STM32F107VC的嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件應(yīng)用ARM公司的RL-ARM中間件，實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)實(shí)時(shí)處理、網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用層程序及大容量文件系統(tǒng)。前文已述的物理層接口芯片(PHY)DP83848和STM32F107VC內(nèi)部集成的網(wǎng)絡(luò)控制器(MAC)分別實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)傳輸模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，通過(guò)RL-ARM中間件提供的TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了傳輸層的TCP、UDP通信以及HTTP服務(wù)。通過(guò)RL-RTX實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)任務(wù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行與任務(wù)間通信。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2.1 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信模塊設(shè)計(jì)

為了保證數(shù)據(jù)與命令傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性，將網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信程序分為三個(gè)子任務(wù)：數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與處理任務(wù)、信息智能上傳任務(wù)、命令執(zhí)行任務(wù)。

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與處理任務(wù)掃描GPIO端口讀取開(kāi)關(guān)信號(hào)，完成狀態(tài)監(jiān)測(cè)任務(wù);通過(guò)處理器內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換控制器采集現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)軟件濾波、量化等處理之后，得到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù);通知信息上傳任務(wù)提取現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息。

系統(tǒng)通信命令分為兩類(lèi)：一類(lèi)命令為控制命令，用于控制智能終端控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，采用面向連接的TCP傳輸協(xié)議;另一類(lèi)命令為查詢(xún)命令，用于監(jiān)控中心軟件查詢(xún)智能終端系統(tǒng)的配置信息，采用簡(jiǎn)單、輕量級(jí)的UDP傳輸協(xié)議。命令執(zhí)行任務(wù)開(kāi)啟網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)后，當(dāng)收到TCP連接跡打開(kāi)接收命令網(wǎng)絡(luò)端口(系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用9003端口)，與監(jiān)控中心服務(wù)器建立TCP連接，收到控制命令后，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，如打開(kāi)或關(guān)閉繼電器;當(dāng)收到UDP包時(shí)，打開(kāi)端口，接收查詢(xún)命令，根據(jù)命令讀取配置信息，使用UDP傳輸協(xié)議發(fā)送給監(jiān)控中心通信服務(wù)器。

網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信模塊依托RL-ARM中間件系統(tǒng)提供的Sockets底層庫(kù)，基于傳輸層協(xié)議TCP和UDP，實(shí)現(xiàn)自定義網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀通信協(xié)議的發(fā)送和接收。

2.2 遠(yuǎn)程配置服務(wù)模塊設(shè)計(jì)

基于RL-ARM中間件系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層HTTP服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)智能終端遠(yuǎn)程配置的功能。管理員使用任一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可訪問(wèn)智能終端系統(tǒng)的遠(yuǎn)程配置界面，經(jīng)過(guò)密碼認(rèn)證后，就可以對(duì)智能終端的參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置、查看系統(tǒng)狀態(tài)、對(duì)遠(yuǎn)端站點(diǎn)進(jìn)行手工控制等。

用HTML(Hyper Text Mark-up Language)和JavaScript語(yǔ)言設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程配置服務(wù)界面，包括主界面、控制參數(shù)配置界面、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置界面、通信參數(shù)配置界面、數(shù)字通道狀態(tài)監(jiān)控界面、模擬通道狀態(tài)界面、用戶(hù)登錄管理界面、手動(dòng)控制狀態(tài)界面和數(shù)據(jù)文件上傳界面。主界面如圖6所示。

控制參數(shù)配置界面用于修改和查詢(xún)系統(tǒng)預(yù)存儲(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境臨界參數(shù);網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置界面用于修改和查詢(xún)智能終端系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)，如本機(jī)IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)IP地址等;通信參數(shù)配置界面用于修改和查詢(xún)通信主機(jī)IP地址、各通信任務(wù)的端口地址等參數(shù);數(shù)字通道狀態(tài)監(jiān)控界面用于對(duì)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量輸入通道的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè);模擬通道狀態(tài)界面用于對(duì)系統(tǒng)模擬量輸入通道的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè);用戶(hù)登錄管理界面用于設(shè)置和查詢(xún)系統(tǒng)管理員ID和密碼;手動(dòng)控制狀態(tài)界面用于對(duì)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)操作和測(cè)試;數(shù)據(jù)文件上傳界面可以將系統(tǒng)本地存儲(chǔ)的臨時(shí)數(shù)據(jù)文件上傳至管理員計(jì)算機(jī)。

2.3 本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件設(shè)計(jì)分為24LC64(EEPROM)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在ST公司發(fā)布的I2C總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了24LC64驅(qū)動(dòng)程序，包括單字節(jié)讀/寫(xiě)函數(shù)，按頁(yè)讀/寫(xiě)函數(shù)和隨機(jī)讀/寫(xiě)函數(shù)。

本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)程序的另一個(gè)重要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)基于SD卡的文件系統(tǒng)，目的是將網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)的數(shù)據(jù)以文件格式保存，供網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)或操作員現(xiàn)場(chǎng)讀取。利用RL-ARM中間件系統(tǒng)提供的文件系統(tǒng)模塊，建立SD卡文件系統(tǒng)，可以兼容FAT32格式文件，支持TFTP服務(wù)對(duì)文件的存取。由于系統(tǒng)硬件使用SPI總線(xiàn)連接SD卡，軟件采取數(shù)據(jù)流方式對(duì)SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作，文件系統(tǒng)依賴(lài)DMA(Direct Memory Access)，所以在初始化程序中應(yīng)加入DMA的參數(shù)設(shè)置。

結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端具有以下特點(diǎn)：

①以STM32網(wǎng)絡(luò)處理器為核心，充分利用其集成的外設(shè)單元，實(shí)現(xiàn)了低成本的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，能夠?qū)o(wú)人值守機(jī)電設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。

②基于RL-ARM的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息同步上傳、智能報(bào)警信息上傳、通信命令執(zhí)行子任務(wù)的獨(dú)立運(yùn)行，保證了智能終端與遠(yuǎn)程主機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性。

③設(shè)計(jì)了基于HTTP的WebServer遠(yuǎn)程配置服務(wù)和基于TFTP的網(wǎng)絡(luò)文件傳送服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能終端的遠(yuǎn)程配置和管理。

④在SD卡上實(shí)現(xiàn)了智能終端的本地文件系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)異常情況時(shí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了保證。