基于uClinux的远程温度监控系统的实现
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作者Email: xiangziyu9942064@163.com
摘要：随着网络技术的发展和市场需求的变化，工业设备实现网络化管理控制已经成为一种必然趋势。本文介绍了基于uClinux的远程温度监控系统的设计和实现方法，并对组播技术加以讨论。
关键词：uClinux s3c44b0x 温度监控 组播技术
引言
当今社会已经进入数字信息技术和网络技术高速发展的后pc（post－pc）时代，嵌入式设备已经渗透到各个领域，逐渐向着网络化方向发展，如视频监控、网络摄像头、远程控制、信息家电等都离不开嵌入式设备与网络的结合。
目前，国内的远程温度监控系统主要是用单片机和pc终端完成，单片机将采集到数据的经串口发送到pc机，pc机将数据处理后，采用tcp/ip协议将数据发送到互联网上，实现数据的远程采集。这种方式依赖于pc机，不灵活、不稳定、功耗高，采用ARM架构的微处理器为核心的嵌入式单元作为独立的终端实现的远程温度监控系统，具有体积小、价格低、功耗低、稳定可靠的特点，可用于远程监控、教学实验等。
1.系统的硬件组成
本文描述的远程温度监控系统采用ARM7TDMI为核心的高性能嵌入式微处理器s3c44b0，该处理器内部集成了10位的AD转换器，可用于高速的数据采集。在s3c44b0x处理器外部配以以太网控制器rtl8019as和存储芯片实现远程温度监控系统的硬件平台，在该平台上移植了uClinux操作系统,并编写驱动程序和应用程序，实现温度的远程监控。uClinux操作系统内核稳定、支持多种微处理器、网络功能强大、源码公开、可剪裁、使用成本低，这些特点使得开发的难度和成本大大降低。
图1为远程温度监控系统硬件框图，以s3c44b0为核心，外围扩展一系列功能模块。有4*4键盘及LCD显示构成良好的人机界面，用于本地参数的查询和设定。温度采集模块采用热电阻搭成电桥，经放大、滤波、隔离后进行A/D转换。
2.系统的软件组成
操作系统选用uClinux。它是完全符合GNU/GPL公约的完全开放代码项目，是标准linux的一个分支，它专门针对没有MMU的微处理器，并且专为嵌入式系统做了许多小型化的工作。嵌入式系统的开发通常采用宿主机／目标机模式。在宿主机上运行linux，安装交叉编译调试软件，对uClinux源代码进行修改、配置、编译、调试，最终下载到目标机上运行。
* A/D转换驱动程序的实现
设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以通过相应的系统调用，像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。
数据采集驱动采用中断方式，当系统进入中断处理时，中断处理进程唤醒在睡眠队列ADC_WAIT上的读进程，在读进程中拷贝AD转换的结果到用户空间，实现过程如下：
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:/* 设置预分频值 */
{outb(arg,rADCPSR);
return 0;}
case 1:/* 改变数据采集通道*/
{outb((arg),rADCCON);
for(result=0;result<150;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;}
* 网络功能的实现
温度监控系统采集的温度数据经处理后要通过网络进行传输。由于在应用中，，播放方式的选择将直接影响系统的性能。播放方式主要有三种单播、组播和广播，该系统要将采集到的数据同时发给多个用户，因此采用组播放式，利用组播技术实现温度数据的收发过程可由图2来形象地进行说明
* 组播的发送端程序
1) 创建socket：Multisock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
2) 设置本地端口和ip地址：SICKET_ADDR wk;
sk.sinfamily=AF_INET;
sk.sin_port=htpns(DEST_PORT);
sk.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
3) 与socket绑定：
bind(Multisock,SIO_MULTICAST_SCOPE,&nIP_TTL,sizof(nIP_TTL),NULL,0,&cbRet,NULL,NUll);
4) 允许在广域网广播：
ioctl(Multisock,(struct sockaddr FAR *)&wk,sizeof(struct sockaddr));
5) 允许对同一地址绑定多次
setsocketopt(Multisock,SOL_AOCKET,SO_REUSEADDR,(char *)&bFlag,sizeof(bFlag));
6) 设置组播地址和端口
wk.sin_family=AF_INET;
wk.sin_port=htons(DESTPORT);
wk.sin_addr.s_addr=inet_addr(MULTIDESTADDR);
7) 发送数据:
sendto(Multisock,stWSBUF,1,&cbRet,0,(struct sockaddr FAR *)&DestAddr,
sizeof(Destaddr),NULL,NULL);
接受端位于PC端上，其程序与此类似，不详细说明，图3为PC端温度数据采集波形图
图3
3.结论
本文设计制作的远程温度监控系统，设计思想的新颖之处是再网络通讯中采用组播技术，大大降低了网络流量，降低了传输延迟，用通用的ARM7TDMI内核的s3c44b0的系统板完成温度数据采集、监控及通讯功能，并且用uClinux操作系统增加了系统的稳定性、可靠性，降低了开发成本，这在网络化工业管理控制中有着广阔的应用前景。
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