嵌入式linux在工业控制领域中的应用
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增大字体３ 嵌入式工业控制网络的实现方案
基于嵌入式ｌｉｎｕｘ的工控系统以嵌入式微处理器为核心来运行嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统。应用程序可通过网络进行更新，并可通过键盘进行人机对话，
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>数据可通过ＬＣＤ现场显示，重要数据可用文件形式保存在Ｆｌａｓｈ等闪存存储器中；数据和报警信息可通过串口向上位机传输，也可以通过以太网向工业以太网或Ｉｎｅｒｎｅｔ发布，用户还可通过网络实现远程监控和远程维护。更为关键的是，可充分利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上已有的软件和协议（如：ｆｔｐ，ｈｔｔｐ以及ＡｐａｃｈｅＰＨＰＭｙＳＱＬ等应用程序）迅速搭建前台数据采集系统，以实现测控系统和后台管理系统的通讯。图１所示是这种实现方案的系统框图。这种方式的优点有：
（１）不需专用的通信线路即可用现成的ＩＮＴＥＲ-ＮＥＴ网络将数据传送到任何地方。
（２）不仅能够传递数据信号，也可以传递音频和图像信号。
（３） 由于目前的ＩＮＴＥＲＮＥＴ协议是现成和公开的，因此，利用大到几十兆的 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＩＥ浏览器，或小到只有６００ｋＢ的Ｍｏｓａｉｃ浏览器都可以对网络数据进行读取。
４ 系统设计
４．１ 硬件设计
嵌入式系统的硬件运行平台是开发应用程序的基础，整个开发板可基于ＩｎｔｅｌＲ ＳＡ－１１１０ 微处理器架构。
图２所示是一个嵌入式系统的硬件结构框图。该硬件针对网络服务的应用选择了Ｉｎｔｅｌ系列中的ｓｔｒｏｎｇＡＲＭ ＭＣＵ。ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ ＳＡ－１１１０是一款高性能、低价位、高集成度微处理器。ＳＡ－１１１０芯片内部集成有能以２０６ＭＨｚ运行的３２－ｂｉｔ ＩｎｔｅｌＲ Ｓｔｒｏｎ-ｇＡＲＭ＊ ＲＩＳＣ处理器，以及速度可达１００ ＭＨｚ 的存储器总线和灵活的存储器控制器，可支持ＳＤＲＡＭ、 ＳＭＲＯＭ 以及ｖａｒｉａｂｌｅ－ｌａｔｅｎｃｙ Ｉ／Ｏ 设备，并可为系统设计提供较高的存储带宽。由于ＳＡ－１１１０可以适应较大流量的网络应用，因而可为运行Ｌｉｎｕｘ提供硬件上的支持。此外，ＳＡ－１１１０还在开发板上集成有３２ＭＢ的ＳＤＲＡＭ、８ ＭＢ的ＦＬＡＳＨ、１０ ｂａｓｅＴ以太网接口、ＲＳ２３２／ＲＳ４８５串口、Ｉ／Ｏ接口以及扩展ＦＬＡＳＨ卡存储器等。有关ＳＡ－１１１０更详细的资料可参考有关资料。
４．２ 软件设计
嵌入式操作系统是整个嵌入式系统的核心。如前面所述，嵌入式系统在内存容量和存储容量不足的情况下，必须对ｌｉｎｕｘ进行裁减设计。在裁剪过程中，所涉及的主要技术有下面几种。
（１）内核的精简
标准Ｌｉｎｕｘ是面向ＰＣ的，它集成了许多ＰＣ所需要而嵌入式系统并不需要的功能。因此，对一些可独立加上或卸下的功能块，可在编译内核时，仅保留嵌入式系统所需的功能模块，而删除不需要的功能块。这样，重新编译过的内核就会显著减小。
（２）虚拟内存机制的屏蔽
经过分析发现，虚拟内存是导致Ｌｉｎｕｘ实时性不强的原因之一。在工业控制中，一些任务要满足一定的实时性要求，屏蔽内核的虚拟内存管理机制可以增强Ｌｉｎｕｘ的实时性。当要更改内核的某项机制时，一般不必大规模地写代码，可采用条件编译的方法。同时由于ｌｉｎｕｘ系统对应用进程采用的是公平的时间分配调度算法，但这一算法也不能保证系统的实时性要求，因此要求对其进行更改。更改途径有两种：一是通过ＰＯＳＩＸ，二是通过底层编程。笔者是通过ｌｉｎｕｘ的实时有名管道（ＦＩＦＯ）的特殊队列来处理实时任务的先后顺序。实际上，实时有名管道就象实时任务一样从不换页，因而可以大大减少由于内存翻页而造成的不确定延时。
图３给出了Ｌｉｎｕｘ的工作原理框图。
（３）设备驱动程序的编写
确定了内核的基本功能后，就要为特定的设备编写驱动程序，可按照在Ｌｉｎｕｘ下编写驱动程序的规则进行编写。编写的设备驱动程序应当具有以下功能：
●对设备进行初始化和释放；
●完成数据从内核到硬件设备的传送和从硬件读取数据两项功能；
●读取应用程序传递给设备文件的数据以及回送应用程序请求的数
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作者：佚名
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