基于儀表系統的嵌入式控制器的開發研究

　　1 引言

　　在儀器儀表迅速發展的同時，計算機和網絡技術也在迅速發展，PC機已經從高速增長進入到平穩發展時期，嵌入式系統的出現和廣泛應用，使計算機和網絡進入了后PC時代，基于嵌入式智能儀表遠程監控系統作為工業控制網絡重要發展方向之一。而嵌入式控制器是能夠實現智能儀表遠程監控的關鍵設備，是工業控制儀表與Internet連接的橋梁。

　　2 控制器總體介紹

　　嵌入式智能儀表的結構及其與Internet的連接方案設計如圖1。

　　圖1基于嵌入式智能儀表的遠程監控系統

　　嵌入式控制器是用于執行獨立功能并具有以復雜方式處理數據能力的控制系統，它內置在工業儀表上，由三部分組成:高速處理器、嵌入式Web服務器和工業儀表接口。嵌入式控制器以高速處理器為核心，由高速處理器和其他芯片協同工作來控制電子設備或裝置，能夠完成監視、控制等各種自動化處理任務。嵌入式控制器是一種很好的基本接入設備，它通過工業儀表接口與儀表相連。嵌入式控制器在TCP/IP數據傳輸的基礎上，將Web功能融入整個裝置。客戶只要擁有瀏覽器，即可方便的與控制器進行通信，對現場智能儀表進行過程參數的查看與設定，控制對象的關閉與開啟。

　　基于嵌入式儀表的遠程監控系統的核心是嵌入式控制器，嵌入式控制器是一個典型的嵌入式系統，嵌入式控制器的系統設計遵從嵌入式系統設計的相關理論。系統設計需要考慮把軟件和硬件的結構作為一個統一協調的整體。嵌入式系統趨向于采用高平臺（Platform）和采用面向對象的UML-RT來進行系統的分析和設計。因此，我們在設計嵌入式控制器時，采用UML-RT和平臺（Platform），使嵌入式控制器有一個彈性的架構，能夠方便快速的改變或擴充功能，滿足系統要求。

　　3 嵌入式控制器的需求分析

　　我們利用UML的用例圖（use case）來對嵌入式控制器進行需求分析。用例圖從用戶的觀點描述了系統硬件和軟件的功能。按照前面我們對嵌入式控制器的功能描述，我們得出系統的用例圖，如圖2所示。其中包括七個不同的用例和兩個不同的角色。

　　圖2 嵌入式控制器的用例圖

　　用戶角色可進行查看數據，設定數據，開啟和關閉控制對象（智能儀表），控制對象可以接收和發送數據，相應開啟和關閉的操作指令。數據處理中心負責數據的封裝，發送，計算等數據處理工作。

　　4 平臺（platform）的劃分和設計

　　在完成了系統的需求分析之后，開始劃分本平臺的系統結構，所謂本平臺的系統結構就是指平臺系統對各級之間界面的定義及其上、下層的功能分配，而且每一層又有它自己的系統結構。主要按照功能、邏輯順序來劃分多級層次結構。在劃分系統結構的時候，主要需要綜合平衡下面的一些問題:

　　1、本質上，它是從平臺用戶在使用本平臺進行開發時，所看到的本平臺的屬性，包括概念性結構，一些接口和功能特性。從概念和功能上把它看作是有多級構成的層次結構，有利于對嵌入式控制器及開發平臺本身的正確理解。要研究哪些應當透明，哪些不應當透明。透明的好處是可以不用管它，簡化了該級的設計。

　　2、一般來說，很多功能既可以放在上層，也可以放在下層，而且它們在邏輯功能上是等效的。選擇什么樣的上下層分配比例，主要取決于易用性，復雜度及現有的硬件狀況等。

　　3、系統結構的設計與實現，究竟應該從哪一層開始，也是一個重要的問題。比如對于一個三層的結構，可以有從上到下、從下到上、由中間開始等多種選擇。從上述幾點考慮，嵌入式控制器平臺的系統結構如圖3所示。