基于ARM9和Linux的電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)

　　通信接口模塊：包括以太網(wǎng)接口、U SB 接口以及RS 232 接口，完成數(shù)據(jù)通訊和流量傳輸功能。

　　調(diào)試接口模塊：由JT AG 調(diào)試接口和DBCOM 調(diào)試串口組成。

　　軟件子系統(tǒng)由引導(dǎo)加載程序（ Boot Loader） 、嵌入式Linux 操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成。嵌入式Linux 的啟動(dòng)需要引導(dǎo)加載程序來輔助完成，Linux、內(nèi)核主要由進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)管理、設(shè)備控制及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等幾個(gè)部分，為應(yīng)用軟件提供了運(yùn)行環(huán) 境。圖中的硬件設(shè)備控制提供了硬件平臺(tái)中相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)與硬件之間的信息交互和控制，而系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用為L(zhǎng)inux 內(nèi)核和應(yīng)用軟件之間的信息交互提供了接口。

　　2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　基于低頻三值矩形波勵(lì)磁的電磁流量計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。其中，CPU 核心模塊是系統(tǒng)軟件的運(yùn)行基礎(chǔ)，F(xiàn)LASH 存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)可執(zhí)行程序的二進(jìn)制映像文件，供系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)加載到SDRAM 內(nèi)存空間運(yùn)行； 由于硬件系統(tǒng)的復(fù)雜性，調(diào)試模塊加強(qiáng)了硬件系統(tǒng)的調(diào)試功能； 流量傳感器由一對(duì)勵(lì)磁線圈和一對(duì)對(duì)稱分布的檢測(cè)電極構(gòu)成。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　ARM9 處理器通過與其相連的D/ A 芯片產(chǎn)生低頻三值矩形波，勵(lì)磁線圈接受該低頻三值矩形波經(jīng)功率放大后的勵(lì)磁信號(hào)而產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，在電極上產(chǎn)生因流體切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（ 即測(cè)量信號(hào)） ，并將之送入信號(hào)輸入模塊進(jìn)行處理，信號(hào)輸入模塊對(duì)流量傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波及A/ D 采樣后輸入ARM9 處理器。系統(tǒng)由TFT 液晶顯示屏提供人性化的菜單顯示操作界面，結(jié)合鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互； 同時(shí)具有以太網(wǎng)、USB 和RS 232 通信接口可輸出瞬時(shí)流量、累積流量和系統(tǒng)參數(shù)。

　　3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　一個(gè)嵌入式Linux 系統(tǒng)從軟件的角度來看，通?？梢苑譃樗膫€(gè)層次，如圖3 所示。

　　系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)

圖3 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)

　　引導(dǎo)加載程序：包括固化在固件中的Boo t 代碼（ 可選） ，和Boo t Loader 兩大部分。

　　Linux 內(nèi)核：特定于嵌入式硬件平臺(tái)的定制內(nèi)核以及內(nèi)核的啟動(dòng)參數(shù)。

　　文件系統(tǒng)：包括根文件系統(tǒng)和建立于FLASH 內(nèi)存設(shè)備之上文件系統(tǒng)，通常采用ramdisk 作為根文件系統(tǒng)。

　　用戶應(yīng)用程序：特定于用戶的應(yīng)用程序。有時(shí)在用戶應(yīng)用程序和內(nèi)核層之間可能還會(huì)包括一個(gè)嵌入式圖形用戶界面。

　　其中，引導(dǎo)加載程序是嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它是操作系統(tǒng)和硬件的樞紐，為操作系統(tǒng)內(nèi)核的啟動(dòng)提供了必要的條件和參數(shù)； 引導(dǎo)加載程序的工作是初始化內(nèi)存以及必要的硬件設(shè)備，調(diào)用內(nèi)核加載器。從FLASH 中加載操作系統(tǒng)映像到SDRAM 中，并把控制權(quán)交給Linux ； 由Linux 對(duì)硬件系統(tǒng)做進(jìn)一步的初始化并控制應(yīng)用程序。

　　基于系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)的啟動(dòng)過程中有3 個(gè)主要軟件組件參與其中：引導(dǎo)加載程序、Linux 內(nèi)核和Init進(jìn)程。其啟動(dòng)過程如下：

　?。?1） 系統(tǒng)在上電或Reset 之后，A T91RM9200 開始執(zhí)行存放在NOR FLASH（ 系統(tǒng)將0x10000000 映射到0x 00000000，即ARM 的復(fù)位向量） 中的引導(dǎo)加載程序。

　?。?2） 引導(dǎo)加載程序初始化CPU 和內(nèi)存控制器，對(duì)系統(tǒng)外設(shè)做最小程度的初始化，如初始化LED 和串口等，檢測(cè)內(nèi)存并匯報(bào)啟動(dòng)中的診斷信息，然后將Linux內(nèi)核映像解壓到SDRAM 中的某個(gè)位置并跳轉(zhuǎn)到這個(gè)地址，把控制權(quán)交給Linux 內(nèi)核。

　?。?3） Linux 的內(nèi)核接管執(zhí)行權(quán)后完成一系列的系統(tǒng)初始化和設(shè)置，包括設(shè)置中斷向量，啟動(dòng)內(nèi)存管理，初始化各個(gè)硬件設(shè)備，初始化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，最后建立根文件系統(tǒng)并生成系統(tǒng)進(jìn)程之父Init 進(jìn)程。

　?。?4） Init 進(jìn)程負(fù)責(zé)啟動(dòng)所有必要的服務(wù)和用戶應(yīng)用程序，并進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

　　在嵌入式Linux 系統(tǒng)中，必須有固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備來存儲(chǔ)可執(zhí)行的代碼，本系統(tǒng)中采用了FLASH 存儲(chǔ)器。