基于一種新的嵌入式遠程通訊模式設計研究

摘要：本文主要是通過SMTP協議的方式提供了一種新的嵌入式遠程通訊模式。即在ARM處理器中實現SMTP協議，并通過雙絞線連接到Internet上。在該平臺上開發的遠程控制設備或儀器儀表實現了通過Internet進行數據的遠程傳輸，在任意一臺上網的計算機上都可以通過Internet對其進行遠程監視和控制。

項目中選擇了基于ARM體系結構的32位微處理器，介紹了模塊的各組成部分，包括基于ARM的硬件結構模型、軟件結構、SMTP的基本結構及其運行機制。并詳細分析了ARM系統中嵌入式SMTP軟件模塊的具體實現和調試過程。

1.系統整體結構

在系統中，將SMTP服務器引入到ARM的平臺上實現嵌入式SMTP服務器(Embedded SMTP Server)。在此軟硬件系統基礎上開發控制設備及儀表，使傳統的測試和控制設備轉變為具備了以TCP/IP為底層通信協議，SMTP技術為核心的基于互聯網的網絡測試和控制設備。嵌入式SMTP系統與傳統SMTP Server相比，簡化了協議結構，將信息采集和信息發布都集成到現場的測控設備中。由于SMTP是Internet中跨平臺的標準通信協議，內嵌于設備的SMTP 服務器可以接收任何標準郵件發送工具發出的E-mail指令和數據。同時由于SMTP技術的開放性和獨立平臺特性，大大降低了軟件系統和通信系統的設計、維護工作量，節省了人員培訓費用等，提高了現場測試和控制設備的管理水平。

1.1系統的硬件結構

系統硬件的核心部件，由運行嵌入式操作系統的嵌入式微處理器系統構成，在嵌入式操作系統之上運行著系統的核心軟件。由于ARM處理器技術成熟，市場占有率高，且成本急劇下降。從工控角度出發，我們選用MOTOROLA基于ARM 內核的MX9328MX1。該芯片是一款基于ARM9T芯片。它一方面具有ARM 處理器的低功耗、高性能等優點;同時又具有豐富的片上資源，非常適合嵌入式產品的開發。

在硬件系統中包含實現SMTP通信功能的微處理器，它可以和前端的應用系統直接集成在一起，也可以通過現場總線與應用系統相連。包括:8M 的FLASH 存儲器用來存儲實時操作系統的系統內核、TCP/IP 協議棧、各種控制程序及其他并行模塊;32M的SDRAM存儲器供系統運行時使用;以太網接口實現與Internet/Intranet 連接;現場總線擴展控制模塊提供現場一定范圍內設備的分布控制;通用IO口控制模塊等。其硬件結構圖如圖1 所示[2]。

圖1: 嵌入式SMTP遠程控制平臺硬件結構

考慮到性價比，系統的硬件結構根據應用環境的不同進行調整，硬件資源也很有限。實時操作系統的系統內核、TCP/IP 協議棧、各種應用程序都必須寫入到FLASH中并在運行時調入到SDRAM 中運行，這樣對軟件系統提出了較高的要求。

1.2系統軟件結構

整個系統的軟件系統包括五個部分：①嵌入式操作系統;②虛擬文件系統;③SMTP引擎;④配置模塊;⑤安全模塊;⑥控制程序接口模塊。

嵌入式操作系統選用Linux，作為系統的軟件基礎，其優異的跨平臺移植能力、開放的源代碼、配置的靈活性為開發提供了便利。內置的TCP/IP協議棧可使用戶快速的開發出應用層協議的程序。

Linux上的虛擬文件系統在FLASH及SDRAM的基礎上建立類似于磁盤的使用環境。虛擬文件系統使用數據結構存儲文件大小、修改時間等信息。通過虛擬文件系統將系統中所需的控制程序以及配置文本等以文件形式存儲于系統芯片上。

SMTP引擎負責響應用戶的請求，通過應用程序接口使用戶遠程控制設備的動作，臨界值狀態報告及定期向用戶報告工作狀態。

配置模塊使系統管理員可以遠程使用郵件的方式設置設備的參數，在系統啟動中定義的配置環境變量包括設備的臨界值，狀態報告周期，Socket端口等網絡參數，設備的啟動停止時間，工作周期等。

網絡遠程設備的配置和控制信息的訪問是安全保護的重點。安全模塊通過在服務器上定義安全域和對每個安全域定義的用戶名/密碼實現對敏感信息的保護。還可以對請求控制動作及數據采取加密措施實現安全保護功能。系統主要通過ESMTP來實現保護措施。ESMTP為擴展的SMTP協議，是郵件服務器系統為了限制非本系統的正式用戶利用本系統散發垃圾郵件或其他不當行為而開設的一項安全認證服務。

應用程序接口模塊實現和嵌入式控制系統的控制及數據交換。在本系統中，應用程序接口與嵌入式操作系統通信，通過設備的驅動程序實現對嵌入系統的配置、監視和控制，是系統控制的核心。監控程序模塊使用CGI(Common Gateway InteRFace)的方式實現。