基于ARM & Linux的嵌入式實時控制系統(tǒng)

摘 要：近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，其原理的優(yōu)勢作用已經(jīng)逐漸突顯出來。嵌入式控制系統(tǒng)不僅可以體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的信息聯(lián)合作用，還能最大程度提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器遠(yuǎn)程控制能力?；贏RM Linux的嵌入式實時控制系統(tǒng)可以幫助網(wǎng)絡(luò)工程管理人員掌控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)內(nèi)容制定相應(yīng)的控制方案?；诖?，本文將結(jié)合嵌入式實時控制系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用問題進(jìn)行深入分析。

關(guān)鍵詞：ARM Linux；嵌入式；實時控制；研究與分析

中圖分類號：TP273

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、嵌入式技術(shù)是促進(jìn)嵌入式實時控制系統(tǒng)發(fā)展的源動力，所以與傳統(tǒng)技術(shù)相比，嵌入式控制系統(tǒng)的兼容性非常好，具有許多優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用性能。計算機集中控制系統(tǒng)、總線控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)催生出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，計算機與網(wǎng)絡(luò)信息的結(jié)合標(biāo)志著嵌入式實時控制系統(tǒng)將成為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)展的重點項目。

1 嵌入式實時控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

目前，世界上最常用的嵌入式控制系統(tǒng)是總線控制系統(tǒng)，其智能設(shè)備的信息自動化輸送能力非常強，從雙向信息傳輸角度分析，數(shù)字式、字符式、數(shù)據(jù)化的通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以幫助網(wǎng)絡(luò)信息控制系統(tǒng)底層設(shè)備。與互聯(lián)網(wǎng)相同，信息也需要在生產(chǎn)的同時實現(xiàn)交流任務(wù)。因此，根據(jù)這一系統(tǒng)特性，總線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議改變了程序結(jié)構(gòu)，去除了ISO/OSI7層，并將數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層以及物理層融合到了一起，這種設(shè)計模式提高了分散數(shù)據(jù)的集成化控制能力，讓系統(tǒng)設(shè)備的控制功能進(jìn)一步擴大[1]。

1.1 嵌入式實時控制系統(tǒng)使用特征分析

（1）不支持TCP/IP協(xié)議。目前物聯(lián)網(wǎng)通訊多半依仗ISO模型，這種模型的運行結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在日常系統(tǒng)管理中，模型對數(shù)據(jù)信息的搜集能力并不明顯，如果在信息傳遞過程中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議出現(xiàn)了權(quán)限控制，則控制系統(tǒng)將無法獲得既定的傳輸信息[2]。

（2）總線共存。世界上共有40多種現(xiàn)場總線，如英國EAR、法國FIP、德國SPB等，這些現(xiàn)場總線形式大大弱化了網(wǎng)絡(luò)控制標(biāo)準(zhǔn)對體系建立的規(guī)范性。同時在多種總線設(shè)置競爭的情況下，總線技術(shù)很難達(dá)到良好的保密效果，使其難以跨越發(fā)展固有形態(tài)。

（3）網(wǎng)絡(luò)信息傳輸形式。一般來講，總線信息傳輸速度不會超過500kb/s，所以新型嵌入式實時控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)信息傳輸速率無法滿足現(xiàn)實的傳輸環(huán)境，會給傳輸介質(zhì)帶來巨大的環(huán)境壓力[3]。

1.2 嵌入式實時控制系統(tǒng)的作用

基于ARM Linux的嵌入式實時控制系統(tǒng)中，硬件平臺通常會采用高性能的ARM處理器，這種處理器的操作能力很強，所以即使Boa服務(wù)器嵌入互聯(lián)網(wǎng)中，其系統(tǒng)仍能處在穩(wěn)定的運行狀態(tài)下，正常工作。同時，采用ARM Linux開發(fā)平臺，控制系統(tǒng)的創(chuàng)建成本會大大降低，其主流TCP/IP協(xié)議流通效率也大幅度提高了。

2 嵌入式實時控制系統(tǒng)的硬件平臺設(shè)計與實現(xiàn)

硬件平臺對控制系統(tǒng)的性能要求非常高，所以應(yīng)以S3C2400為微處理器，采用RISC技術(shù)，讓系統(tǒng)的工作頻率大幅度上升，在提高系統(tǒng)程序運行速率的同時，擴展程序的運行空間。同時，硬件系統(tǒng)還應(yīng)組織創(chuàng)建多功能數(shù)據(jù)庫，用RS-232接口將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與信息管理系統(tǒng)相連接，讓系統(tǒng)設(shè)備具有良好的信息控制功能。以太網(wǎng)RJ-45為接口的嵌入式設(shè)備可以幫助實時控制系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)傳輸工作，體現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫移動儲存的功能[4]。

3 構(gòu)建嵌入式實時控制系統(tǒng)的操作體系

3.1 服務(wù)器移植

在加載程序的引導(dǎo)下，系統(tǒng)后臺運行的第一段代碼可以直觀顯示網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的引導(dǎo)任務(wù)，所以從嵌入式實時控制操作系統(tǒng)的功能性入手，系統(tǒng)必須利用移植服務(wù)器提高加載程序的運行時間，讓AMR硬件回復(fù)到初始狀態(tài)，同時還應(yīng)設(shè)置啟動參數(shù)，讓系統(tǒng)內(nèi)核代碼與第一段引導(dǎo)代碼相互吻合。由于嵌入式實時控制系統(tǒng)常用的硬件核心為S3C2440，所以在進(jìn)行服務(wù)器移植時，核心文件應(yīng)按照系統(tǒng)基準(zhǔn)代碼來修改，并且其修改后的文件應(yīng)具備一定的翻譯功能。

3.2 內(nèi)核移植

嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核文件的控制任務(wù)相對復(fù)雜，所以在系統(tǒng)開發(fā)的過程中，工程人員應(yīng)該按照內(nèi)核配置，將內(nèi)核數(shù)據(jù)按照固定編碼順序進(jìn)行翻譯，并下載相應(yīng)的Linux代碼，升級內(nèi)核控制版本，保存內(nèi)核數(shù)據(jù)庫中的源碼。同時，嵌入式實時控制系統(tǒng)還可以利用交叉編譯器的功能性作用進(jìn)行程序系統(tǒng)開發(fā)。不僅要修改內(nèi)核代碼，還應(yīng)在系統(tǒng)服務(wù)器支持的基礎(chǔ)上提高內(nèi)外部代碼的共融性，首先在系統(tǒng)根目錄中找到Makefile文件，修改文件中的ARM體系結(jié)構(gòu)，讓有關(guān)代碼可以滿足處理器修改需求[5]。

3.3 制作根文件系統(tǒng)

根文件對嵌入式實時控制系統(tǒng)操作指令的內(nèi)容影響很大，如果系統(tǒng)內(nèi)還未解壓的原始代碼包沒有形成穩(wěn)定的控制結(jié)構(gòu)，不具備運行Busybox配置的能力，根文件可以在更改系統(tǒng)配置的同時，改變編譯標(biāo)準(zhǔn)，讓程序按照制定的規(guī)范形式運行，同時還能清晰的分別出各種啟動控制指令內(nèi)容，讓啟動界面呈現(xiàn)一種多元化的控制模塊形式。

3.4 程序設(shè)計

（1）軟件模塊。軟件模式是嵌入式系統(tǒng)的重要功能模塊，其不僅可以在數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、程序設(shè)計等四方面提高嵌入式實時控制系統(tǒng)的控制能力，同時還具有很強的集成信息處理能力，幫助嵌入式系統(tǒng)利用這些模擬數(shù)據(jù)改變互聯(lián)網(wǎng)配置的相關(guān)內(nèi)容，保證其能展現(xiàn)出良好的運行狀態(tài)[6]。

（2）信息處理流程。嵌入式系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程代碼將信息傳送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在用戶網(wǎng)頁中會顯示出有效信息，這些有效信息在訪問權(quán)限上是嚴(yán)格控制的，所以如果CGI程序并沒有接收到用戶的正確指令，則控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫并不會向用戶開放編碼信息。如果CGI程序接收到了正確的訪問指令，則控制系統(tǒng)會進(jìn)一步利用編碼程序完成數(shù)據(jù)傳輸。采用溫度傳感器控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)運營、采集環(huán)境，讓各嵌入式結(jié)構(gòu)處在聯(lián)動狀態(tài)，同時幫助系統(tǒng)微處理器將信息傳送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，提高用戶獲取信息速度。

4 結(jié)束語

通過上文對基于ARM Linux的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)、設(shè)計原理、運行模式進(jìn)行系統(tǒng)分析可知，采用模擬多機訪問嵌入式服務(wù)器的方式，經(jīng)過檢測系統(tǒng)完成了前端數(shù)據(jù)采集和提供遠(yuǎn)程服務(wù)器訪問等功能的系統(tǒng)設(shè)計方法，可以更好的體現(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實用價值和功能價值。依靠現(xiàn)場智能設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、服務(wù)器控制功能的嵌入式系統(tǒng)，其系統(tǒng)兼容性會進(jìn)一步擴大，其系統(tǒng)的制約因素也會隨之而增多。

參考文獻(xiàn)：

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[5]馮靜洲，付玉卓.基于ARM Linux的嵌入式GUI的研究和移植[J].計算機仿真，2012（06）：109-122.

[6]譚濤，許曉輝，黃曉亮.基于ARM Linux的嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2012（23）：124-136.

作者簡介：李玲玲（1979-），女，遼寧人，工程師，碩士研究生，研究方向：嵌入式應(yīng)用。

作者簡介：中國電波傳播研究所青島分所，山東青島 266107