基于uClinux的網絡化遠程監控系統設計

4 系統軟件的設計

4.1 uClinux操作系統的移植

由于嵌入式websever硬件資源有限，在此平臺上只能運行一個小型的操作系統?？紤]到硬件的特點和對系統的功能要求等因素，我們選擇了一款目前比較成熟的uClinux操作系統，并在此基礎上實現了嵌入式webserver。uClinux從標準的Linux內核派生而來，通過對內存管理和進程管理等相關方面進行改寫，滿足無MMU處理器的開發要求。它繼承了Linux穩定而優良的性能,同時通過個性化的內核定制,能夠更好的滿足嵌入式應用的多樣化需要,提供豐富的應用軟件支持。

為了使uClinux能運行于硬件平臺,必須對uClinux進行移植。uClinux的移植可以修改內核中相關文件來實現。要修改的文件很多,不能一一介紹,主要有以下幾處: (1)linux/arch/mach-S3C44B0X目錄下處理器結構的,如:arch.c、irq.c等。arch.c指定了系統啟動時用到的地址，按照硬件設計的不同，地址將有所不同；irq.c是與中斷處理相關的程序。由于linux所支持體系結構的種類繁多，所以對一個新型的體系，其低級例程可以模仿與其相似的體系例程編寫,在這里可以從mach-S3C4510目錄下的文件修改得到。(2)include/asm-armnommu /arch-S3C44B0X下相關文件,如:dma.h、hardware.h、irq.h、system.h、time.h等。dma.h這條文件定義了DMA通道,以及DMA可以使用的內存空間。hardware.h件定義了內存地址和10地址,根據設計的硬件電路不同而不同。irq.h中定義了 fixup_irq()、irq_init_irq()等函數。system.h在該文件中需要定義兩個函數:arch-idle()和arch- reset()。time.h實現了定時器中斷處理s3c44b0x_timer_interrupt()和相關函數。(3)各級相關makefile。在交叉編譯環境下編譯內核,當編譯結束時會生成內核的鏡像文件image.rom,將其和bootloader一起燒寫在板子的Flash中,重新加電通過串口可以觀測到內核的啟動信息,證明系統移植成功。

4.2 守護進程的實現

uClinux移植完成后就可以在此平臺上進行應用程序開發了。系統開發的主要功能要求是使系統響應遠程客戶機的請求,完成特定的操作,同時能夠自動的將本地的監測數據傳送到遠程客戶機上。根據這一要求,必須對在服務器上實現一個守護進程。該程序在uClinux下用C語言編寫,當uClinux操作系統啟動后會自動運行,流程圖如圖3所示。

圖 3

4.3 嵌入式Webserver的實現

考慮到硬件資源的限制,這里我們選擇uClinux下的boa服務器。Boa是一款單任務的HTTP服務器,它通過建立HTTP請求列表來處理多路連接請求,而且它只為CGI程序創建新的進程,這樣就節省了大量的系統資源, 因此，Boa具有很高的HTTP請求處理速度和效率，在嵌入式系統中具有很高的應用價值。要在uClinux上運行boa需要對uClinux進行修改, 在user/Makefile,加入dir_$(CONFIG_USER_BOA_SRC_BOA) += boa;在config/config.in中加入

comment 'Network Applications'

bool 'boa' CONFIG_USER_BOA_SRC_BOA

在uClinux-dist/vendors/Samsung/44b0/rc中加入一行ifconfig eth0 202.117.0.2 up，再增加一行腳本命令boa ，把Default.html定義為遠程客戶瀏覽的控制頁面，放在/uClinux-dist/romfs下面[3]。最后,在進行內核配置時make Menuconfig時選中boa ,重新編譯內核,將最終生成的文件燒寫進Flash中即可。

4.4 客戶端軟件實現

用戶端使用了Java語言編寫的應用程序瀏覽該嵌入式Webserver上的html信息，并完成數據處理和相應的控制功能。主要包括:產生發送至Webserver的指令流,顯示從Webserver返回的數據；當命令執行過程中所要執行的信息的提示；對返回數據的簡單處理等等。

5 結束語

本文作者創新點:本文克服單片機在組建大型網絡方面的局限,提出了基于uClinux的網絡化遠程監控系統。該系統充分利用以太網網絡的諸多優點以及CAN總線網絡在工業控制方面的廣泛應用, 實現了兩種網絡的無縫互連, 并在這種連接的基礎上實現對機電設備的遠程集中監測和控制。該監控系統具體積小、性能可靠、組網方便靈活等優點, 它能夠大幅提高企業的自動化和信息化水平,有著廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 劉崢嶸等.嵌入式linux應用開發詳解.北京:機械工業出版社,2005

[2] 毛德操 胡希明.linux內核源代碼情景分析.杭州:浙江大學出版社,2001

[3] 黃志強等.嵌入式家庭遠程監控系統設計.微計算機信息 2005,21(3):91-92

[4] 鄒思軼.嵌入式Linux設計與應用[M]．北京：清華大學出版社,2002.

[5] www.uclinux.org

[6] SAMSUNG公司.S3C44BOXdatasheet.pdf

[7] CAN.Controller Area Network CAN,an Invehicle Serial Communication Protocol[Z].SAE Handbook 1992,SAE Press,1990．

[8] Kurt Wall等,張輝譯.GNU/Linux編程指南(第二版)[M].清華大學出版社,2002