基于eCos操作系统的仪器设备远程监控系统设计.pdf

第2 7 卷第6 期V o l-2 7N o 6企业技术开发T E C H N O L O G I C A LD E V E L O P M E N TO FE N T E R P R I S E2 0 0 8 年6 月J u n 2 0 0 8基于e C o s 操作系统的仪器设备远程监控系统设计肖晨阳，梁剑z(1 湖南师范大学生命科学学院，湖南长沙4 1 0 0 8 1；2 长沙博华科技有限公司，湖南长沙4 1 0 2 0 5)摘要：现代仪器设备工作于恶劣环境中，传统的监控方式采用R s 2 3 2、R S 4 8 5 等方式，其传输距离有限，不利于集中远程监控，文章开发一种基于e c o s 操作系统的新型远程监控系统，通过R s 2 3 2 接口和设备互联，实现远程信息获取功能。该系统成本低廉，采用w E B 方式控制，使用方便。关键词：e C；远程监控；S 3 C 4 5 l O B；H t t p 服务中图分类号：T P 3 9 3 0 9文献标识码：A文章编号：1 0 0 6 8 9 3 7(2 0 0 8)0 6 一o o l 2 一0 3D e s i g no fr e m o t em o n i t o ra n dc o n t r o le m b e d d e ds y s t e mb a s e do nJ J e S l g n0 Ir e m o t em o n l t o ra n nC 0 n t r o le m D e n n e nS y S t e mD a S e n0 ne C o so p e r a t i n gs y s t e mX I A OC h e n y a n 9 1，L I A N GJ i a n 2(1 C 0 1 1 e g eo fL i f eS c i e n c e s，H u n a n r 阻1U n i v e r s i t y，C h a n g s h a，H u n a n4 l 0 0 8 l，C h i n a：2 B r a v oT e c h n o l o g i e sC o，L t d，C h a n g s h a，H u n a n4 1 0 2 0 5，C h i n a)A b s t r a c t：T h em o d e mi n s t m m e n tw o r l【si na b o m i n a b l ee n v i I D n m e n t t h ec o n v e n t i o n a lm o n i t o ra n dc o n t r l o l肌 d ea d o p t 8R s 2 3 2 肌dR S 4 8 5 瑚d e，i t s 缸彻s I I l i s 8 i o nd i s t 粕c ei 8l i I l l i t e d，i ti 8v e r)，d i m c u l d yt o 他a l i 跹c e n t r a l i z e dr e m o t em o n i t o ra n dc o n t m l T h i sp a p e rd e v e l o p san e wr e m o t em o n i t o ra n dc o n t I _ o l8 y 8 t e mb 鹪e do ne C o so p e r a t i n gs y 8 t e m，i tc o n n e c t 8 衍t ht h ei n s t m m e n tb yR S 2 3 2i n t e a c e，r e a l i z e st h er e m o t ei n f o 珊a t i o no b t a i n i n gf u n c t i o n T h e8 y s t e mc o s ti si n e x p e 璐i v e，u s e st h eW E Bm o d et oc o n t r o l，i ti se a 8 yt oo p e r a t e K 蚵帅r d s：e C 0 8(e I I l b e d d e dC o 血g I l r a b l e 叩e r a t i n gs y s t e m)；r e m o t em o n i t o r 肌dc o n t r o l；s 3 c 4 5l o B；H t t p 的卜v i c e现代仪器控制设备工作于恶劣环境中，如强磁电、高辐射，导致人员采集信息不方便。维护更不方便；例行检查有利于及时发现问题和及时维护，但很多设备不具备远程监控功能，往往提供的方式有：R S 2 3 2 串行接口通信，这种方式一般需要在仪器旁进行操作，既不方便也费时，随着信息技术的高速发展以及网络时代的到来，现代的工业控制、工业采集设备都采用新的网络接口通过远程监控系统扩展与完善，已经完全变成具有强大管理功能的信息技术设备、完全融人到本地信息系统中，并成为其不可缺少的一部分。智能监控与管理是远程监控技术发展的必然趋势，其可完成以下各种功能：远程诊断与维护功能。通过软件可远程检查仪器的状态，查询仪器设备的预警信息、进行校正试验等。这是积极地提高系统可用性的有力手段之一。收稿日期：2 0 0 8 一0 4 一1 8作者简介：肖晨阳(1 9 7 卜一)，男，湖南湘乡人，硕士研究生，主要研究方向：信息安全技术和生物信息自动报警功能。当软件检测到系统故障时，可通过E m a i l 和弹出式信息等方式通知系统管理员，从而以最快的速度处理故障。自动保护功能。当仪器系统发生故障或电池能量将耗尽时，监控系统软件与附件可执行定制化的数据保护功能，保证数据系统的完整性和可恢复性。提供定期自检功能，利用仪器设备自带的自检程序，对设备进行定期的自检，获取自检信息，掌握设备状态。数据采集及报告生成，数据传输可靠。系统操作权限，防止非法使用。1 概述随着I n t e m e t 的普及，使用W e b 浏览器监控仪器设备将成为仪器设备监控技术的主流。本文设计了基于A R M 的e C o s 嵌入式w e b 服务器，采用浏览器服务器的软硬件结构，嵌入式W e b 服务器与万方数据第2 7 卷第6 期肖晨阳，等：基于e c o s 操作系统的仪器设备远程监控系统设计1 3控制监控仪器设备的本地控制器采用串行R s 2 3 2 4 8 5 通信，与客户端通过以太网通信，客户端通过w e b 浏览器就可以获取详细的仪器设备运行状态与参数，并对仪器设备进行管理。符合仪器设备技术发展趋势，满足仪器设备监控管理软件的基本功能要求。这种体系下结构简单，操作简便、易行，在客户端只要有w e b 浏览器就可以实现仪器设备的监控与管理，与计算机操作系统、硬件基本无关，升级容易。系统总体体系结构如图1 所示。图1 系统总体体系结构2 监控系统硬件平台设计2 1 监控系统主要硬件电路及其主要功能按照系统应用的需要，系统主要硬件电路分为：A R M 最小系统(包括A R MF L A S HS D R A M，晶振电路，电源电路，复位电路，m G 接口等)、以太网接口电路、串行R S 2 3 2 接口电路以及其他辅助电路等。其各自主要功能如下：以S 3 C 4 5 1 0 B 为核心的A R M 最小系统中，包括F L A S H 存储器用户应用程序、嵌入式操作系统以及S D R A M 等；S D R A M 作为程序运行空间、数据及堆栈区，m G 接口同J T A G 仿真器硬件连接，利用相应的调试工具观察C P U 状态，调试工具也可以检查和控制C P U 的运行。1 0M 1 0 0M 以太网接口为系统提供以太网接入的物理通道，通过该接口，仪器设备监控系统可以1 0M，1 0 0M b p s 的速率接入以太网，通过w e b浏览器就可以实现对仪器设备的监控管理。R S 2 3 2 串行接口电路用于S 3 c 4 5 1 0 B 与仪器设备本地监控系统的短距离双向串行通讯；另外在调试时，所有S 3 C 4 5 l O B 的运行软件f 包括操作系统e C o s。系统引导程序R e d B o o t，应用程序等)都通过串口下载到硬件平台。辅助电路主要包括按键、显示电路、系统工作指示电路等。2 2A l 己M 最小系统设计2 2 1A R M 处理器S 3 C 4 5 1 0 B 简介S 锄s u n g 公司的S 3 C 4 5 1 0 B 是基于以太网应用系统的高性价比1 6 3 2 位R I S C 微控制器，内含一个由A R M 公司设计的1 6 3 2 位A R M 7 T D M IR I S C处理器核，A R M 7 T D M I 为低功耗、高性能的1 6 3 2核，最适合用于对价格及功耗敏感的应用场合。2 2 2 最小系统外围电路设计A R M 最小系统包括S 3 C 4 5 1 0 B，F L A S H 和S D R A M 组成的外部存储器、晶振电路、电源电路、复位电路等。晶振电路、电源电路、复位电路等电路设计都比较简单，可参见文献f 5】。图2 为A R MS 3 c 一4 5 l O B 连接图。图2A R Ms 3 c 4 5 1 0 B 连接图R S 一2 3 2 一C 标准采用的接口是9 芯或2 5 芯的D 型插头，本硬件平台采用的是标准的D B 一9 接口。S 3 C 4 51 0 B 内嵌一个以太网控制器，支持媒体独立接口，在半双工或全双工模式下提供l O 砌0 0M b p s的以太网接人，在本硬件平台中，使用R r I 8 2 0 l 作为以太网的物理层接口。3 监控系统软件平台设计e C o s 是由R E DH A T 公司维护的开源嵌入式可配置实时操作系统，可以让开发者比较自由地选择组件，针对自己的应用来设计一个最小的e C o s环境。目前e C o s 已应用在车载信息处理系统、指纹识别系统、移动电话等多种产品中。3 1 软件设计流程与方法监控系统软件包括系统启动引导软件、e C o s 操作系统部分、应用软件部分。软件开发步骤和方法如下。3 1 1 建立R e d B o o t 引导环境在系统软件启动阶段，目标平台通过R e d B o o t与宿主机进行通信连接，R e d B o o t 协助完成e c o s 应用程序的加载与运行。一旦e C 应用程序开始运行，R e d B 0 0 t 就将系统控制权交给e C o s 系统。R e d B o o t 固化在n 鹪h 中。R e d B o o t 建立过程如下：运行e c 配置工具c o I l f i g t o o I，选择“R e d B 砌”模板(“B u i l d T e m p l a t e s”)，选择“A R M 4 5 1 0万方数据1 4企业技术开发2 0 0 8 年6 月T a r g e t”，并选择“R e d B o o t”软件包。对目标平台进行配置，将启动类型(“S t a n 即T y p e”)设为“F L A S H”，并设置目标系统板的串口，包括串口波特率、数目、指定G D B 串口、诊断串口以及控制串口等。编译R e d B o o t。配置完成后，对R e d B o o t 进行编译，在R e d B o o t 的安装目录i n s t a l l b i n 下将生成二进制文件：e d b o o t b i n，该文件就是要直接写入F l a s h 的进行系统初始化和启动的映像文件。通过J T A G 在线仿真器将生成的r e d b o o t b i n文件写到目标平台中的F l a s h 中。至此，e C o s 的软件引导环境己经建立起来，使用G D B 将系统软件下载到目标平台后，整个系统就可以正常工作。3 1 2 根据硬件平台的特点，配置与移植e c o s首先建立完整e C o s 开发环境，包括P C 环境G N u 交叉编译调试工具、e C o s 配置工具等，它们的建立和配置方法可参见文献f 6 1。然后利用e C o s 配置工具对硬件平台的工作模式、硬件资源、库函数(包括系统库函数和用户定义库函数)等进行配置。e C o s 支持以s 3 C 4 5 1 0 B 为核心的A R M 开发板s N D S1 0 0，因此移植和配置新的硬件平台都以此为基础。根据硬件平台增加的硬件，主要是对A R M 处理器工作起影响作用的硬件，包括网卡硬件物理层芯片(R T 8 2 0 1)，S D R A M 和F L A S H 等。针对硬件的配置包是通过C D L 组件定义语言进行描述的。针对所设计的仪器设备监控系统，e C o s 的配置过程如下：添加网络支持P H YR T 8 2 0 l。按C D L 的硬件规范编写R T 8 2 0 l 的脚本，将p a c k a 鼬s d e v s e t h a n I l k s 3 2 c 5 0 0 0 v 2 s eo c d l 目录中的k s 3 2 c 5 0 0 0e t h c d l 拷贝到新建目录p a c k a g e s，d e v s e t h，a n I l s 3 c 4 51 0 b s em yb o a r d v 20 c d l 中，然后根据需要稍做修改即可完成配置。以太网驱动程序设计方法编写支持S 3 C 4 5l O B的以太网物理层R T 8 2 0 1 的驱动程序，并将驱动程序拷贝到指定目录中。对串口的支持。e C o s 提供两种标准的串口驱动程序，它们是串口(r a ws e r i a l)驱动程序和类r I T Y(t t v l i k e)驱动程序，分别用S e r i a l 和7 兀Y 表示。本系统采用S e r i a l 串口驱动程序，实现了串行设备数据块的接收或发送，还可以对串口硬件进行配置。在对硬件初始化时，应用程序通过调用串口驱动程序A P I 函数，对串口进行操作，在运行时就可以完成串口的配置。再配置F l a s h M e m o r y 和S D R A M 的大小，由于和参考型号仅仅是储存空间不同所以仅需要修改相关部分参数，在此不赘述。至此完成对系统平台的e c o s 操作系统的基本配置。3 2e C 舾嵌入式W e b 服务器的设计在仪器设备监控管理系统中，嵌入式W e b 服务器程序是系统软件的核心部分，是实现基于I n t e 卜n e t I n t r a n e t 远程监控与管理的关键。要实现系统的W e b 服务功能，只需要实现W e b 服务器功能即可。虽然有很多通用的w e b 服务器，如A p a c h e 等，但体积庞大，功能强大，在我们系统中由于存储空间受限，所以希望体积较小，功能适用即可。我们选择H u g h e sT e c h n o l o g i e s 公司提供的L i b H T T P D 服务器，该服务器编译后仅为5 0K 左右，功能适用。L i b H，I-r P D 提供了许多A P I 函数，使用这些函数可以生成w e b 服务器并对其进行操作。W e b 服务器程序可以作为一个独立线程，其优先级低于其他线程，但高于最低优先级，当客户浏览器发出访问请求时，发出中断请求，在中断服务程序(I S R)中，通过邮箱或信号量方式使该线程处于就绪态。当C P U 处于时间片空闲状态时，该线程就可以得到C P u 的使用权，解析浏览器发出的访问请求，返回处理结果。本w E B 服务能够根据用户权限，解释来自客户端W e b 服务请求，根据客户请求把当前仪器状态，形成数据传回客户浏览器；或者根据客户端请求，通过R S 2 3 2 串口接收的当前系统信息，每隔一段时间进行动态刷新，保证最新数据的实时有效性。当客户端发出对仪器设备的控制命令时，W e b服务器将此命令通过串口通信方式，转发给仪器设备的本地监控单元，由相应的M C U 作出相应操作，而后返回数据到监控系统。4 结语通过设计一个简单的A R M 硬件系统，移植e C o s 操作系统到硬件系统，操作系统运行W e b 服务器应用程序，实现了远程控制仪器设备的功能，该硬件系统成本低廉，软件系统稳定可靠，以此为平台，对应用程序稍加修改，可以远程控制更多的以前设备。参考文献：【1】A n t h o n yJ M a s s a E m b e d d e dS o f h a l eD e v e l o pm e n t I，i t he c o s f M】P r e n t i c eH a uR，2 0 0 2(下转第3 4 页)万方数据企业技术开发2 0 0 8 年6 月表4 新鲜c 专用催化剂的主要理、化性能(典型数据)3 幺言 要-，_ Uy U表5 专用剂C 衲评价结果长岭炼化公司催化剂厂多年来积极探索催化剂“量体裁衣”工作，取得了大量的经验，为广大用户带来了良好的经济效益。通过精心设计，为中山天乙石化公司生产的c M O 专用催化剂具有很好的活性和活性稳定性，优异的抗金属污染性能，优秀的重油转化能力。建议在催化剂使用过程中，一是要培养“以剂换油”的观念，在催化剂受到严重的金属污染时候，一定要提高催化剂的消耗，一般来说，该装置的平衡剂活性保持在6 4 左右，对产品分布比较有利，如果平衡剂活性低于5 8，必须果断地加大催化剂置换；二是产品分布的变化，气体产率大量增加，要及时调整相关装置的操作，以保证丙烯的回收效率。参考文献：【l】陈俊武催化裂化工艺与工程(第二版)M】北京：中国石化出版社，2 0 0 6【2】甘俊稀土与Y 型分子筛水热化学过程行为的研究 D】北京：北京石油科学研究院，2 0 0 3(上接第1 1 页)f 9】熊江，应宏基于0 S G I 的普及计算系统的改进【J】计算机科学，2 0 0 5，3 2(1)：1 9 2 一1 9 4【1 0】刘伟。涂时亮。基于o S G i 和动态Q o S 管理的家庭网关设计【J】，J、型微型计算机系统，2 0 0 7，(7)【1 1】余萍，马晓星，吕建，等一种面向动态软件体系结构的(上接第1 4 页)【2】Q i n g“，C a r o l i 弛Y R e a l T i m eC o n c e p 协矗”E m b e d d e dS y s t e m s【M】C MP B 0 0 k 8，2 0 0 3【3】蒋句平嵌入式可配置实时操作系统e C 0 8 开发与应用【M】北京：机械工业出版社，2 0 0 4【4】吴非，樊晓光嵌入式实时操作系统u C，O S 一与e C 的比较【J】单片机与嵌入式系统应用，2 0 0 4，(1 0)：1 5 一1 7 在线演化方法【J】软件学报，2 0 0 6，1 7(6)：1 2 5 5 1 2 5 6【1 2】I B M W e b S p h e r eE v e r y p l a c eE m h e d d e dF 0 u n d a t i o nf o rI I l t e lP C A2 0 0 2【E B 0 L J h t t p：，帆M 0 S G i o r g，2 0 0 5【1 3】王建华，董志敏，杨保明J a v a 2 核心技术(第5 版)卷：高级特性 M】北京：机械工业出版社，2 0 0 2【5】S A M S U N Ge t m n i c S 3 C 4 5 1 0 Bd a t a s h e e t【E B D L】h t t p：f 俪州d a t a s h e e t c a t a l o g o 酬a t a s h e e“S 锄s u n g E l e c 劬n i c m x y r q y 8 p 峨2 0 0 1【6】E c o sd e v e l o p e r B u i l d i n g8t l c h a i nf b ru w i t l le c【E B，0 L】h u p：M e c 8 0 u r c e w 8 豫o r g，b u i l d t l c h 8 i n h t m l 2 0 0 2 万方数据基于eCos操作系统的仪器设备远程监控系统设计基于eCos操作系统的仪器设备远程监控系统设计作者：肖晨阳，梁剑，XIAO Chen-yang，LIANG Jian作者单位：肖晨阳,XIAO Chen-yang(湖南师范大学,生命科学学院,湖南长沙,410081)，梁剑,LIANGJian(长沙博华科技有限公司,湖南长沙,410205)刊名：企业技术开发（学术版）英文刊名：TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE年，卷(期)：2008,27(6)参考文献(6条)参考文献(6条)1.Qing Li;Caroline Yao Real-Time Concepts for Embed-ded Systems 20032.Ecos developer Building a tool chain for use with ecos 20023.SAMSUNG etronic.S3C4510B datasheet 20014.吴非;樊晓光 嵌入式实时操作系统UC/OS-与eCos的比较期刊论文-单片机与嵌入式系统应用 2004(10)5.蒋句平 嵌入式可配置实时操作系统eCos开发与应用 20046.Anthony J.Massa Embedded Software Development with eCos 2002 本文链接：http:/