基于Linux系統(tǒng)的嵌入式工控量熱儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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現(xiàn)在大多數(shù)的發(fā)電廠(chǎng)、煤炭礦廠(chǎng)以及各大小級(jí)別實(shí)驗(yàn)室中所使用的工控量熱儀都是這樣的一個(gè)框架：完成儀器試驗(yàn)測(cè)試控制的下位機(jī)控制模塊；提供人機(jī)交互，傳輸和接收命令、數(shù)據(jù)的上位機(jī)模塊；以及兩模塊間的連接通信設(shè)備。在此系統(tǒng)中下位機(jī)通常使用的是單片機(jī)來(lái)完成對(duì)試驗(yàn)儀器的控制，并負(fù)責(zé)從通信設(shè)備 usb68013接收到數(shù)據(jù)，提取相應(yīng)的試驗(yàn)控制命令來(lái)控制儀器試驗(yàn)。這里主要討論的是系統(tǒng)上位機(jī)的構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)，對(duì)下位機(jī)不做進(jìn)一步的討論了。那么對(duì)于系統(tǒng)的上位機(jī)通常的做法就是使用 pc機(jī)，當(dāng)然，通用 pc機(jī)有著豐富的資源，不管是它的 cup時(shí)鐘頻率、內(nèi)存資源、以及對(duì)系統(tǒng)各種軟硬件管理的能力等，都有著其它替代品不可比擬的優(yōu)勢(shì)。但是，使用 pc作為設(shè)備的上位機(jī)，一個(gè)昀大的缺點(diǎn)就是它體積大、不便攜等，同時(shí)，隨著儀器生產(chǎn)商為了能降低生產(chǎn)成本，因此，在能完成儀器整體功能的同時(shí)，極力的去尋找使儀器體積小、便攜、近似 pc機(jī)功能的上位機(jī)系統(tǒng)。因此，基于 arm嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于這樣的儀器上就是個(gè)非常好的方案。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
嵌入式工控量熱儀必須要在追求儀器設(shè)備體積小、便攜的基礎(chǔ)上，力求實(shí)現(xiàn)原來(lái)量熱儀設(shè)備相應(yīng)的功能，因此，得到下面幾點(diǎn)設(shè)計(jì)方案：
①使用主頻盡可能高的微處理芯片，同時(shí)具有很好的內(nèi)存管理功能；
②對(duì)于片上資源和各種外設(shè)的接口的擴(kuò)展。考慮到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、內(nèi)核、文件系統(tǒng)、圖形庫(kù)及應(yīng)用程序在系統(tǒng)中所占資源，選用合適的 Flash閃存和 SDRAM；同時(shí)，與外圍儀器的連接通信擴(kuò)展出一個(gè) USB Host接口、一個(gè)網(wǎng)口 RJ45、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口等；
③為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和儀器的便攜，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)出觸摸屏式高級(jí)用戶(hù)交互圖形操作界面；
2.1系統(tǒng)硬件框架圖
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/152018.htm
如上圖，系統(tǒng)上位機(jī)中使用的微處理芯片是三星公司的 arm920T S3C2410A；Flash存儲(chǔ)器采用 Samsung公司的 K9F1208U0M Nand Flash存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)容量為 64MB，這種非易失性存儲(chǔ)器是高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的理想解決方案，它能擦寫(xiě)一百多萬(wàn)次，具有很長(zhǎng)的使用壽命； SDRAM存儲(chǔ)器采用 HY57V561620CT,在此使用兩塊，每塊大小為 32MB；為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交
互，以及從系統(tǒng)便攜等方面考慮，系統(tǒng)使用了觸摸屏，當(dāng)然還擴(kuò)展出串口、網(wǎng)口等，以上就是整個(gè)系統(tǒng)上位機(jī)的硬件框架。上位機(jī)和下位機(jī)間的通信設(shè)備使用的是 EZ-USB68013，它負(fù)責(zé)從上位機(jī)接受數(shù)據(jù)和命令，并把下位機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及各種狀態(tài)返回到上位機(jī)，而它在 linux下驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)和移植留到下面再討論。
2.2系統(tǒng)上位機(jī)軟件組成
針對(duì)上面所討論的系統(tǒng)硬件構(gòu)成，以及系統(tǒng)所要完成的功能，下面對(duì)系統(tǒng)上位機(jī)的軟件組成進(jìn)行討論。如下是系統(tǒng)上位機(jī)的軟件組成：
2.2.1嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與移植
在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中內(nèi)核的配置和移植是非常重要的，本系統(tǒng)使用的是韓國(guó) mizi公司免費(fèi)提供的嵌入式 linux操作系統(tǒng)，本操作系統(tǒng)體積小、方便剪裁，同時(shí)它又包含了現(xiàn)有使用的大部分外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，因此，使用此操作系統(tǒng)可以降低開(kāi)發(fā)成本、加快系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。Arm-linux嵌入式操作系統(tǒng)的移植主要包括如下幾步：①建立交叉編譯環(huán)境。交叉編譯環(huán)境的建立是進(jìn)行 arm嵌入式項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，它的搭建主要需要三個(gè)軟件包：binutils、 gcc、glibc。其中 binutils主要用于生成一些輔助工具，如 objdump、as、ld等；gcc是用來(lái)生成交叉編譯器 arm-linux-gcc；glibc主要提供用戶(hù)程序所使用的一些基本的函數(shù)庫(kù)。當(dāng)然，交叉環(huán)境的搭建是比較復(fù)雜的，很多步驟都涉及到硬件平臺(tái)的選擇，因此，本系統(tǒng)使用的是成都博睿公司所提供的交叉編譯器，而對(duì)交叉環(huán)境的具體搭建這里就不作進(jìn)一步的討論了。
②修改配置文件，配置內(nèi)核。修改配置文件使系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)掛載 devfs文件系統(tǒng)，配置內(nèi)核使內(nèi)核支持 yaffs文件系統(tǒng)。③根據(jù)系統(tǒng)需求添加相應(yīng)的外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。本系統(tǒng)中使用了 EZ-usb68013來(lái)實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信，那么就必須要在上位機(jī)中添加該通信設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。如下是在嵌入式 linux操作系統(tǒng)中 EZ-usb68013設(shè)備驅(qū)動(dòng)添加的步驟：首先，通過(guò)修改內(nèi)核中/driver/usb下的 usb-skelon.c文件，在 usb-skelon.c中添加 EZ-usb68013設(shè)備的 PID和 VID,并修改該目錄下的 config.in和 Makefile文件，各添加一行內(nèi)容，分別為：“dep_tristate ' USB 68013 driver support' CONFIG_USB_68013 $CONFIG_USB”和 “obj-$(CONFIG_USB_68013)+= usb68013.o”，這樣就把 EZ-USB68013設(shè)備驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn) Linux內(nèi)核(當(dāng)昀后系統(tǒng)啟動(dòng)后,在/dev/usb下出現(xiàn) EZ-usb68013的設(shè)備節(jié)點(diǎn) skel0)；然后，選中內(nèi)核對(duì)應(yīng)的配置選項(xiàng)，編譯后生成內(nèi)核的移植鏡像文件。
評(píng)論