基于ARMlinux的嵌入式远程测控系统设计

2007年03月24日

前言

目前,大多数远程测控系统中,系统的硬件采用8／16位的单片机,软件多采用汇编语言编程,该编程仅包含一个简单的循环处理的控制流程；单片机与单片机(或上位机)之间的通信通过RS232、RS485或CAN总线来组成局域网,再用Pc机作为Web服务器,与Internet进行通讯。这样的远程测控设备成本高、体积大、速度慢、功耗大。现在,32位嵌入式CPU价格已下降,性能指标也有提高,为嵌入式系统的广泛应用提供了可能性。基于上述情况,我们将嵌入式系统应用于远程测控系统,大大提高了测控系统的性能,同时降低了成本和功耗,体积也大大减小。

嵌入式系统一般应用嵌入式操作系统来开发。在嵌入式操作系统的选择上,由于Linux有完整开放的源代码,因而它具有修改和优化系统、内核稳定、适用于多种CPU和多种硬件平台、支持网络等特点,所以选择Linux作为嵌入式操作系统较好。本文提出的基于ARMlinux的嵌入式远程测控系统不仅能够实现本地数据采集与控制,还能实现远程测控任务。

1、硬件系统

硬件系统如图1。S3C2410包含一个16／32-bit的Risc(ARM920T)的CPU内核,主频200Hz,内部含有8通道1O位AD转换器和大量的I／O口、LCD控制器等丰富接口,能运行Ucosll、ARMlinux和Wince嵌入式操作系统,DM 9OOO是10M／100M以太网接口控制芯片。本硬件系统结构简单,成本低,不需要Pc机就可直接接入Internet。

图1 硬件系统框图

2、软件系统

嵌入式操作系统是整个嵌入式系统的核心。本系统选择ARMlinux系统。由于嵌入式系统的存储容量很小,因此要把ARMLinux操作系统装入有限的存储器内,就要对它进行裁剪。很多资料对此都有论述,这里就不再累述。下面主要介绍基于操作系统上的远程测控软件设计。其体系结构如图2。

图2 软件结构图

2.1 基于Boa的Web服务器

嵌入式linux主要有三个web Server:Hapd、Thttpd和Boa。Httpd是最简单的一个web Server。它的功能最弱,不支持认证,不支持CG1。Thttpd和Boa都支持认证、CGI等,功能都比较全。Boa是一个单任务的小型Httpd服务器,源代码开放、性能优秀,特别适合应用在嵌入式系统中。下面介绍Boa的移植与编译。

对于有MMU嵌入式linux,把Boa下载到Redhat宿主机上后,解压到任意目录,再修改Boa／src／Makefde里面的编译器。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目录下执行make即可生成Boa可执行文件。将其复制到ramdisk加载mount的目录的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的编制见下。

需要说明的是,Linux下的应用程序的配置都是以配置文件的形式提供的,～般都是放在目标板／ete／目录下或者／ctc／config目录下,但Boa的配置文件Boa．conf一般都放置在目标板／home／httpd／目录下。本系统文件的编写程序为:

ServerName S A M S U N G—A R M

DocumentRoot／home／httpd／cgi—bin／

ScfiptAlias／index．html／home／httpd／html／

它指定了HTML页面必须放／home／httpd／html目录下,CGI可执行文件必须放到／home／httpd／cgi～bin目录下。

2.2 CGI程序技术原理

CGI(Common Gateway Interface)是外部扩展应用程序与WWW服务器交互的一个标准接口。按照CGI标准编写的外部扩展应用程序可以处理客户端浏览器输入的数据,从而完成客户端与服务器的交互操作。而CGI规范定义了Web服务器如何向扩展应用程序发送消息,在收到扩展应用程序的信息后又如何进行处理等内容。通过CGI可以提供许多静态的Html网页无法实现的功能。其www与CGI的工作原理如下。

HTTP协议是WWW的基础,它基于客户／服务器模型。一个服务器可以为分布在网络各处的客户提供服务。它是建立在TCP／IP协议之上的“无连接”协议。每次连接只处理一个请求。当一个请求到来时,便创建一个子进程为用户的连接服务。根据请求的不同,服务器会返回HTML文件或通过CGI凋用外部应用程序,返回处理结果。服务器通过CGI与外部程序和脚本之问进行交互,根据客户端在进行请求时所采取的方法,服务器会收集客户所提供的信息,并将该部分信息发送给指定的CGI扩展程序。CGI扩展程序对信息进行处理并将结果返回服务器。服务器对信息进行分析后,将结果发送网客户端。

外部CGI程序与www服务器进行通信、传递有关参数和处理结果是通过环境变量、命令行参数和标准输入来进行的。服务器提供了客户端(浏览器)与CGI扩展程序之问的信息交换的通道。客户的请求通过服务器的标准输出传送给CGI的标准输入。CGI对信息进行处理后,会将结果发回到它的标准输入,然后由眼务器将处理结果发送给客户端。

2.3 CGI外部扩展程序的编制

服务器程序可以通过三种途径接收信息:环境变量、命令行和标准输入。具体使用哪一种方法要由<FORM>标签的Method属性来决定。在“Method=GET”时,向CGI程序传递表单编码信息的正常做法是通过命令来进行的。

大多数表单编码信息都是通过Qucry-String的环境变量来传递的。如果“Method=POST”,表单信息将通过标准输入来读取。还有一种不使用表单就可以向CGI传送信息的方法。那就是把信息直接追回在URL地址后面,信息和URL之间用问号(?)来分隔。本测控系统采用的是GET方法。下面是远程控制LED闪烁快慢的程序。其网页如下页图3,其程序如下。

<hl align =“center”>&nbsp；LED测试</hl>

<form method=“get”action=“”name=”LED—TEST”)

<p align=“center”>慢速

<p align=“center”>中速

</td>

<p align=“center”>高速

</table>

</div>

</from>

其中程序如下:

#! /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//通过Query_String的环境变量传递给应用程序。

echo “Content-type:texe/html；charset=gb2312”

echo

/bin/cat led =te

exit 0

led—control是编译好的可执行的应用程序,通过led驱动来实现对LED的控制。因为S3C2410有MMU,所以通过操作系统来对硬件控制需要驱动程序来实现。其数据采集部分也类似,不再单独说明。

图3 实验结果

3、测试结果

首先建立好基于S3C2410嵌入式开发环境,把编译好的booloader、嵌入式linux内核和ramdisk烧人Flash中,然后起动Boa服务器,在PC机的浏览器上输人嵌入式系统的IP地址,即显示出如图3的网页。通过点击慢速、中速和高速,再点击确定,测控板上LED的闪烁由慢变快,圆满实现了设计目标。

4、结论

找们开发的基于ARMLinux的远程测控系统,在真正意义上实现了通过互联网进行远程测控。它具有一般通用平台性能,特别适合实时性要求不很强的家电网络监控和远程工业控制。当然随着硬件和网络速度提高及操作系统实时性的改善,将会大大提高此测控系统的性能,因此有很好的应用前景。

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