塊中采用DM9000網(wǎng)卡芯片和網(wǎng)絡(luò)變壓器HR911103A，以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì);同時(shí)設(shè)計(jì)了USBhost接口電路，為下一步實(shí)現(xiàn)WLAN通信提供接口。A/D和D/A接口電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制信號的發(fā)出。

　　2 控制器軟件平臺設(shè)計(jì)

　　2.1 軟件平臺整體結(jié)構(gòu)

　　控制器節(jié)點(diǎn)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中最底層為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)?，主要進(jìn)行處理器初始化和驅(qū)動(dòng)各外設(shè)電路模塊;第2層為嵌入式Linux操作系統(tǒng)，主要管理系統(tǒng)的軟硬件資源、上層應(yīng)用，以及操作底層驅(qū)動(dòng)接口;第3層為Web服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)控制器的：Browser/Server訪問控制;第4層為應(yīng)用程序，主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、GPC控制算法和時(shí)鐘同步應(yīng)用程序。

　　2.2 bootloader的配置和編譯

　　首先在宿主機(jī)的Linux下建立arm-linux-gcc-2.95.3交叉編譯環(huán)境，將vivi.tgz解壓縮到Linux的相應(yīng)目錄下，進(jìn)入vivi目錄，執(zhí)行make menuconfig命令進(jìn)入vivi配置界面，對vivi的參數(shù)進(jìn)行配置。完成配置之后，進(jìn)行編譯，此時(shí)已經(jīng)在當(dāng)前目錄下生成了vivi?？墒褂肏-JTAG將vivi燒寫到NAND Flash運(yùn)行。

　　2.3 Linux的移植

　　(1)編譯Linux內(nèi)核

　　首先在宿主機(jī)的Linux下建立arm-linux-gcc-3.4.1交叉編譯環(huán)境，然后將Liunx-2.6.13.tgz解壓縮到Linux的某一目錄下，執(zhí)行make menuconfig命令進(jìn)入內(nèi)核配置界面，定制Linux內(nèi)核，包括配置CPU選項(xiàng)、網(wǎng)卡聲卡驅(qū)動(dòng)、串口、對yaffs文件系統(tǒng)的支持等選項(xiàng)。完成定制之后，保存設(shè)置退出。然后對內(nèi)核進(jìn)行編譯，即可生成內(nèi)核映像文件zImage。

　　(2)制作yaffs文件系統(tǒng)

　　制作yaffs文件系統(tǒng)映像需要使用mkyaffsimage工具程序。首先將其解壓縮到/usr/sbin目錄下，然后將文件系統(tǒng)解壓縮到Linux某一目錄下，此時(shí)用戶可以將自己編寫的應(yīng)用程序或其他文件添加到文件系統(tǒng)中。添加完畢后使用mkyaffsimage命令即可得到root.img鏡像文件。最后可使用H-JTAG將生成的映像文件燒寫到NAND Flash運(yùn)行。

　　2.4 Boa服務(wù)器的移植和構(gòu)建

　　在網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)中，每個(gè)測控節(jié)點(diǎn)都需要使用Web瀏覽器進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)交互。Web服務(wù)器作為一個(gè)數(shù)據(jù)載體，可以將本地的信息和數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給遠(yuǎn)端發(fā)出請求的客戶，這對遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)有重要意義。因此Web Server的移植成為一項(xiàng)必不可少的工作。Boa的優(yōu)點(diǎn)在于其源代碼開放、性能好和可靠性高。本文中Web Server的構(gòu)建也是基于Boa展開的。

　　首先在官方網(wǎng)站上下載Boa的源碼boa-0.94.13.tar.gz，解壓縮到Linxu宿主機(jī)的某一目錄下，然后進(jìn)入src目錄，執(zhí)行./congfig命令，生成Makefile.in文件。由于生成的Makefile文件是針對X86平臺的，為了生成能夠在ARM上運(yùn)行的Boa，需要修改Makefile文件。找到CC=gcc，CPP=gcc-E這兩行，并修改為CC=arm-linux-gcc，CPP=arm-linux-gcc-E;然后使用make命令進(jìn)行編譯，編譯成功后會在src目錄下生成1個(gè)可運(yùn)行在ARM平臺下的Boa可執(zhí)行文件，然后將編譯好的Boa程序放入，/sbin目錄下。

　　在目標(biāo)板上運(yùn)行Boa之前，還需要對boa.conf文件進(jìn)行配置。boa.conf文件主要包含的boa基本參數(shù)：Port，boa服務(wù)器監(jiān)聽的端口;User，連接到服務(wù)器的客戶端的身份;DocumentRoot，HTML文件的根目錄。用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完畢后進(jìn)入sbin目錄，直接運(yùn)行Boa就可以直接啟動(dòng)Web服務(wù)器。