基于uClinux的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
作者Email: xiangziyu9942064@163.com
摘要：隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展和市場需求的變化，工業(yè)設備實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理控制已經(jīng)成為一種必然趨勢。本文介紹了基于uClinux的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)方法，并對組播技術加以討論。
關鍵詞：uClinux s3c44b0x 溫度監(jiān)控 組播技術
引言
當今社會已經(jīng)進入數(shù)字信息技術和網(wǎng)絡技術高速發(fā)展的后pc（post－pc）時代，嵌入式設備已經(jīng)滲透到各個領域，逐漸向著網(wǎng)絡化方向發(fā)展，如視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡攝像頭、遠程控制、信息家電等都離不開嵌入式設備與網(wǎng)絡的結合。
目前，國內(nèi)的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)主要是用單片機和pc終端完成，單片機將采集到數(shù)據(jù)的經(jīng)串口發(fā)送到pc機，pc機將數(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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程采集。這種方式依賴于pc機，不靈活、不穩(wěn)定、功耗高，采用ARM架構的微處理器為核心的嵌入式單元作為獨立的終端實現(xiàn)的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，具有體積小、價格低、功耗低、穩(wěn)定可靠的特點，可用于遠程監(jiān)控、教學實驗等。
1.系統(tǒng)的硬件組成
本文描述的遠程溫度監(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和存儲芯片實現(xiàn)遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺，在該平臺上移植了uClinux操作系統(tǒng),并編寫驅(qū)動程序和應用程序，實現(xiàn)溫度的遠程監(jiān)控。uClinux操作系統(tǒng)內(nèi)核穩(wěn)定、支持多種微處理器、網(wǎng)絡功能強大、源碼公開、可剪裁、使用成本低，這些特點使得開發(fā)的難度和成本大大降低。
圖1為遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)硬件框圖，以s3c44b0為核心，外圍擴展一系列功能模塊。有4*4鍵盤及LCD顯示構成良好的人機界面，用于本地參數(shù)的查詢和設定。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目，是標準linux的一個分支，它專門針對沒有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／目標機模式。在宿主機上運行l(wèi)inux，安裝交叉編譯調(diào)試軟件，對uClinux源代碼進行修改、配置、編譯、調(diào)試，最終下載到目標機上運行。
* A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序的實現(xiàn)
設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機器硬件之間的接口。設備驅(qū)動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié)，這樣在應用程序看來，硬件設備只是一個設備文件，應用程序可以通過相應的系統(tǒng)調(diào)用，像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。
數(shù)據(jù)采集驅(qū)動采用中斷方式，當系統(tǒng)進入中斷處理時，中斷處理進程喚醒在睡眠隊列ADC_WAIT上的讀進程，在讀進程中拷貝AD轉(zhuǎn)換的結果到用戶空間，實現(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:/* 設置預分頻值 */
{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)絡功能的實現(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)絡進行傳輸。由于在應用中，，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)同時發(fā)給多個用戶，因此采用組播放式，利用組播技術實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的收發(fā)過程可由圖2來形象地進行說明
* 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) 允許對同一地址綁定多次
setsocketopt(Multisock,SOL_AOCKET,SO_REUSEADDR,(char *)&bFlag,sizeof(bFlag));
6) 設置組播地址和端口
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，不詳細說明，圖3為PC端溫度數(shù)據(jù)采集波形圖
圖3
3.結論
本文設計制作的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，設計思想的新穎之處是再網(wǎng)絡通訊中采用組播技術，大大降低了網(wǎng)絡流量，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)絡化工業(yè)管理控制中有著廣闊的應用前景。
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