基于Linux和s3C2440的GPC控制器設計

　　近年來，基于Internet的網絡化控制系統(tǒng)已成為國內外測控領域研究的熱點，在石油勘探開發(fā)、鋼鐵化工等領域有著廣闊的應用前景。而控制器的設計和研發(fā)是整個網絡控制系統(tǒng)的關鍵和核心。在一些地域高度分散以及環(huán)境惡劣的控制現(xiàn)場，使用嵌入式系統(tǒng)作為控制器節(jié)點，可更有利于多點分布式綜合布控及并行處理，實現(xiàn)更好的測控效果。然而由于網絡傳輸本身的特點，網絡時延會不可避免地影響網絡控制系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性，因此本文提出基于S3C2440A及嵌入式Linux的GPC(Generalized PredictiveControl)控制器的設計方案，具有一定的通用性。

　　1 控制器硬件平臺設計

　　控制器節(jié)點是嵌入式網絡化測控系統(tǒng)的中心。在測控系統(tǒng)中，主控制器承擔著控制算法的實現(xiàn)和數(shù)據(jù)采集兩大任務，這要求控制器節(jié)點的硬件平臺有更強的計算能力，以及更好的網絡性能。本文中控制器的硬件平臺采用三星公司的S3C2440，外圍設備主要有RAM、Flash等。控制器的硬件平臺結構如圖1所示。

　　(1)S3C2440處理器簡介

　　本系統(tǒng)采用三星公司的16/32位RISC微處理器S3C2440AL作為控制器核心。S3C2440AL的一大特點是其核心處理器(CPU)采用16/32位ARM920T的RISC微處理器。ARM920T實現(xiàn)了MMU、AMBA BUS和Har-vard高速緩沖體系結構。系統(tǒng)資源和外圍接口豐富，包括電源管理器、外部存儲器控制器、4通道DMA、3通道UART、8路10位ADC和GPIO等。

　　(2)外圍電路簡介

　　控制器外圍電路主要由存儲器電路模塊、通信模塊以及JTAG調試電路等構成。其中存儲器電路模塊采用2片HY57V561620FTP芯片作為外擴SDRAM;采用1片SST39VF1601(2 MB)芯片作為NOR Flash，用于存放bootloader程序;采用1片K9F1208芯片(64 MB)作為NAND Flash，用于存放操作系統(tǒng)以及文件系統(tǒng)。在通信模塊中采用DM9000網卡芯片和網絡變壓器HR911103A，以實現(xiàn)以太網接口的設計;同時設計了USBhost接口電路，為下一步實現(xiàn)WLAN通信提供接口。A/D和D/A接口電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制信號的發(fā)出。

　　2 控制器軟件平臺設計

　　2.1 軟件平臺整體結構

　　控制器節(jié)點軟件體系結構如圖2所示。其中最底層為設備驅動程序層，主要進行處理器初始化和驅動各外設電路模塊;第2層為嵌入式Linux操作系統(tǒng)，主要管理系統(tǒng)的軟硬件資源、上層應用，以及操作底層驅動接口;第3層為Web服務器，以實現(xiàn)控制器的：Browser/Server訪問控制;第4層為應用程序，主要包括實時數(shù)據(jù)庫、GPC控制算法和時鐘同步應用程序。

　　2.2 bootloader的配置和編譯

　　首先在宿主機的Linux下建立arm-linux-gcc-2.95.3交叉編譯環(huán)境，將vivi.tgz解壓縮到Linux的相應目錄下，進入vivi目錄，執(zhí)行make menuconfig命令進入vivi配置界面，對vivi的參數(shù)進行配置。完成配置之后，進行編譯，此時已經在當前目錄下生成了vivi?？墒褂肏-JTAG將vivi燒寫到NAND Flash運行。

　　2.3 Linux的移植

　　(1)編譯Linux內核

　　首先在宿主機的Linux下建立arm-linux-gcc-3.4.1交叉編譯環(huán)境，然后將Liunx-2.6.13.tgz解壓縮到Linux的某一目錄下，執(zhí)行make menuconfig命令進入內核配置界面，定制Linux內核，包括配置CPU選項、網卡聲卡驅動、串口、對yaffs文件系統(tǒng)的支持等選項。完成定制之后，保存設置退出。然后對內核進行編譯，即可生成內核映像文件zImage。

　　(2)制作yaffs文件系統(tǒng)

　　制作yaffs文件系統(tǒng)映像需要使用mkyaffsimage工具程序。首先將其解壓縮到/usr/sbin目錄下，然后將文件系統(tǒng)解壓縮到Linux某一目錄下，此時用戶可以將自己編寫的應用程序或其他文件添加到文件系統(tǒng)中。添加完畢后使用mkyaffsimage命令即可得到root.img鏡像文件。最后可使用H-JTAG將生成的映像文件燒寫到NAND Flash運行。

　　2.4 Boa服務器的移植和構建

　　在網絡化測控系統(tǒng)中，每個測控節(jié)點都需要使用Web瀏覽器進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)交互。Web服務器作為一個數(shù)據(jù)載體，可以將本地的信息和數(shù)據(jù)通過網絡傳遞給遠端發(fā)出請求的客戶，這對遠程網絡化監(jiān)控的實現(xiàn)有重要意義。因此Web Server的移植成為一項必不可少的工作。Boa的優(yōu)點在于其源代碼開放、性能好和可靠性高。本文中Web Server的構建也是基于Boa展開的。

　　首先在官方網站上下載Boa的源碼boa-0.94.13.tar.gz，解壓縮到Linxu宿主機的某一目錄下，然后進入src目錄，執(zhí)行./congfig命令，生成Makefile.in文件。由于生成的Makefile文件是針對X86平臺的，為了生成能夠在ARM上運行的Boa，需要修改Makefile文件。找到CC=gcc，CPP=gcc-E這兩行，并修改為CC=arm-linux-gcc，CPP=arm-linux-gcc-E;然后使用make命令進行編譯，編譯成功后會在src目錄下生成1個可運行在ARM平臺下的Boa可執(zhí)行文件，然后將編譯好的Boa程序放入，/sbin目錄下。

　　在目標板上運行Boa之前，還需要對boa.conf文件進行配置。boa.conf文件主要包含的boa基本參數(shù)：Port，boa服務器監(jiān)聽的端口;User，連接到服務器的客戶端的身份;DocumentRoot，HTML文件的根目錄。用戶可以根據(jù)自己的需要進行設置，設置完畢后進入sbin目錄，直接運行Boa就可以直接啟動Web服務器。