資料介紹
隨著網絡和通信技術的發展,嵌入式系統現已進入高速發展階段。并在社會各個領域得到了廣泛的應用。本文介紹了一種采用ARM+uCLinux作為開發平臺。實現基于TCP/IP的遠程系統監控.從而取代傳統單片機來實現數據采集、預處理和通信功能;并依靠互聯網將數據向上位機傳送,同時支持遠端客戶對設備進行遠程控制,從而實現遠程監控功能的具體方法。
1 系統平臺的構建
本系統由嵌入式平臺服務器、前端控制器、前端傳感器、客戶端和配置PC組成。開發時可通過配置PC來下載系統和應用軟件。嵌入式系統平臺能夠收集現場數據。并傳送到遠端客戶機,之后由遠端客戶機對數據進行處理,接著發送控制信號給系統服務器,以便通過前端控制器對設備進行遠程控制。其系統結構如圖1所示。
![ARM+uCLinux的網絡控制系統設計方案解析](/uploads/allimg/171106/2362486-1G106103141R0.png)
1.1 硬件開發平臺
該系統的硬件開發平臺可選擇SmartARM2200。該嵌入式設備的核心是ARM7TDMI的LPC2210.開發板自身具有A/D轉換器和多個GPIO(通用I/O)口,可對工業現場的各種設備、儀表進行數據采集和監控。使用時,只要將相應的傳感器信號接入控制器的端口即可。其開發板系統的硬件配置如圖2所示。
![ARM+uCLinux的網絡控制系統設計方案解析](/uploads/allimg/171106/2362486-1G10610314N64.png)
1.2 uCLinux操作系統
操作系統是嵌入式設備軟件的核心部分。本系統采用uCLinux系統平臺來完成對硬件系統的管理和維護。uCLinux是廣泛應用于微控制領域的一種嵌入式Linux操作系統。它通過對標準Linux內核的裁減,可去除虛擬內存管理部分代碼,以對內存分配進行優化。從而達到提高系統運行效率的目的。uCLinux則可經過各方面的小型化改造形成一個高度優化、代碼緊湊的嵌入式Linux,它保留了Linux的大多數優點,包括穩定、良好的移植性、優秀的網絡功能、完備的文件系統支持、豐富的API等。
1.3 uCLinux在ARM平臺上的移植
若將uCLinux移植到SmartARM2200上,需要進行以下四個步驟:
(1)下載源碼,建立交叉編譯環境
uCLinux是自由軟件(完全開放代碼)。用戶可以直接從http://www.uclinux.org/pub/uclinux處下載源代碼并安裝到Red Hat9.0系統下,以便正常在Red Hat9.0建立起交叉編譯環境。
(2)配置和編譯內核
進入到安裝好的uCLinux目錄,依次執行下面的命令:
make menuconfig;進入配置菜單后,選擇Vendor/Product(廠商/產品)下的PHILIPS/lpc2200;用Kernel Version(內核版本)選擇Linux-2.4.x,Libc Version(函數庫版本)選擇uClibc:其余內核和應用程序選項可根據情況選擇。
make dep
make clean
make lib_only
make user_only
make romfs
make image
make
編譯結束后會在uCLinux安裝目錄下生成romfs.img文件,利用它可以制作RAM Disk,然后在linux-2.4.X目錄下生成elf格式的Linux內核文件,并以下列方式將其轉換成bin格式:
#arm-elf-objcopy-O binary linux linux.bin從而生成下載用的uCLinux內核鏡像文件linux.bin。
(3)制作Ram Disk掛栽根文件系統
首先創建一個512 kB的虛擬磁盤,并將虛擬磁盤文件格式轉化成ext2格式:
dd if/dev/zero of=initrd.img bs=1024 count=512
mkfs.ext2-c init.img
然后將init.img和romfs.img加載到主機文件系統上,并在RAM中建立需要的目錄:/bin,/dev,/etc,/var,進而拷貝ROM中的文件到ram目錄中。
下來在RAM盤dev目錄下創建設備節點:
#mknod ram/dev/ttyS0 c 4 64
#mknod ram/dev/console c 5 1
后卸載init.img和romfs.img,并應確保init.img修改已保存,至此,RAM DISK便創建完成。
(4)下載內核和文件系統
正確設置主板啟動選擇跳線。主板加電后,在超級終端上便可以看到BootLoader引導信息,可選擇默認的FTP連接,并使用BootLoader默認的IP進行下載,然后啟動gftp,輸入主板默認的IP和端口號。這樣,linux主機就可以和主機連接,最后選擇需要下載的Linux內核文件和RAM盤及相關的配置文件即可。
1 系統平臺的構建
本系統由嵌入式平臺服務器、前端控制器、前端傳感器、客戶端和配置PC組成。開發時可通過配置PC來下載系統和應用軟件。嵌入式系統平臺能夠收集現場數據。并傳送到遠端客戶機,之后由遠端客戶機對數據進行處理,接著發送控制信號給系統服務器,以便通過前端控制器對設備進行遠程控制。其系統結構如圖1所示。
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1.1 硬件開發平臺
該系統的硬件開發平臺可選擇SmartARM2200。該嵌入式設備的核心是ARM7TDMI的LPC2210.開發板自身具有A/D轉換器和多個GPIO(通用I/O)口,可對工業現場的各種設備、儀表進行數據采集和監控。使用時,只要將相應的傳感器信號接入控制器的端口即可。其開發板系統的硬件配置如圖2所示。
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1.2 uCLinux操作系統
操作系統是嵌入式設備軟件的核心部分。本系統采用uCLinux系統平臺來完成對硬件系統的管理和維護。uCLinux是廣泛應用于微控制領域的一種嵌入式Linux操作系統。它通過對標準Linux內核的裁減,可去除虛擬內存管理部分代碼,以對內存分配進行優化。從而達到提高系統運行效率的目的。uCLinux則可經過各方面的小型化改造形成一個高度優化、代碼緊湊的嵌入式Linux,它保留了Linux的大多數優點,包括穩定、良好的移植性、優秀的網絡功能、完備的文件系統支持、豐富的API等。
1.3 uCLinux在ARM平臺上的移植
若將uCLinux移植到SmartARM2200上,需要進行以下四個步驟:
(1)下載源碼,建立交叉編譯環境
uCLinux是自由軟件(完全開放代碼)。用戶可以直接從http://www.uclinux.org/pub/uclinux處下載源代碼并安裝到Red Hat9.0系統下,以便正常在Red Hat9.0建立起交叉編譯環境。
(2)配置和編譯內核
進入到安裝好的uCLinux目錄,依次執行下面的命令:
make menuconfig;進入配置菜單后,選擇Vendor/Product(廠商/產品)下的PHILIPS/lpc2200;用Kernel Version(內核版本)選擇Linux-2.4.x,Libc Version(函數庫版本)選擇uClibc:其余內核和應用程序選項可根據情況選擇。
make dep
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make lib_only
make user_only
make romfs
make image
make
編譯結束后會在uCLinux安裝目錄下生成romfs.img文件,利用它可以制作RAM Disk,然后在linux-2.4.X目錄下生成elf格式的Linux內核文件,并以下列方式將其轉換成bin格式:
#arm-elf-objcopy-O binary linux linux.bin從而生成下載用的uCLinux內核鏡像文件linux.bin。
(3)制作Ram Disk掛栽根文件系統
首先創建一個512 kB的虛擬磁盤,并將虛擬磁盤文件格式轉化成ext2格式:
dd if/dev/zero of=initrd.img bs=1024 count=512
mkfs.ext2-c init.img
然后將init.img和romfs.img加載到主機文件系統上,并在RAM中建立需要的目錄:/bin,/dev,/etc,/var,進而拷貝ROM中的文件到ram目錄中。
下來在RAM盤dev目錄下創建設備節點:
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后卸載init.img和romfs.img,并應確保init.img修改已保存,至此,RAM DISK便創建完成。
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