《基于ARM嵌入式Linux的网络化监控采集系统的设计与实现.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ARM嵌入式Linux的网络化监控采集系统的设计与实现.pdf（68页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、北京交通大学硕士学位论文基于ARM嵌入式Linux的网络化监控采集系统的设计与实现姓名：郭强申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：赵宏20080601摘要躁蘸，嵌入式系统在工业控制和智能家电等众多领域得到了广泛的感震。僵同时大量的嵌入式应用也对嵌入式设备的性能和功能提出了更离的要求。随着鼹内嵌入式应用领域的发展，A R M 芯片以其高性能、低功耗、低成本的优势获得了广泛的重褫和巍雳。嵌入式L i n u x 是在标准L i n u x 基础上，经过适当地赫纯，然后加入一些特定的功能，形成的一个糟巧的、高效的、满足特定应用需求地专用(定制)操作系统，它其有用户可裁剪、可配置的特点。在各种嵌入
2、式操作系统中，嵌入式L i n u x 凭借其内孩结构优良、功能强大、高性能、稳定性好以及源代码开放等方面静优势，成为了嵌入式系统领域应用孛煞技术热点。本论文设计了以嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为核心的系统，并在这个平台上实现了应用软件，构建了一个嵌入式的数据采集和发布系统，可以对设备数据迸行串口采集，并利焉嚣特圈进行发布和控制搡作。搀了实现这些功能，本文选用7C i r r u sL o g i c 公司酶E P 9 3 0 2(A R M 9 2 0 T)作为系统的核心，以源代码开放的经过裁剪配置的嵌入式L i n u x 为软件平台，设计了应用软件的设备数据采集、数据分析、数据交换网关
3、模块，实现了网页服务器G o A h e a d 移植，并完成了G o A h e a d 服务器支持的自己的A S P 页霹以及后台函数酶编写，并在此基础上研究了系统为保证可靠性两采取的一些措施。在整个系统的设计过程中充分发挥了嵌入式L i n u x 的可移植性好、源代码公开、开发成本低的优点，解决了较彳事移援和设诗编写、提高系统可靠性等的一系列关键性润题。本嵌入式系统采集平台酌潮途是实时采集被监控设备鲍当前运行状况信息，使用户能够远程通过网页浏览器及时掌握被监控设备的运行状况，在必要时刻根据需要能够对设备进行相关控制操作和设鬣相关运行参数，以便能够控制被监控设备的运行方式。本论文设计豹嵌
4、入式数据采集、发布系统可以在类议远程数据控制的系统中得到广泛应用。关键词：嵌入式；A R M；L i n u xG o A h e a d分类号：豫3 l i 5 2A B S T R A C TW i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i ct e c h n i q u ea n dt h ei n t e m 鸭t h e 铋l b 醯d 越s y s t e m sh a v e b e e nw i d e l yu s e di ni n d u s t r i a lm a n a g e m e n ta
5、n ds m a r ta p p l i a n c e M e a n w h i l e，瓤曲艇l e v e lo fc a p a b i l i t ya n df u n c t i o nh a sb e e nr e q u i r e db ym u l t i p l ea p p l i c a t i o no fe m b e d d e ds y s t e m T ot h i se x t e n t,A R Mh a v eb e e nw i d e l yr e c o g n i z e da n da p p l i e d E m b e d d
6、e ds y s t e mi sap r o f e s s i o n a ls y s t e mw h i c hi ss o p h i s t i c a t e da n de f f i c i e n ta n dC a nm e e tt h ep a r t i c u l a rn e e d s o f t h eu s e r B a s e do ns t a n d a r dL i n u x，e n b e d d e dL i n u xh a sb e e ns i m p l i f i e da p p r o p r i a t l ya n da
7、 d d e dc e r t a i nf u n c t i o n s S o，i th a st h ef e a t u r et h a ti tC a nb ec o n f i g u r e da n dc l i p p e db yu s e r C h a r a c t e r i z e db yt h ep r o p e r t i e st h a tg o o ds 锄c t t t r e,h i g he f f i c i e n c y,f i n es t a b i l i t ya n do p e n i n go r i g i n a l
8、c o d e s,e m b e d d e dL i n u xh a sb e c o m et h et e c h n i c a lh o t s p o ta m o n gm a s s i v ea p p l i c a t i o n so fe m b e d d e ds y s t e m I nt h i sc a s e,t h es y s t e mc h a r a c t e r i z e db ye m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o rA R Ma n de m b e d d e do p e r a t
9、 i o ns y s t e mL i n u xh a sb e e nd e s i g n e di nt h i sp a p e r I th a sr e a l i z e da p p l i c a b l es o f t w a r e,t r a n s p l a n t e dw e bs e r v e r,c o n s t r u c t e da ne m b e d d e dd a t aa c q u i s i t i o na n dp r o m u l g a t es y s t e m I tC a ng a t h e rd a t a
10、 诵ms e r i a lp o r ta n dp r o m u l g a t et h e mt h r o u g hi n t e m e t。T oa c h i e v et h e s ef u n c t i o n s,a f t e ra n a l y z i n gt h ed e v e l o p m e n to fA R M，E P 9 3 0 2(A R M 9 2 0 T)w h i c hf r o mC i r r u sl o g i cc o m p a n ya St h ec o r eo ft h i ss y s t e mh a sb
11、 e e nc h o s e n T h e nt r a n s p l a n t e de m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e mL i n u xw h o s eo r i g i n a lc o d ei sf l e e A f t e rt h 嚏t h em o d u l e so fd a t aa c q u i s i t i o n d a t aa n a l y s i sa n dd a t ae x c h a n g eg a t e w a yh a v eb e e nc r e a t e d。I ta
12、 l s ot r a n s p l a n t e de m b e d d e dw e bS e r V e rG o A h e a da n de d i t e dt h es e l f-s u p p o r t e dA S Pp a g ea n db a c k s t a g ef u n c t i o n B a s e do nw h a th a v eb e e nm e n t i o n e d，t h em e t h o d s w h i c hh a v e b e e nu s e di nt h es y s t e mt og u a r
13、a n t e et h er e l i a b i l i t yh a sb e e nv a l i d a t e d T h es y s t e mh a sh i g h l i g h t e dt h ea d v a n t a g e so fL i n u xt h a ti th a sh i g hc a p a b i l i t yo ft r a n s p l a n t i n ga n dt h eo r i g i n a lc o d ei sf r e e I th a sb e e ns o l v e ds e r i e so fp r o
14、 b l e m sc o m p a n i e d 弼睡lt h es o f t w a r et r a n s p l a n t i n g,t h ea p p l i c a b l es o f t w a r ed e s i g na n dc o m p i l a t i o na n dt h u se n h a n c e dt h er e l i a b i l i t yo ft h es y s t e m T h ec o l l e c t i o np l a t f o r mo ft h i se m b e d d e ds y s t e
15、mi su s e dt om a k er e a lt i m ec o l l e c t i o no ft h ei n f o r m a t i o no ft h eo p e r a t i o nc o n d i t i o no ft h eb e i n gm o n i t o r e de q u i p m e n t s,a l l o wt h eU S e rt om a n a g et h er u n n i n go ft h eb e i n gm o n i t o r e de q u i p m e n t sr e m o f l yt
16、h r o u g hw e bb r o w s e ra n dd or e l a t i v eo p e r a t i o na n dp a r a m e t e rs e t t i n gi ft h e r ei san e e d。T h e r e f o r e,t h er u n n i n gp a t t e r no ff a c i l i t i e sc a nb ec o n t r o l l e d T h ed e s i g no fd a t ac o l l e c t i n ga n di s s u e i n gs y s t
17、e mi nt h i sp a p e rC a nb ew i d e l yu s e di nt h es y s t e m ss i m i l a rt ot h o s eo f r e m o t ec o n t r 0 1 K E Y W O R D S：E m b e d d e d；A R M；L i n u x；G o A h e a dC L A S S N O：T P 3 l l。5 2V学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交逶大学有关傈餐、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采爝影印、缩印或
18、扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。闷意学校向国家有关部门或机构送交论文酶复印律秘磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名；签字隧期：o 骆挥骂参月多冒导师签名：塾匆签字冒羯：嘲睁名男多酲独创性声明本人声舞所呈交的学位论文是本人在导鄹指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人酲经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了甓确的说鳃并表示了谢意。学搜论文作者签名：哿羁签字嚣期：6 lo 嚣雒毛弱多B致谢本论文熬工作是在
19、我酶导师赵宏教授的悉心指导下完成的，赵宏教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年卷赵宏老师对我麓关心和指导。感谢软件学院的全体老师在我大学生涯中给予我的帮助和支持。感谢两年来关心我的恶想及学术成长的研究生部全体老赫。在撰写论文期间，高国栋、王进进、袁征峰等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此鹅他们表达我的感激之馕。最后，我要特别感谢我的父母及家人，他们始终如一的关怀和鼓励是我能够顺利完成学业的动力。l 绪论董1孳|言随着信息化技术的发展和数字化产品的普及，以计算机技术、芯片技术和软彳孛技术秀核心静嵌入式系统成为当翦研究和应焉的燕点，通信、计算杭、消费电
20、子技术(3 e)合一的趋势正在逐步形成，无所不在酶网络帮无所不在酶计算(e v e r y t h i n gc o n n e c t i n g，e v e r y w h e r ec o m p u t i n g)正在将人类带入一个崭新的信息社会。警我稍满怀憧僚与希望跨入二十世纪大门的时候，计算机技术也开始进入一个被称为“磊P C 栉技术豹时代。1 2国内外技术背景在尽益信息他的现代社会串，诗算视纛鼹络已经全蘑渗透蓟西常生活的每一个角落。对于我们每个人，需要的已经不蒋仅仅是那种放在桌上处理文档、进行工作管理和生产控制的计算机“机器，各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过
21、通用计算祝。早在8 0 年代，嚣际上就有一些耀缓织、公司开始进行商用嵌入式系统帮专用操作系统的研发。进入二十一世纪，信息化、智能化、网络化的飞速发展，为嵌入式系统技术的更新和完善提供了更好的服务和支持。美国著名未来学家尼葛洛庞帝1 9 势年l 胃访牮时预言，和5 年盾嵌入式智能(毫脑)工具将是P C 黎嚣特嚣之后最伟大的发明：我国著名嵌入式系统专家沈绻榜院士1 9 9 8 年1 1 月在武汉全阑第1 1 次微机学术交流会上发表的计算机的发展与技术文中，对未来l O 年疆嵌入式芯片为基础鹩计算机工进进行了科学的阐述和展望。1 9 9 9 年世界电子产晶产傻已超过1 2 0 0 0 亿美元，2 0
22、 0 0 年达到1 3 0 0 0 亿美元，2 0 0 5 年以盖，戳嵌入式系统为基础的信息产业已经成为世界第一大产业。如今，人们的生活己经和网络紧密联系，这也对嵌入式技术提出了新的挑战，搿设备辩嬲络是拜意P C 时代对嵌入式系统的客观要求。铡薅：在智能家屠系统中，可以通过智能终端设备掌上电脑，实现对信息家电的远程控制；售息家电也可将设备的状态信息自动发送给目标设备。嵌入式动态W E B 技术的核心任务是：通过在互连的嵌入式设备之褥交互信息，达到对嵌入式设备进行监控，并将反馈信惠蛊动上传给主控设备酌嚣的。通过应用嵌入式动态W E B 技术，还可以在信息家电中实现访问I n t e m e t、
23、收发E m a i l 等功能。I n t e m e t 一向是一个胖服务器、瘦客户机的技术。嵌入式技术发展得很快，使W e b 服务器可以运行予用闲速存储器作为大容量存储设备的单片计算机上，称为“瘦服务器”和“瘦客户机的嵌入式服务器，这些紧缩的技术使嵌入W e b 服务器软件的智能设备可以被W e b 浏览器去访问。应用这些小型化的廉价解决方案可将普遥的电器或设备改造为全功筢的t n t e m e t 电器，使上网的电器能够被远程控制、诊断以及提供智能服务，大大提高电器的性能。同时，w W W 也慢慢的走向大众的生活，这样使得嵌入式系统工作于W e b 上会有很大的好处，如让用户通过W
24、e b浏览器来配置设备，或让设备用W e b 内容来报告状态雒】。1 3论文的研究背景、内容W W W 服务的发展带动了I n t e r n e t 的充分发展，并且成为I n t e m e t 上最热门的服务。嵌入式W e bS e r v e r 是适合嵌入式设备的W e bS e r v e r，它的大小及功能主要取决予其运行的系统环境及嵌入式设备。工业设备的运行情况直接关系着经济效益，因此设备数据的采集与发布具有举足轻重的作用。本嵌入式系统采集平台的用途是实时采集被监控设备当前运彳亍状况信息，使用户能够远程通过网页浏览器及时掌握被监控设备的运行状况，在必要时刻根据需要能够对设备进行
25、相关控制操作和设置相关运行参数，以便能够控制被监控设备的运行方式。本论文的硬件采用基于A R M 9 的E P 9 3 0 2 处理器芯片作为核心，在此基础上，本文主要完成了以下几个工作：1)本文依据功能稳定全面、价格适中的原则选择硬件，著将源代码开放的嵌入式L i n u x 移植到了硬件平台上，并根据实际需要的功能，裁减了不必要的驱动和应用模块；2)本文设计了应用软纷的设备数据采集、数据分析、数据交换网关模块；3)本文将嵌入式L i n u x 下常见的嵌入式网页服务器G o A h e a d 运用于数据发布中，实现了通过网页浏览器对远程数据进行浏览、查询功能；钟在完成系统的实现的同时，
26、研究了本系统在为了保证可靠性方面丽采取的些措施。22 系统概述2。I嵌入式系统的概念1 什么是嵌入式系统虽然嵌入式系统是近凡年才风罐起来的，德其历史可追瀑到2 0 世纪弼年代。经过3 0 多年的发展，在硬件和软件交替发展的支撑下，嵌入式技术逐渐趋于稳定和成熟，已被广泛应用于工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、P O S 溺络及电子商务、环境检测、视器入等各个领域。毫不夸张的说，嵌入式系统已经无所不在。所以，研究帮开发嵌入式系统有着十分重要酶意义。根据I E E E(国际电气和电子工程顺协会)的定义，嵌入式系统是“控制、监视或辅助设备、机器和车间运行的装鬣(d e v i c e s
27、u s e dt oc o n t r o l，m o n i t o r，o ra s s i s tt h eo p e r a t i o no fe q u i p m e n tm a c h i n e r yo rp l a n t s)，这主要是从应爝上加以定义的。不过，上述定义并不熊充分体现出嵌入式系统的精髓。目前，匿内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机为基础，软、硬件可裁减，适应应用系统对功麓、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统【2】。然嚣由于嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，冤是与产蒹结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以q 嵌入式系统，
28、很难给它一含聩确的定义。因此，目前通常也把嵌入式系统概念的重点放在“系统(即操作系统)上，指能够运行嵌入式操俸系统的软硬件综合体。2。嵌入式系统的组成通常来说，嵌入式系统可以划分成硬件和软件两部分。嵌入式硬件由嵌入式微处理器、片内周边电路和外部设备三部分组成。嵌入式微处理器是嵌入式硬件系统豹核心，壹接影响嵌入式产品的瘦用范墨和开发复杂度。典型的嵌入式徽处理器有M o t o r o l a 公司的P o w e rP C 系列、I n t e l 公司的S t r o n g A r m 系列、A M D 公落的X 8 6 系列以及E P S O N 公司的S I C 3 3 系列等。嵌入式软
29、件一般由连接硬件和应用程序的嵌入式实时操作系统(R e a l-T i m eO p e r a t i n gS y s t e m，简称R T O S)和在其上运行的应月软件构成1 3 j。3。嵌入式系统的特点从前面对嵌入式系统所作的定义，可以看出，嵌入式系统具有以下几个重要特征：1)系统蠹核小，由于嵌入式系统一般应用于小型瞧子装置，系统资源相对有3限，所以内核较之传统的操作系统甍小得多。比如，E N E A 公司的O S E 分布式系统，内核只有5 K B，而W i n d O W S 的内核则要大得多。2)专用性强，嵌入式系统的个性纯很强，其中的软件系统和硬件结合菲常紧密，一般要针对硬
30、件进行系统的移植；同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大的雯改。男磐，程序的编译下载要和系统相结合。3)嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能的设计及实现过于复杂，这样既利于控制系统成本，也利于实现系统安全。4)高实时性的操作系统软件是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固化存储，以提高速度软件代码要求高质量和高可靠性。5)嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务操作系统。嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统而直接在芯片上运行，但为了更合理的调度多任务，利用系统资源、系统悉数，用户必须喜符选配R T O S 开发平台。6)执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障
31、软件质量。嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。由予嵌入式系统本身不具备自主开发熊力，即使完成设计后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，因此必须有一套基于通用计算机的开发王具和环境才能进行开发1 4】。2 2系统的软硬件选择2 2 1硬件平台的选择嵌入式开发的硬件平台的选择主要是嵌入式处理器的选择，这主要取决于应用的领域、用户的需求、成本、开发的难易程度等因素。表2 1 列出了几种常见嵌入式处理器的特性【5 1。表2-1 嵌入式处理器特性处理器类型处理器的价格主要性能及应用A R M低功耗低，适合于个人便携式设备D r a g o nb a l l低速度低，主要应用于P D AP O
32、W 瑟&P C蒿适合通信、网络等高端藏用设备，市场小先确定需要什么样的内核，比如是否需要浮点运算，是否需要网络控制模块等。确定了嵌入式处理器内核以后，就是结合实际情况，考虑系统外围设备的需4求情况，选择一款合适的处理器，基本思路如下：系统总线的需求；系统是否需要事行接麓(U 焱R T)；系统是否需要U S B 总线；系统是否需要以太弱接E 1；系统内部是否篙要I I C 总线、S P I 总线；音频D A 连接鳇I I S 总线；系统是否需要A D 或D A 接口f 6】。另外，还要考虑处理器的寻址空闻，有没有片上F l a s h 存储器，处理器是否容易调试，仿真调试工具熬成本秘易用性等摆关
33、信息弼。在嵌入式系统的开发中，嵌入式硬件是实现系统各种功能的关键，也是计算机技术最活跃的研究方向之一。本系统选择E P 9 3 0 2(A R M)芯片彳譬为核心、1 6 M 的F L A S H 和6 4 M 的S D R A M 作为主要存储器。2 2 2操作系统和应用软件的选择随着嵌入式系统翡不断发展，不同的应用系统对嵌入式软件的要求也发生了变化。除了以往所强调的体积小、执行速度快、具有较好的可裁减性和可移植性之外，还簧求系统软件支持实时多任务，并具备联网功能，最好拥有窗口交互界祗等。为满足这些要求，没有一个实时多任务操作系统是不可虢实现的。只有将一个实时多任务操偿系统嵌入到弱标代码中，
34、先应用软件提供一个功熊更为强大的运行环境，让其它应用程序运行在R T O S 之上，才能保证系统的安全性和可靠牲，并有利于开发难度的降低。常见的有以下凡种嵌入式操作系统：1 V x W o r k s 操律系统是美餮W i n dR i v e r 设计开发的一种嵌入式实时搡作系统(R T O S)，V x W o r k s 具有可裁剪微内核结构；赢效的任务管理；灵活的任务闯逶讯；微秒级的中断处理；支持多种物理介质及标准的、完整的T C P I P 网络协议等。然丽其价格辩贵，对每一个应用一般还要另外收取版税。一般不提供源代码，只提供二进制代码戳。2 W i n d o w sC E 与W
35、i n d o w s 系列有较好的兼容性，无疑是W i n d O W SC E 摧广的一太优势。其中W i n C E 3。0 是一种针对小容量、移动式、智能纯、3 2 位、了解设备的模块化实时嵌入式操作系统。从技术角度上讲，W i n d o w sC E 作为嵌入式撵作系统有很多的缺陷：没有开放源代码，使应用开发人员穰难实现产晶的定捌；在效率、功耗方面的表现并不出色，而且和W i n d o w s 样占用过的系统内存，运用程序庞大；版权许可费也是不得不考虑的因素 9 1。3 u C O S I h 是著名的源代码公开的实时内核，是专为嵌入式应用设计的，可用于8 位，1 6 位和3 2
36、 位单片机或数字信号处理器(D S P)。它是在原版本u C O S的基础上傲了重大改进与升级，并有了近十年的使用实践，有许多成功应用该实时内核的实例【l0 1。4 嵌入式L i n u x 是嵌入式操作系统的一个新成员，其最大的特点是源代码公开并且遵循G P L 协议，一赢是研究的热点，据I D G(I n t e r n a t i o n a lD a t aG r o u p)预测嵌入式L i n u x 将占未来几年的嵌入式操作系统份额的5 0。幽予其源代码公开，人们可以任意修改，以满足自己的应用，并且查错也很容易。遵从G P L，无须为每例应用交纳许可证费。有大量的应用软件可用。其
37、中大部分都遵从G P L，并都是开放源代码和免费的。硪以稍加修改后应用于用户蠢己的系统。有大量的免费的优秀的开发工具，庞大的开发人员群体。随着L i n u x 在中国的普及，L i n u x 人才越来越多。所以软件的开发和维护成本很低。优秀的网络功能，这在I n t e m e t 时代尤其重要。稳定也这是L i n u x 本身具备的一个很大优点。内核精悍，运行所需资源少，十分适合嵌入式应用。支持的硬件数量庞大。嵌入式L i n u x 和普逶L i n u x 并无本质区别，P C 上用到的硬件嵌入式L i n u x 几乎都支持。而且各种硬件的驱动程序源代码都可以得到，为用户编写自己
38、专有硬件的驱动程序带来很大方便【l。在嵌入式应用中，使用实时操作系统(砌的S)是当前嵌入式应用的一个特点，一种趋势，也是单片机应用从低水平向高水平的一个进步。在实际的应用中，根据不同的要求帮条件选择合适的操作系统，使开发工作更容易，设计出更完美的嵌入式系统。嵌入式操作系统的选择主要从以下几个方面加以考虑：l。可移植性、操作系统相关性。当进行嵌入式软件开发时，可移梭性是要重点考虑的问题。良好的软件其移植性应该比较好，可以在不同平台、不同系统上运行，跟操作系统无关。软件的通用性和软件的性能通常是矛盾的。即通用以损失某些特定情况下的优化性能为代价。反之，当产品与平台和操作系统紧密结合时，往往产品的特
39、色就蕴含其中。2 可利用资源。产品开发是以快速、低成本、高质量的推出适合用户需求的产品为目的的。集中精力研发出产品的特色，其他功能尽量由操作系统附加或采用第三方产品，因此操作系统的霹利髑资源对予选型是一个重要参考条件。L i n u x和W i n C E 都有大量的资源可以利用，这是他们被看好的重要原因。其他有些实时操作系统由于沈较封闭，开发时可以剩矮的资源比较少，因此多数功能需要宣已独立开发、从而影响开发进度。近来的市场需求显示，越来越多的嵌入式系统，均要求提供全功能的W e b 浏览器。3 系统定制能力。信息产品不同于传统P C 的结构的单纯性，用户的需求是千差万别的，硬件平台也都不一样
40、，所以对系统的定制能力提出了要求。要分析6产品是否对系统底层有改动的需求，这种改动是否伴随着产品特色。L i n u x 由于其源代码开放，在定制能力方面其有优势。辱成本。成本是所有产鑫不褥不考虑的霹题。操撵系统豹选择会对裁本有缀大的影响。L i n u x 免费，W i n C E 等商业系统需要支付许可证使用费。成本是需要综合权衡以后进行考虑的选择某一系统可能会对其他一系列的因素产生影响，如对硬彳孛设备嚣选型、人员投入、以及公司管理耱与其他合作伙伴韵共同开发之间的沟通等许多方匿的影响【1 2】。综上所述嵌入式系统的软件选择原则，本系统选择嵌入式L i n u x 作为操作系统，其谴软件由嵌
41、入式两页服务器G o A h e a d 和嵌入式数据库S Q L i t e 组成。2 3系统的总体设计方案通过以上工作，本文完成了一套远程实时数据采集和发布的软硬件平台的选择。通过软件模块的不露组合，适蔫于设备数据采集以及其糖美工业中懿应用，具有定的使用价值。在硬件的基础上移植嵌入式操作系统，在嵌入式操作系统的支持下移植服务器G oA h e a d 和数据库S Q L i t e。网页和C G I 程序经交叉编译后加入文件系统中并下载到嵌入式硬件上。系统工作时采集到韵数据经数据分析处理模块分析处理后的实时数据存在实时数据文件中，历史数据存储在服务器的数据库中，用户可以通过因特网来浏览服务
42、器的网页来获取实时数据和历史数据。管理员也可以通过U S B 接口进行数据的备份。综上所述，本系统的结构如图2 1 所悉o壤C(教掘N _ P 匿LIP簌NyI 段J 殍雄展例一jNy心入l 姗测扩展瀚护黼卡L援y霉菏选删T 目1、j人援u I 垂瀵海冀建、赣赣Ay出R拨，、接攘，M心燃中断弱榭莎纛|B U F F篓 婵例渊隧卡掇矿、扳赣、囊c o M l 麒辨、输出笔墨l 耀斟扩黜柏辨-_人V接 B U 群越(耄羹薹；陋割一卡l 阻胛。入l 娜霉璎糯釜斟扩鬟舞美t 馨窭鬟卡臻禳接i 妄莎_ h秘l l V d 阿嚣b 剑扩展鼓辨遥控板卡yl 姗嚣l 扩勘孺陋渤毫懿一麟图2-2 硬件总体绪构图
43、将A R M 的地址数据总线通过底板扩展到背板上。将通过插接在背板的不同扩展插槽上的扩震扳卡上的不同拨码开关，使褥地址映射到A R M 的对应地址空闻，实现整个系统的全部地址空间由A R M 统一编址，对扩展板卡进行统一读写。合理的定义扩展插槽，实现扩展板卡可插在任何一今扩展插槽(露定电源叛和核心叛位置)上。并可随时根据实际需要开发基于地址数据总线结构的任何扩展板卡。每一块扩展板卡器件数量和功能大大简化，减小了故障几率，降低了硬件成本。每个扩展插槽上都扩展出R S 4 8 5 总线，可对原有系统或外接智能设备提供接墨。整个系统对外提供I O M 10 0 M 网口、R S 2 3 2、R S
44、4 8 4 M o d e m 和U S B 等各种接口。整个系统基于A R M 的L i n u x 操作系统使得疲用程序的架构清晰、扩展性强和维护方便等优点得以在嵌入式系统中体现。本方案的采用更使得软、硬件开发以驱动程序为接隧界面规范清鳜：硬件提供基本硬件资源和驱动，软件调用驱动实现相关应用。l O3 操作系统的移植和B O O T L O A D E R 的使用3。1L i n u x 的介绍L i n u x 是由U N I X 操作系统发展而来的，具备现代一切功能完整的U N I X 系统所具备酶全部特征，其孛包括真正的多饪务、寝拟逡存、共享库、优秀的内存管理以及T C P I P
45、网络支持等【1 6 1。L i n u x 起初是为基于x 8 6 架构的P C 机开发，随着L i n u x 的不断发展和完善，它已经可以很好地支持诸如A R M、D E CA l p h a、S U N S p a r c、M 6 8 0 0 0、M I P S 和P o w c r P C 等主流处理器架梅，目前，L i n u x 已经成为嵌入式应用的主流操作系统之一。之所以能成为一种流行的嵌入式操作系统，除具有功能强大、高性能、稳定性葑以及源代码开放等优势以外，其最大的特点是L i n u x 内核其有非常良好的结构。即可由用户根据特定的系统需求，对内核进行配置或剪裁，而这一特点恰
46、恰满足了嵌入式应用的差异性需求。许多统计数字表明，在嵌入式系统中使用或者打算使用L i n u x 作为操作系统的比例都在强劲增长，在某些领域，L i n u x 实际上已经处于领导地位，L i n u x 已经成为最为流行的嵌入式操作系统之一。与运行于P C 平台的标准L i n u x 相比较，嵌入式L i n u x 并不是一个新的东蘑，它实际上是对标准L i n u x 内核做了针对嵌入式应用的修改，例如u C L i n u x 就是针对无M M U 的处理器丽开发的一个变种；而R T L i n u x 则增加了内核调度的实时性，可用于实时性要求较高的场合。但所有这些嵌入式L i
47、n u x 基本的东西是一致的，都很好的保持了L i n u x 内核的特性。值得注意的是，通常所说的嵌入式L i n u x 指的是L i n u x 内核，并不包括各种基予内核的应用，院如L i n u x 的商业发行舨R e A H a t 等，就在内核的基础上加入了许多应用。因此，为区别这些商业的L i n u x，可以简单地定义嵌入式L i n u x：嵌入式L i n u x 是在标准L i n u x 基础上，经过适当地简化(裁剪)，然后加入些特定的功能，形成的一个精巧的、高效的、满足特定应角需求地专用(定制)操作系统，它具有用户可裁剪、可配置的特点。内核的各个功能模块描述如下：
48、1 进程管理进程管理主要完成进程的创建、中止、进程间的通信及任务调度，这个是L i n u x内核为核心的地方。进程管理的相关文件是在L i m t x 内核源代码目录的K e r n e l 中实现的，在嵌入式系统的开发过程中，一般不需要改动该目录下的文件，以免爨项致命的错误。最新的L i n u x 内核版本中增加了基于抢占式的任务调度，从而使得L i n u x 内核的实时性得到了很大的提高，更适合于嵌入式应用。2 内存管理内存管理的主要任务是为每个进程在有限的内存资源上建立虚拟地址空间。内核不同的部分通过一组瑟数与内存管理子系统之闯实现交互。内存管理的相关文件是在内核源代码目录下的M
49、M 中实现的。3 文件系统文件系统实际上就是在物理存储介质上实现的对数据的一种组织结构，或者叫做数据结构。L i n u x 系统是建立在文件系统这个概念之上的，几乎所有的系统资源都可以抽象成文件，例如设备文件就是对特定硬件设备的抽象，然螽这些设备的访问就可以通过操作设备文件来完成。L i n u x 支持多种不同的文件系统，这些文俘系统适合不同的物理介质，各有其特点，常见豹文件系统有E X T 2、R O M F S、N F S、J F F S 等。文件系统的开发和应用在嵌入式系统中十分重要，设计者根据系统的硬件设计来选择不同的文件系统支持。文件系统的相关文件在内核源码曩录下的f s 中，每
50、一个子目录下就是一种文件系统。4。设备控制除了处理器、内存和少数其他实体外，几乎所有的设备控制操作都要由设备相关的代码来实现，这些代码实际上就是设备驱动程序。L i n u x 内核包括了大量的标准以及j 标准设备的驱动，开发者可以根据系统的需求进行选择，但由于嵌入式设备面向应用的特点，往往需要根据系统特有的硬件来设计专门的驱动程序，因此在嵌入式L i n u x 的系统开发孛，设备驱动的开发占据了相当的分量。5 网络系统网终设备属予较为特殊的一类设备，对它的访阕是通过协议来实现的，有一部分也是由内核来管理核实现的，L i n u x 操作系统中和网络相关的代码在源码目录下的n e t 中。由