基于ARMlinux的嵌入式远程测控系统设计

前言

　　目前，大多数远程测控系统中，系统的硬件采用8／16位的单片机，软件多采用汇编语言编程，该编程仅包含一个简单的循环处理的控制流程；单片机与单片机(或上位机)之间的通信通过RS232、RS485或CAN总线来组成局域网，再用Pc机作为 Web服务器，与Internet进行通讯。这样的远程测控设备成本高、体积大、速度慢、功耗大。现在，32位嵌入式CPU价格已下降，性能指标也有提高，为嵌入式系统的广泛应用提供了可能性。基于上述情况，我们将嵌入式系统应用于远程测控系统，大大提高了测控系统的性能，同时降低了成本和功耗，体积也大大减小。
   
　　嵌入式系统一般应用嵌入式操作系统来开发。在嵌入式操作系统的选择上，由于Linux有完整开放的源代码，因而它具有修改和优化系统、内核稳定、适用于多种CPU和多种硬件平台、支持网络等特点，所以选择Linux作为嵌入式操作系统较好。本文提出的基于 ARMlinux的嵌入式远程测控系统不仅能够实现本地数据采集与控制，还能实现远程测控任务。
   
　　1、硬件系统

　　硬件系统如图1。S3C2410包含一个16／32-bit的Risc(ARM920T)的CPU内核，主频200Hz，内部含有8通道1O位AD转换器和大量的I／O口、LCD控制器等丰富接口，能运行Ucosll、ARMlinux和Wince嵌入式操作系统，DM 9OOO是10M／100M以太网接口控制芯片。本硬件系统结构简单，成本低，不需要Pc机就可直接接入Internet。

　　2、软件系统

　　嵌入式操作系统是整个嵌入式系统的核心。本系统选择ARMlinux系统。由于嵌入式系统的存储容量很小，因此要把ARMLinux操作系统装入有限的存储器内，就要对它进行裁剪。很多资料对此都有论述，这里就不再累述。下面主要介绍基于操作系统上的远程测控软件设计。其体系结构如图2。

　　2.1 基于Boa的Web服务器

　　嵌入式linux主要有三个web Server：Hapd、Thttpd和Boa。Httpd是最简单的一个web Server。它的功能最弱，不支持认证，不支持CG1。Thttpd和Boa都支持认证、CGI等，功能都比较全。Boa是一个单任务的小型Httpd 服务器，源代码开放、性能优秀，特别适合应用在嵌入式系统中。下面介绍Boa的移植与编译。
　　
　　对于有MMU嵌入式linux，把Boa下载到Redhat宿主机上后，解压到任意目录，再修改Boa／src／Makefde里面的编译器。例如：
　　CC=／opfhosfarmv41／bin／armv41—unkllown—linux—gcc
　　CPP=／opt／host／army41／bin／armv41—unknown—linux—g++

　　此后直接在Boa／src目录下执行make即可生成Boa可执行文件。将其复制到ramdisk加载mount的目录的bin里面后，等一同加入配置文件和HTML/CGI文件后，重做ramdisk即可。[!--empirenews.page--]

配置文件Boa．conf的编制见下。

需要说明的是，Linux下的应用程序的配置都是以配置文件的形式提供的，～般都是放在目标板／ete／目录下或者／ctc／config目录下，但Boa 的配置文件Boa．conf一般都放置在目标板／home／httpd／目录下。本系统Boa.conf文件的编写程序为：
   
　　ServerName S A M S U N G—A R M
　　DocumentRoot／home／httpd／cgi—bin／
　　ScfiptAlias／index．html／home／httpd／html／index.html

　　它指定了HTML页面index.html必须放／home／httpd／html目录下，CGI可执行文件必须放到／home／httpd／cgi～bin目录下。

　　2.2 CGI程序技术原理

　　CGI(Common Gateway Interface)是外部扩展应用程序与WWW服务器交互的一个标准接口。按照CGI标准编写的外部扩展应用程序可以处理客户端浏览器输入的数据，从而完成客户端与服务器的交互操作。而CGI规范定义了Web服务器如何向扩展应用程序发送消息，在收到扩展应用程序的信息后又如何进行处理等内容。通过 CGI可以提供许多静态的Html网页无法实现的功能。其www与CGI的工作原理如下。

　　HTTP协议是WWW的基础，它基于客户／服务器模型。一个服务器可以为分布在网络各处的客户提供服务。它是建立在TCP／IP协议之上的“无连接”协议。每次连接只处理一个请求。当一个请求到来时，便创建一个子进程为用户的连接服务。根据请求的不同，服务器会返回HTML文件或通过CGI凋用外部应用程序，返回处理结果。服务器通过CGI与外部程序和脚本之问进行交互，根据客户端在进行请求时所采取的方法，服务器会收集客户所提供的信息，并将该部分信息发送给指定的CGI扩展程序。CGI扩展程序对信息进行处理并将结果返回服务器。服务器对信息进行分析后，将结果发送网客户端。

　　外部CGI程序与www服务器进行通信、传递有关参数和处理结果是通过环境变量、命令行参数和标准输入来进行的。服务器提供了客户端(浏览器)与CGI扩展程序之问的信息交换的通道。客户的请求通过服务器的标准输出传送给CGI的标准输入。CGI对信息进行处理后，会将结果发回到它的标准输入，然后由眼务器将处理结果发送给客户端。

　　2.3 CGI外部扩展程序的编制

　　服务器程序可以通过三种途径接收信息：环境变量、命令行和标准输入。具体使用哪一种方法要由标签的Method属性来决定。在“Method=GET”时，向CGI程序传递表单编码信息的正常做法是通过命令来进行的。

　　大多数表单编码信息都是通过Qucry-String的环境变量来传递的。如果“Method=POST”，表单信息将通过标准输入来读取。还有一种不使用表单就可以向CGI传送信息的方法。那就是把信息直接追回在URL地址后面，信息和URL之间用问号(?)来分隔。本测控系统采用的是GET方法。下面是远程控制LED闪烁快慢的程序。其网页如下页图3，其程序如下。
   
　　 ；LED测试 　　 　　

＜input type=“radio”name=“speed”value=“show”checked＞慢速
　　

＜input type=“radio”name=“speed”value=“normal”＞中速
　　

＜input type=“radio”name=“speed”value=“rast”＞高速
　　

＜input type=“submit”value=确定“name=”submit＞

　　
　　其中leds.cgi程序如下：
　　#! /bin/sh
　　Period=1+case $QUERY-STRING in
　　*slow*）
　　period=0.25
　　；；
　　* normal *)
　　period = 0.125
　　；；
　　* fast *
　　period=0.0625+；；
　　*fast * ) + period =0.0626
　　；；
　　esac
　　/bin/echo $ period ? /tmp/led-control//通过Query_String的环境变量传递给应用程序。
　　echo “Content-type:texe/html；charset=gb2312”
　　echo
　　/bin/cat led =result.template
　　exit 0
　　
　　led—control是编译好的可执行的应用程序，通过led驱动来实现对LED的控制。因为S3C2410有MMU，所以通过操作系统来对硬件控制需要驱动程序来实现。其数据采集部分也类似，不再单独说明。[!--empirenews.page--]

　　　　图3 实验结果
　　　　3、测试结果
　　
　　首先建立好基于S3C2410嵌入式开发环境，把编译好的booloader、嵌入式linux内核和ramdisk烧人Flash中，然后起动Boa服务器，在PC机的浏览器上输人嵌入式系统的IP地址，即显示出如图3的网页。通过点击慢速、中速和高速，再点击确定，测控板上LED的闪烁由慢变快，圆满实现了设计目标。
  
　　4、结论
　　
　　找们开发的基于ARMLinux的远程测控系统，在真正意义上实现了通过互联网进行远程测控。它具有一般通用平台性能，特别适合实时性要求不很强的家电网络监控和远程工业控制。当然随着硬件和网络速度提高及操作系统实时性的改善，将会大大提高此测控系统的性能，因此有很好的应用前景。