基于嵌入式Linux和．Arm的遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊的設(shè)計

 引言
    嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。其中基于嵌入式Linux的遠(yuǎn)程配置模塊的設(shè)計越來越得到人們的關(guān)注。通過基于嵌入式Linux的遠(yuǎn)程配置模塊設(shè)計，遠(yuǎn)程專家和相關(guān)技術(shù)人員可以從Internet網(wǎng)上任意節(jié)點對服務(wù)器端所連接的設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控．并執(zhí)行操作的修改。
    系統(tǒng)的主要功能是通過計算機可使遠(yuǎn)程專家和相關(guān)技術(shù)人員在異地通過系統(tǒng)的客戶器端監(jiān)控多臺設(shè)備的運行狀態(tài)。系統(tǒng)在設(shè)備端的服務(wù)器端不僅僅承擔(dān)一些實時檢測系統(tǒng)狀態(tài)的任務(wù)．而且需要把這些記錄信息進(jìn)行保存，并對客戶端軟件發(fā)出的請求進(jìn)行相應(yīng)的處理，系統(tǒng)在硬件上擴展了網(wǎng)卡模塊、輸入輸出信號接口等模塊，以滿足遠(yuǎn)程控制的需求。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    本系統(tǒng)采用三星公司．ARM7TDMI核心的S3C44BOX作為微處理器芯片，系統(tǒng)硬件框架結(jié)構(gòu)圖如圖l所示，其電路原理圖如圖2所示。

1．1 存儲模塊設(shè)計
    系統(tǒng)的FLASH采用的是HY29LV160，容量大小為2M字節(jié)，充當(dāng)S3C44BOX的程序存儲器，其內(nèi)部存放啟動代碼、uclinux內(nèi)核、以太網(wǎng)MAC地址以及應(yīng)用程序等。HY29LV160的單片存儲容量為16M位(2 M字節(jié))，工作電壓為2．7 V～3．6 V，采用48腳TSOP封裝或48腳FBGA封裝，16位數(shù)據(jù)寬度，可以以8位(字節(jié)模式)或16位(字模式)數(shù)據(jù)寬度的方式工作。在本系統(tǒng)設(shè)計過程中，考慮到uclinux操作系統(tǒng)帶應(yīng)用程序的最大容量不會超過l_7 MB，因此，F(xiàn)LASH采用大小為2MB的FLASH存儲器就可以滿足系統(tǒng)的需求。DRAM采用的是HY57V641620，用于設(shè)置程序堆棧和存放各種變量。HY57V641620存儲容量為4組x 16 M位(8 M字節(jié))，工作電壓為3．3 V，根據(jù)系統(tǒng)需求，可構(gòu)建16位或32位的SDRAM存儲器系統(tǒng)．但為充分發(fā)揮32位CPU的數(shù)據(jù)處理能力，系統(tǒng)采用32位的SDRAM存儲器系統(tǒng)，共16 MB的SDRAM空間，可滿足嵌入式操作系統(tǒng)及各種相對較復(fù)雜的算法的運行要求。
1．2 網(wǎng)絡(luò)接口模塊設(shè)計
    系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用的是RTL8019AS。它是一款10 M以太網(wǎng)芯片，能夠為系統(tǒng)提供以太網(wǎng)的接入。RTL8019AS數(shù)據(jù)總線寬度為16位。因此設(shè)計中將IOCS16B引腳上拉。RTL8Ol9AS內(nèi)部集成了兩塊RAM。一塊16 kB，地址為0x4000—7FFF；一塊32字節(jié)，地址為0x0000一Ox001F。16 k的RAM用作收發(fā)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，一般將0x4000—0x46FF作為發(fā)送緩沖區(qū)，0x4700—0x7FFF作為接收緩沖區(qū)。RTL8019的中斷輸出INTO與S3C44BOX的EINTO端相連。這樣可以通過處理器的外部中斷O來報告CPURTL8019AS目前所執(zhí)行的操作，如發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，錯誤異常等等。系統(tǒng)可以通過查詢RTL8019內(nèi)部寄存器ISR的值．從而得到系統(tǒng)所處的運行狀態(tài)進(jìn)行讀取。[!--empirenews.page--]I0S2上拉，其它懸空，當(dāng)RTL8019AS的引腳懸空時，引腳的輸入狀態(tài)為低電平，里面有一個100 kΩ的下拉電阻，因此IOSO，IOSI，I0S3均為低電平，芯片的I／0基址是200H。片選AEN接處理器的nGCS5也就是Bank5，因此RTL8019在系統(tǒng)中分配的地址范圍為：0xoa000000—0xoc000000。由于數(shù)據(jù)總線寬度為16位，處理器的A1連接8019的SA0，因此對于處理器來說RTL8019AS的I／0基址是0XOA000400H。20F001是網(wǎng)卡濾波器，內(nèi)部包含一對低通濾波器和一對隔離變壓器．直接與RJ45的水晶插座連接。

2 系統(tǒng)軟件平臺的構(gòu)建
    uclinux經(jīng)過對標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核的改動，形成了一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，但uclinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、對各種文件系統(tǒng)完備的支持，以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API，適合遠(yuǎn)程配置模塊的建立。因此，遠(yuǎn)程配置模塊以uclinux為基礎(chǔ)，建立系統(tǒng)的軟件平臺。
    系統(tǒng)采用GNU的套件arm-elf工具鏈：arm—elf-tools-20030314．sh建立對uclinux進(jìn)行編譯的交叉環(huán)境。將arm-elf-tools-20030314．sh拷貝到根目錄，運行安裝：
    sh arm-elf-tools-20030314．sh即可對uclinux進(jìn)行編譯和移植了
    交叉編譯成功后，在uClinux-dist／目錄下產(chǎn)生images目錄，其中包含的3個二進(jìn)制文件文件image．ram，image．rom和romfs．img。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)的軟件是實現(xiàn)遠(yuǎn)程配置模塊的核心，首先編寫bootloader的過程，以優(yōu)化系統(tǒng)在開發(fā)板上的執(zhí)行，然后實現(xiàn)了應(yīng)用程序以及設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)。應(yīng)用程序的開發(fā)主要是基于Socket應(yīng)用程序的編寫。在socket的實現(xiàn)過程中．本系統(tǒng)采用了xml文件配置設(shè)備驅(qū)動參數(shù)。
3．1 Bootloader的設(shè)計
    Bootloader的設(shè)計主要是為了在系統(tǒng)上電復(fù)位之后，將系統(tǒng)程序執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)內(nèi)核的執(zhí)行地點。針對這個主要的功能，必須對微處理器的內(nèi)核以及其他部分進(jìn)行初始化以及其它的功能擴展，Bootloader它主要完成了以下幾個過程：
    (1)建立中斷向量表
    (2)初始化各種處理器模式
    (3)引入特殊變量
    (4)初始化memory
    (5)代碼復(fù)制
    完成了系統(tǒng)的硬件初始化過程后，將CPU使用權(quán)交給
了操作系統(tǒng)，從而完成了．Bootloader的最終目的。
3．2設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)
Linux對設(shè)備的操作Linux系統(tǒng)訪問設(shè)備就像訪問文件
—樣。例如打開設(shè)備使用系統(tǒng)調(diào)用open()，關(guān)閉設(shè)備使用系