基于ARM的嵌入式SMTP遠程控制設計

隨著WWW 的不斷發(fā)展,人們對以IP 網絡為基礎的Internet 應用提出了更高的需求,將來的Internet 必將實現“利用IP 技術傳輸控制行為(Action over IP)”。在工業(yè)控制領域怎樣實現儀器儀表的遠程數據采集，實現異構網絡互連及遠程監(jiān)控成為技術的關鍵。因此需要一種合理的通訊模式來實現數據的遠程傳輸[1]。
在本課題中，通過SMTP協(xié)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(xié)議，并通過雙絞線連接到Internet上。在該平臺上開發(fā)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(jiān)視和控制。該方式對于無人值守的工、民用控制及分布式水、電、氣、環(huán)境等遠程監(jiān)控有普遍的意義和實際的應用價值。
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(tǒng)中嵌入式SMTP軟件模塊的具體實現和調試過程。
1． 系統(tǒng)整體結構
在系統(tǒng)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(tǒng)基礎上開發(fā)控制設備及儀表，使傳統(tǒng)的測試和控制設備轉變?yōu)榫邆淞艘訲CP/IP為底層通信協(xié)議，SMTP技術為核心的基于互聯(lián)網的網絡測試和控制設備。嵌入式SMTP系統(tǒng)與傳統(tǒng)SMTP Server相比，簡化了協(xié)議結構，將信息采集和信息發(fā)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(xié)議，內嵌于設備的SMTP 服務器可以接收任何標準郵件發(fā)送工具發(fā)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(tǒng)和通信系統(tǒng)的設計、維護工作量，節(jié)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(tǒng)的硬件結構
系統(tǒng)硬件的核心部件，由運行嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式微處理器系統(tǒng)構成，在嵌入式操作系統(tǒng)之上運行著系統(tǒng)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(fā)，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(yōu)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(fā)。
在硬件系統(tǒng)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(tǒng)直接集成在一起，也可以通過現場總線與應用系統(tǒng)相連。包括:8M 的FLASH 存儲器用來存儲實時操作系統(tǒng)的系統(tǒng)內核、TCP/IP 協(xié)議棧、各種控制程序及其他并行模塊；32M的SDRAM存儲器供系統(tǒng)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(tǒng)的硬件結構根據應用環(huán)境的不同進行調整，硬件資源也很有限。實時操作系統(tǒng)的系統(tǒng)內核、TCP/IP 協(xié)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(tǒng)提出了較高的要求。
1.2系統(tǒng)軟件結構
整個系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)包括五個部分：①嵌入式操作系統(tǒng)；②虛擬文件系統(tǒng)；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(tǒng)選用Linux，作為系統(tǒng)的軟件基礎，其優(yōu)異的跨平臺移植能力、開放的源代碼、配置的靈活性為開發(fā)提供了便利。內置的TCP/IP協(xié)議棧可使用戶快速的開發(fā)出應用層協(xié)議的程序。
Linux上的虛擬文件系統(tǒng)在FLASH及SDRAM的基礎上建立類似于磁盤的使用環(huán)境。虛擬文件系統(tǒng)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(tǒng)將系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)報告及定期向用戶報告工作狀態(tài)。