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一种嵌入式Linux测控系统设计

2013-11-25 15:15
野明月
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  0 引 言

  当前,在工业控制领域,网络控制技术快速发展。网络控制要求测控系统必须具备两方面的功能:一方面要在现场完成复杂的测控任务,通常一些任务具有一定的实时性的要求;另一方面要求测控系统能够与某一类型的控制网相连,实现远程监控。而在目前应用的大多数测控系统中,嵌入式系统的硬件采用8/16位的单片机;软件多采用汇编语言编程,仅包含一个简单的循环处理的控制流程;单片机与单片机或上位机之间通信通过RS232、RS485来组网。这些网络存在通信速度慢、联网功能差、开发困难的问题。而工业以太网已逐步完善,在工业控制领域获得越来越多的应用。工业以太网使用了TCP/IP协议,便于联网,并具有高速控制网络的优点。现在,32位嵌入式CPU价格的下降,性能指标的提高,为嵌入式系统的广泛应用提供了可能性。基于上述情况,我们将嵌入式系统应用于测控系统,可大大提高测控系统的性能,嵌入式系统一般应用嵌入式操作系统来开发。在嵌入式操作系统的选择上,由于Linux有完整开放的源代码,可针对具体应用修改和优化系统,内核稳定,适用于多种CPU和多种硬件平台,支持网络等特点,因而选择Linux作为嵌入式操作系统。

  1 测控系统总体设计

  1.1 设计目标

  测控系统以基于Linux的嵌入式系统为核心,设计目标归纳起来主要有以下几点:

  (1)测控任务在现场完成。测控系统采用分散的控制策略,系统正常运行时上位机只起到状态监控的作用。在工业现场完成数据测量、数据处理、过程控制等多种任务,能确保一些任务完成的实时性。

  (2)具有一定的自诊断、自校正的功能,将故障情况上传给上位机,便于维护人员查错、排错。具有动态显示和数据存储能力。

  (3)测控系统可连到工业以太网,通过工业以太网实现远程监控。

  1.2 技术路线

  嵌入式系统以嵌入式微处理器为核心,运行嵌入式Linux 操作系统。应用程序可通过网络进行更新;通过键盘进行人机对话;数据可通过LCD现场显示;重要数据可以文件形式保存在Flash存储器中;数据和报警信息可通过串口向上位机传输,也可通过以太网口向工业以太网或Inernet发布信息,用户通过显示界面查看设备状态,设置设备参数,实现远程监控、远程维护。

  1.3 总体框图

一种嵌入式Linux测控系统设计

图1 系统框图

  2 基于Linux的嵌入式系统的设计

  2.1 硬件设计

  考虑一般测控系统对嵌入式系统要求比较多的功能有:键盘接口、显示接口、A/D(或D/A)转换单元、可扩展的I/O接口、打印机接口、与PC机通信的串行接口、以太网口等。实现的嵌入式系统硬件框图如下:

一种嵌入式Linux测控系统设计

图2 硬件框图

  针对测控系统的应用,选择Motorola的Coldfire系列的MCF5307.MCF5307是一款高性能、低价位、高集成度的微处理器,为嵌入式控制应用而设计。MCF5307的处理能力达70 MIPS,工作频率88.47 MHz,总线频率44.236 MHz,为运行Linux提供硬件上的支持,在开发板上还集成有16 M的SDRAM、2 M的FLASH、10 baseT以太网接口、RS232/RS485串口、I/O接口等。

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