基于uClinux的遠程溫度監控系統的實現
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作者Email: xiangziyu9942064@163.com
摘要：隨著網絡技術的發展和市場需求的變化，工業設備實現網絡化管理控制已經成為一種必然趨勢。本文介紹了基于uClinux的遠程溫度監控系統的設計和實現方法，并對組播技術加以討論。
關鍵詞：uClinux s3c44b0x 溫度監控 組播技術
引言
當今社會已經進入數字信息技術和網絡技術高速發展的后pc（post－pc）時代，嵌入式設備已經滲透到各個領域，逐漸向著網絡化方向發展，如視頻監控、網絡攝像頭、遠程控制、信息家電等都離不開嵌入式設備與網絡的結合。
目前，國內的遠程溫度監控系統主要是用單片機和pc終端完成，單片機將采集到數據的經串口發送到pc機，pc機將數據處理后，采用tcp/ip協議將數據發送到互聯網上，實現數據的遠程采集。這種方式依賴于pc機，不靈活、不穩定、功耗高，采用ARM架構的微處理器為核心的嵌入式單元作為獨立的終端實現的遠程溫度監控系統，具有體積小、價格低、功耗低、穩定可靠的特點，可用于遠程監控、教學實驗等。
1.系統的硬件組成
本文描述的遠程溫度監控系統采用ARM7TDMI為核心的高性能嵌入式微處理器s3c44b0，該處理器內部集成了10位的AD轉換器，可用于高速的數據采集。在s3c44b0x處理器外部配以以太網控制器rtl8019as和存儲芯片實現遠程溫度監控系統的硬件平臺，在該平臺上移植了uClinux操作系統,并編寫驅動程序和應用程序，實現溫度的遠程監控。uClinux操作系統內核穩定、支持多種微處理器、網絡功能強大、源碼公開、可剪裁、使用成本低，這些特點使得開發的難度和成本大大降低。
圖1為遠程溫度監控系統硬件框圖，以s3c44b0為核心，外圍擴展一系列功能模塊。有4*4鍵盤及LCD顯示構成良好的人機界面，用于本地參數的查詢和設定。溫度采集模塊采用熱電阻搭成電橋，經放大、濾波、隔離后進行A/D轉換。
2.系統的軟件組成
操作系統選用uClinux。它是完全符合GNU/GPL公約的完全開放代碼項目，是標準linux的一個分支，它專門針對沒有MMU的微處理器，并且專為嵌入式系統做了許多小型化的工作。嵌入式系統的開發通常采用宿主機／目標機模式。在宿主機上運行linux，安裝交叉編譯調試軟件，對uClinux源代碼進行修改、配置、編譯、調試，最終下載到目標機上運行。
* A/D轉換驅動程序的實現
設備驅動程序是操作系統內核和機器硬件之間的接口。設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節，這樣在應用程序看來，硬件設備只是一個設備文件，應用程序可以通過相應的系統調用，像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。
數據采集驅動采用中斷方式，當系統進入中斷處理時，中斷處理進程喚醒在睡眠隊列ADC_WAIT上的讀進程，在讀進程中拷貝AD轉換的結果到用戶空間，實現過程如下：
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(ADC_wait);
static unsigned int data;
static void adc_interrupt(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *regs)
{data=inl(rADCDAT);
wake_up_interruptible(ADC_wait);
}
static int adc_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{int result;
switch(MINOR(inode->i_rdev))
{case 0:
{ result=request_irq(IRQ_ADC, adc_interrupt, SA_SAMPLE_RANDOM, "ADC",NULL);
if(result=-1){printk("Can not request ADC IRQ");return result;}
outb(0x0fe,rADCPSR);
outb(ENABLE_ADC,rADCCON);
}break;
default:break;}
return 0;}
static int adc_release(struct inode *inode,struct file *filp)
{switch(MINOR(inode->i_rdev))
{case 0:
{ outb(DISABLE_ADC,rADCCON);
free_irq(IRQ_ADC,NULL);
}break;
default:break;}
return 0;
}
static int adc_read(struct file *filp,int *buf,size_t count,loff_t *fpoint)
{int result
outl((result=inl(rADCCON))|0x01,rADCCON);
enable_irq(IRQ_ADC);
interruptible_sleep_on(ADC_wait);
copy_to_user(buf,data,2);
return 0;}
static int adc_ioctl(struct inode *inode,struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long arg)
{int result;
switch(cmd)
{ case 0:/* 設置預分頻值 */
{outb(arg,rADCPSR);
return 0;}
case 1:/* 改變數據采集通道*/
{outb((arg),rADCCON);
for(result=0;result150;result++);
return 0;}
default:
return -1;}
}
struct file_operations adc_fops={
read:adc_read,
ioctl:adc_ioctl,
open:adc_open,
release:adc_release,
};
int adc_init(void)
{int result;
result=register_chrdev(ADC_MAJOR,"ADC",adc_fops);
if(result=-1){printk("Can not register ADC dev");return result;}
printk("adc init");
return result;}
* 網絡功能的實現
溫度監控系統采集的溫度數據經處理后要通過網絡進行傳輸。由于在應用中，，播放方式的選擇將直接影響系統的性能。播放方式主要有三種單播、組播和廣播，該系統要將采集到的數據同時發給多個用戶，因此采用組播放式，利用組播技術實現溫度數據的收發過程可由圖2來形象地進行說明
* 組播的發送端程序
1) 創建socket：Multisock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
2) 設置本地端口和ip地址：SICKET_ADDR wk;
sk.sinfamily=AF_INET;
sk.sin_port=htpns(DEST_PORT);
sk.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
3) 與socket綁定：
bind(Multisock,SIO_MULTICAST_SCOPE,nIP_TTL,sizof(nIP_TTL),NULL,0,cbRet,NULL,NUll);
4) 允許在廣域網廣播：
ioctl(Multisock,(struct sockaddr FAR *)wk,sizeof(struct sockaddr));
5) 允許對同一地址綁定多次
setsocketopt(Multisock,SOL_AOCKET,SO_REUSEADDR,(char *)bFlag,sizeof(bFlag));
6) 設置組播地址和端口
wk.sin_family=AF_INET;
wk.sin_port=htons(DESTPORT);
wk.sin_addr.s_addr=inet_addr(MULTIDESTADDR);
7) 發送數據:
sendto(Multisock,stWSBUF,1,cbRet,0,(struct sockaddr FAR *)DestAddr,
sizeof(Destaddr),NULL,NULL);
接受端位于PC端上，其程序與此類似，不詳細說明，圖3為PC端溫度數據采集波形圖
圖3
3.結論
本文設計制作的遠程溫度監控系統，設計思想的新穎之處是再網絡通訊中采用組播技術，大大降低了網絡流量，降低了傳輸延遲，用通用的ARM7TDMI內核的s3c44b0的系統板完成溫度數據采集、監控及通訊功能，并且用uClinux操作系統增加了系統的穩定性、可靠性，降低了開發成本，這在網絡化工業管理控制中有著廣闊的應用前景。
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