基于ARMlinux的嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

　　目前，大多數(shù)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)的硬件采用8／16位的單片機(jī)，軟件多采用匯編語(yǔ)言編程，該編程僅包含一個(gè)簡(jiǎn)單的循環(huán)處理的控制流程；單片機(jī)與單片機(jī)(或上位機(jī))之間的通信通過(guò)RS232、RS485或CAN總線來(lái)組成局域網(wǎng)，再用Pc機(jī)作為 Web服務(wù)器，與Internet進(jìn)行通訊。這樣的遠(yuǎn)程測(cè)控設(shè)備成本高、體積大、速度慢、功耗大?，F(xiàn)在，32位嵌入式CPU價(jià)格已下降，性能指標(biāo)也有提高，為嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提供了可能性?；谏鲜銮闆r，我們將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，大大提高了測(cè)控系統(tǒng)的性能，同時(shí)降低了成本和功耗，體積也大大減小。
   
　　嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)。在嵌入式操作系統(tǒng)的選擇上，由于Linux有完整開(kāi)放的源代碼，因而它具有修改和優(yōu)化系統(tǒng)、內(nèi)核穩(wěn)定、適用于多種CPU和多種硬件平臺(tái)、支持網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)，所以選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)較好。本文提出的基于 ARMlinux的嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制，還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控任務(wù)。
   
　　1、硬件系統(tǒng)

　　硬件系統(tǒng)如圖1。S3C2410包含一個(gè)16／32-bit的Risc(ARM920T)的CPU內(nèi)核，主頻200Hz，內(nèi)部含有8通道1O位AD轉(zhuǎn)換器和大量的I／O口、LCD控制器等豐富接口，能運(yùn)行Ucosll、ARMlinux和Wince嵌入式操作系統(tǒng)，DM 9OOO是10M／100M以太網(wǎng)接口控制芯片。本硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，不需要Pc機(jī)就可直接接入Internet。

　　2、軟件系統(tǒng)

　　嵌入式操作系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)選擇ARMlinux系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量很小，因此要把ARMLinux操作系統(tǒng)裝入有限的存儲(chǔ)器內(nèi)，就要對(duì)它進(jìn)行裁剪。很多資料對(duì)此都有論述，這里就不再累述。下面主要介紹基于操作系統(tǒng)上的遠(yuǎn)程測(cè)控軟件設(shè)計(jì)。其體系結(jié)構(gòu)如圖2。

　　2.1 基于Boa的Web服務(wù)器

　　嵌入式linux主要有三個(gè)web Server：Hapd、Thttpd和Boa。Httpd是最簡(jiǎn)單的一個(gè)web Server。它的功能最弱，不支持認(rèn)證，不支持CG1。Thttpd和Boa都支持認(rèn)證、CGI等，功能都比較全。Boa是一個(gè)單任務(wù)的小型Httpd 服務(wù)器，源代碼開(kāi)放、性能優(yōu)秀，特別適合應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。下面介紹Boa的移植與編譯。
　　
　　對(duì)于有MMU嵌入式linux，把Boa下載到Redhat宿主機(jī)上后，解壓到任意目錄，再修改Boa／src／Makefde里面的編譯器。例如：
　　CC=／opfhosfarmv41／bin／armv41—unkllown—linux—gcc
　　CPP=／opt／host／army41／bin／armv41—unknown—linux—g++

　　此后直接在Boa／src目錄下執(zhí)行make即可生成Boa可執(zhí)行文件。將其復(fù)制到ramdisk加載mount的目錄的bin里面后，等一同加入配置文件和HTML/CGI文件后，重做ramdisk即可。

配置文件Boa．conf的編制見(jiàn)下。

需要說(shuō)明的是，Linux下的應(yīng)用程序的配置都是以配置文件的形式提供的，～般都是放在目標(biāo)板／ete／目錄下或者／ctc／config目錄下，但Boa 的配置文件Boa．conf一般都放置在目標(biāo)板／home／httpd／目錄下。本系統(tǒng)Boa.conf文件的編寫(xiě)程序?yàn)椋?br />   
　　ServerName S A M S U N G—A R M
　　DocumentRoot／home／httpd／cgi—bin／
　　ScfiptAlias／index．html／home／httpd／html／index.html

　　它指定了HTML頁(yè)面index.html必須放／home／httpd／html目錄下，CGI可執(zhí)行文件必須放到／home／httpd／cgi～bin目錄下。

　　2.2 CGI程序技術(shù)原理

　　CGI(Common Gateway Interface)是外部擴(kuò)展應(yīng)用程序與WWW服務(wù)器交互的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。按照CGI標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)的外部擴(kuò)展應(yīng)用程序可以處理客戶(hù)端瀏覽器輸入的數(shù)據(jù)，從而完成客戶(hù)端與服務(wù)器的交互操作。而CGI規(guī)范定義了Web服務(wù)器如何向擴(kuò)展應(yīng)用程序發(fā)送消息，在收到擴(kuò)展應(yīng)用程序的信息后又如何進(jìn)行處理等內(nèi)容。通過(guò) CGI可以提供許多靜態(tài)的Html網(wǎng)頁(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。其www與CGI的工作原理如下。

　　HTTP協(xié)議是WWW的基礎(chǔ)，它基于客戶(hù)／服務(wù)器模型。一個(gè)服務(wù)器可以為分布在網(wǎng)絡(luò)各處的客戶(hù)提供服務(wù)。它是建立在TCP／IP協(xié)議之上的“無(wú)連接”協(xié)議。每次連接只處理一個(gè)請(qǐng)求。當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，便創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程為用戶(hù)的連接服務(wù)。根據(jù)請(qǐng)求的不同，服務(wù)器會(huì)返回HTML文件或通過(guò)CGI凋用外部應(yīng)用程序，返回處理結(jié)果。服務(wù)器通過(guò)CGI與外部程序和腳本之問(wèn)進(jìn)行交互，根據(jù)客戶(hù)端在進(jìn)行請(qǐng)求時(shí)所采取的方法，服務(wù)器會(huì)收集客戶(hù)所提供的信息，并將該部分信息發(fā)送給指定的CGI擴(kuò)展程序。CGI擴(kuò)展程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理并將結(jié)果返回服務(wù)器。服務(wù)器對(duì)信息進(jìn)行分析后，將結(jié)果發(fā)送網(wǎng)客戶(hù)端。

　　外部CGI程序與www服務(wù)器進(jìn)行通信、傳遞有關(guān)參數(shù)和處理結(jié)果是通過(guò)環(huán)境變量、命令行參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)輸入來(lái)進(jìn)行的。服務(wù)器提供了客戶(hù)端(瀏覽器)與CGI擴(kuò)展程序之問(wèn)的信息交換的通道?？蛻?hù)的請(qǐng)求通過(guò)服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)輸出傳送給CGI的標(biāo)準(zhǔn)輸入。CGI對(duì)信息進(jìn)行處理后，會(huì)將結(jié)果發(fā)回到它的標(biāo)準(zhǔn)輸入，然后由眼務(wù)器將處理結(jié)果發(fā)送給客戶(hù)端。

　　2.3 CGI外部擴(kuò)展程序的編制

　　服務(wù)器程序可以通過(guò)三種途徑接收信息：環(huán)境變量、命令行和標(biāo)準(zhǔn)輸入。具體使用哪一種方法要由標(biāo)簽的Method屬性來(lái)決定。在“Method=GET”時(shí)，向CGI程序傳遞表單編碼信息的正常做法是通過(guò)命令來(lái)進(jìn)行的。

　　大多數(shù)表單編碼信息都是通過(guò)Qucry-String的環(huán)境變量來(lái)傳遞的。如果“Method=POST”，表單信息將通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)輸入來(lái)讀取。還有一種不使用表單就可以向CGI傳送信息的方法。那就是把信息直接追回在URL地址后面，信息和URL之間用問(wèn)號(hào)(?)來(lái)分隔。本測(cè)控系統(tǒng)采用的是GET方法。下面是遠(yuǎn)程控制LED閃爍快慢的程序。其網(wǎng)頁(yè)如下頁(yè)圖3，其程序如下。
   
　　 ；LED測(cè)試 　　 　　

＜input type=“radio”name=“speed”value=“show”checked＞慢速
　　

＜input type=“radio”name=“speed”value=“normal”＞中速
　　

＜input type=“radio”name=“speed”value=“rast”＞高速
　　

＜input type=“submit”value=確定“name=”submit＞

　　
　　其中l(wèi)eds.cgi程序如下：
　　#! /bin/sh
　　Period=1+case $QUERY-STRING in
　　*slow*）
　　period=0.25
　　；；
　　* normal *)
　　period = 0.125
　　；；
　　* fast *
　　period=0.0625+；；
　　*fast * ) + period =0.0626
　??；；
　　esac
　　/bin/echo $ period ? /tmp/led-control//通過(guò)Query_String的環(huán)境變量傳遞給應(yīng)用程序。
　　echo “Content-type:texe/html；charset=gb2312”
　　echo
　　/bin/cat led =result.template
　　exit 0
　　
　　led—control是編譯好的可執(zhí)行的應(yīng)用程序，通過(guò)led驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的控制。因?yàn)镾3C2410有MMU，所以通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)對(duì)硬件控制需要驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。其數(shù)據(jù)采集部分也類(lèi)似，不再單獨(dú)說(shuō)明。

　　　　圖3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　　　3、測(cè)試結(jié)果
　　
　　首先建立好基于S3C2410嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境，把編譯好的booloader、嵌入式linux內(nèi)核和ramdisk燒人Flash中，然后起動(dòng)Boa服務(wù)器，在PC機(jī)的瀏覽器上輸人嵌入式系統(tǒng)的IP地址，即顯示出如圖3的網(wǎng)頁(yè)。通過(guò)點(diǎn)擊慢速、中速和高速，再點(diǎn)擊確定，測(cè)控板上LED的閃爍由慢變快，圓滿(mǎn)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
  
　　4、結(jié)論
　　
　　找們開(kāi)發(fā)的基于ARMLinux的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，在真正意義上實(shí)現(xiàn)了通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)控。它具有一般通用平臺(tái)性能，特別適合實(shí)時(shí)性要求不很強(qiáng)的家電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和遠(yuǎn)程工業(yè)控制。當(dāng)然隨著硬件和網(wǎng)絡(luò)速度提高及操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的改善，將會(huì)大大提高此測(cè)控系統(tǒng)的性能，因此有很好的應(yīng)用前景。