SOPC技術在嵌入式工業以太網中的應用
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控制器的操作系統考慮到性價比以及現場控制需要，采用了uClinux。uClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統，完全開放代碼，其是專門為控制領域而裁減設計的嵌入式操作系統。
uClinux 從Linux 2.0/2.4內核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性[5]。它是專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌入式系統做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內存或內存管理單元（MMU）的處理器。它通常用于具有很少內存或Flash的嵌入式系統。
在GNU通用公共許可證（GNU GPL）的保證下，運行uClinux操作系統的用戶可以使用幾乎所有的Linux API函數，不會因為沒有MMU而受到影響。由于uClinux在標準的Linux基礎上進行了適當的裁剪和優化，形成了一個高度優化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，uClinux仍然保留了Linux的大多數的優點:穩定、良好的移植性、優秀的網絡功能、完備的對各種文件系統的支持、以及標準豐富的API等。在開發應用程序之前，先將uClinux移植到NIOS處理器中來。
特別的為了應用到工業實時領域，本文進一步增強uClinux的實時性。
整個嵌入式工業以太網控制器具有以下特點:
控制器具有很高的靈活性。這是本文設計的以太網控制器的最大特點。由于微處理器采用Altera公司的NIOS，使得系統資源能夠靈活調配，并且克服了采用其它處理器中存在的接口速率瓶頸的缺點，適應工業以太網實時數據的要求。
控制器具有很高的集成度。由于NIOS具有豐富的接口資源，而uClinux裁減后體積非常小，而且具備以太網功能，這樣可以很容易實現控制器的微型化、Internet化;
控制器具有很高的實時性。在設計硬件和軟件時都充分考慮了系統的實時性。硬件設計中采用了高速的A/D（500khz）和多路D/A輸出，使得關鍵信號能及時采樣和輸出，保證了“硬實時”;操作系統中加入了RTlinux模塊，保證了“軟實時”。
5 實際應用
針對某企業生產現場需要，將該型控制器應用到基于以太網的控制系統中。針對現場對網絡可靠性參數的嚴格要求，在控制層網絡改進傳統以太網拓撲結構。采用環形網絡拓撲，可以增加網絡的可靠性。
而解決網絡的實時性問題則采用了控制區域（Control Domain）概念，將控制現場分區，減少各個控制區資源競爭的情況。而控制區域之間的是通過交換式以太網交換機來通信。
每個控制區域（Control Domain）包含以太網交換機和嵌入式的工業以太網控制器，以及一些變送器和執行機構。如圖2所示。該系統具有如下特點:
圖2 設備層網絡結構
（1） 靈活性。由于控制器采用了NIOS微處理器，能夠靈活配置處理器的硬件資源，克服了接口數據傳輸速率的瓶頸，利用SOPC技術，系統硬件、軟件的設計和調試都十分方便。
（2） 可靠性。控制系統的網絡拓撲采用環形架構，大大增強了骨干網的可靠性。在控制網絡層，通過劃分控制區域，分散了控制風險;而在控制區域內部采用嵌入式的工業以太網控制器，集中控制整個控制區域，降低了控制成本。實踐證明這種分散結合集中的控制結構是十分有效的。
（3） 實時性。通過劃分控制區域，各個控制區域通過交換機連入骨干網，而每個控制區域內的變送和執行結構的信息都不會占用骨干網絡資源。這樣，每個控制區域的網絡負載可以降到很低的程度（5％）。提高了網絡的實時性。嵌入式工業以太網控制器的硬件和軟件設計均考慮了實時性要求，這樣在網絡層下進一步提升了系統的實時性。
6 結論
本文對嵌入式工業以太網控制器進行了開發研究，提出用SOPC技術來解決控制器硬件設計中存在的接口速率瓶頸問題，提高了控制器的實時性，應用實驗結果表明該系統運行穩定可靠。 linux操作系統文章專題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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