基于uClinux的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

作者Email: xiangziyu9942064@163.com

    摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化，工業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理控制已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。本文介紹了基于uClinux的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)組播技術(shù)加以討論。

    關(guān)鍵詞：uClinux s3c44b0x 溫度監(jiān)控 組播技術(shù)

引言

當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后pc（post－pc）時(shí)代，嵌入式設(shè)備已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，逐漸向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，如視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、遠(yuǎn)程控制、信息家電等都離不開嵌入式設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。

目前，國(guó)內(nèi)的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)主要是用單片機(jī)和pc終端完成，單片機(jī)將采集到數(shù)據(jù)的經(jīng)串口發(fā)送到pc機(jī)，pc機(jī)將數(shù)據(jù)處理后，采用tcp/ip協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集。這種方式依賴于pc機(jī)，不靈活、不穩(wěn)定、功耗高，采用ARM架構(gòu)的微處理器為核心的嵌入式單元作為獨(dú)立的終端實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，具有體積小、價(jià)格低、功耗低、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，可用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等。

1.系統(tǒng)的硬件組成

本文描述的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)采用ARM7TDMI為核心的高性能嵌入式微處理器s3c44b0，該處理器內(nèi)部集成了10位的AD轉(zhuǎn)換器，可用于高速的數(shù)據(jù)采集。在s3c44b0x處理器外部配以以太網(wǎng)控制器rtl8019as和存儲(chǔ)芯片實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，在該平臺(tái)上移植了uClinux操作系統(tǒng),并編寫驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控。uClinux操作系統(tǒng)內(nèi)核穩(wěn)定、支持多種微處理器、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大、源碼公開、可剪裁、使用成本低，這些特點(diǎn)使得開發(fā)的難度和成本大大降低。

圖1為遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)硬件框圖，以s3c44b0為核心，外圍擴(kuò)展一系列功能模塊。有4*4鍵盤及LCD顯示構(gòu)成良好的人機(jī)界面，用于本地參數(shù)的查詢和設(shè)定。溫度采集模塊采用熱電阻搭成電橋，經(jīng)放大、濾波、隔離后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

2.系統(tǒng)的軟件組成

操作系統(tǒng)選用uClinux。它是完全符合GNU/GPL公約的完全開放代碼項(xiàng)目，是標(biāo)準(zhǔn)linux的一個(gè)分支，它專門針對(duì)沒有MMU的微處理器，并且專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)通常采用宿主機(jī)／目標(biāo)機(jī)模式。在宿主機(jī)上運(yùn)行l(wèi)inux，安裝交叉編譯調(diào)試軟件，對(duì)uClinux源代碼進(jìn)行修改、配置、編譯、調(diào)試，最終下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。

* A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閼?yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)，這樣在應(yīng)用程序看來，硬件設(shè)備只是一個(gè)設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以通過相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，像操作普通文件一樣對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作。

數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)采用中斷方式，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入中斷處理時(shí)，中斷處理進(jìn)程喚醒在睡眠隊(duì)列ADC_WAIT上的讀進(jìn)程，在讀進(jìn)程中拷貝AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果到用戶空間，實(shí)現(xiàn)過程如下：

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(ADC_wait);

static unsigned int data;

static void adc_interrupt(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *regs)

{data=inl(rADCDAT);

wake_up_interruptible(&ADC_wait);

}

static int adc_open(struct inode *inode,struct file *filp)

{int result;

switch(MINOR(inode->i_rdev))

{case 0:

{ result=request_irq(IRQ_ADC, adc_interrupt, SA_SAMPLE_RANDOM, "ADC",NULL);

if(result=-1){printk("Can not request ADC IRQ");return result;}

outb(0x0fe,rADCPSR);

outb(ENABLE_ADC,rADCCON);

}break;

default:break;}

return 0;}

static int adc_release(struct inode *inode,struct file *filp)

{switch(MINOR(inode->i_rdev))

{case 0:

{ outb(DISABLE_ADC,rADCCON);

free_irq(IRQ_ADC,NULL);

}break;

default:break;}

return 0;

}

static int adc_read(struct file *filp,int *buf,size_t count,loff_t *fpoint)

{int result

outl((result=inl(rADCCON))|0x01,rADCCON);

enable_irq(IRQ_ADC);

interruptible_sleep_on(&ADC_wait);

copy_to_user(buf,&data,2);

return 0;}

static int adc_ioctl(struct inode *inode,struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long arg)

{int result;

switch(cmd)

{ case 0:/* 設(shè)置預(yù)分頻值 */

{outb(arg,rADCPSR);

return 0;}

case 1:/* 改變數(shù)據(jù)采集通道*/

{outb((arg),rADCCON);

for(result=0;result<150;result++);

return 0;}

default:

return -1;}

}

struct file_operations adc_fops={

read:adc_read,

ioctl:adc_ioctl,

open:adc_open,

release:adc_release,

};

int adc_init(void)

{int result;

result=register_chrdev(ADC_MAJOR,"ADC",&adc_fops);

if(result=-1){printk("Can not register ADC dev");return result;}

printk("adc init");

return result;}

* 網(wǎng)絡(luò)功能的實(shí)現(xiàn)

溫度監(jiān)控系統(tǒng)采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)處理后要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。由于在應(yīng)用中，，播放方式的選擇將直接影響系統(tǒng)的性能。播放方式主要有三種單播、組播和廣播，該系統(tǒng)要將采集到的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)給多個(gè)用戶，因此采用組播放式，利用組播技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的收發(fā)過程可由圖2來形象地進(jìn)行說明

* 組播的發(fā)送端程序

1) 創(chuàng)建socket：Multisock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

2) 設(shè)置本地端口和ip地址：SICKET_ADDR wk;

sk.sinfamily=AF_INET;

sk.sin_port=htpns(DEST_PORT);

sk.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;

3) 與socket綁定：

bind(Multisock,SIO_MULTICAST_SCOPE,&nIP_TTL,sizof(nIP_TTL),NULL,0,&cbRet,NULL,NUll);

4) 允許在廣域網(wǎng)廣播：

ioctl(Multisock,(struct sockaddr FAR *)&wk,sizeof(struct sockaddr));

5) 允許對(duì)同一地址綁定多次

setsocketopt(Multisock,SOL_AOCKET,SO_REUSEADDR,(char *)&bFlag,sizeof(bFlag));

6) 設(shè)置組播地址和端口

wk.sin_family=AF_INET;

wk.sin_port=htons(DESTPORT);

wk.sin_addr.s_addr=inet_addr(MULTIDESTADDR);

7) 發(fā)送數(shù)據(jù):

sendto(Multisock,stWSBUF,1,&cbRet,0,(struct sockaddr FAR *)&DestAddr,

sizeof(Destaddr),NULL,NULL);

接受端位于PC端上，其程序與此類似，不詳細(xì)說明，圖3為PC端溫度數(shù)據(jù)采集波形圖

圖3

3.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)制作的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)思想的新穎之處是再網(wǎng)絡(luò)通訊中采用組播技術(shù)，大大降低了網(wǎng)絡(luò)流量，降低了傳輸延遲，用通用的ARM7TDMI內(nèi)核的s3c44b0的系統(tǒng)板完成溫度數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控及通訊功能，并且用uClinux操作系統(tǒng)增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，降低了開發(fā)成本，這在網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)管理控制中有著廣闊的應(yīng)用前景。