嵌入式linux在工业控制领域中的应用

序都以文件形式存储在Ｆｌａｓｈ文件中，需要时可以装入内存，这种动态的、根据需要加载的能力是支持其它一系列功能的重要特征。它能使初始化代码在系统引导后被释放。实际上，Ｌｉｎｕｘ同样还有很多内核外运行的公用程序，这些程序通常在初始化时运行一次，以后就不再运行。而且，这些公用程序可以用它们相互共有的方式一个接一个地按顺序运行。这样，相同内存空间可以被反复使用以“召入”每一个程序，就象系统引导一样。这样可以节省内存，特别是那些配置一次以后就不再更改的网络堆栈。如果将Ｌｉｎｕｘ可加载模块的功能包括在内核里，驱动程序和应用程序就都可以被加载。由于它可以检查硬件环境并且为硬件装上相应的软件，从而消除了用一个程序占用许多ＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙ来处理多种硬件的复杂性。另外，软件的升级更加模块化，可以在系统运行时在Ｆｌａｓｈ上升级应
　　
　　
　　
　　用程序和加载驱动程序，其配置信息和运行时间参数可以作为数据文件储存在Ｆｌａｓｈ中。
　　
　　３嵌入式工业控制网络的实现方案
　　
　　基于嵌入式ｌｉｎｕｘ的工控系统以嵌入式微处理器为核心来运行嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统。应用程序可通过网络进行更新，并可通过键盘进行人机对话，数据可通过ＬＣＤ现场显示，重要数据可用文件形式保存在Ｆｌａｓｈ等闪存存储器中；数据和报警信息可通过串口向上位机传输，也可以通过以太网向工业以太网或Ｉｎｅｒｎｅｔ发布，用户还可通过网络实现远程监控和远程维护。更为关键的是，可充分利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上已有的软件和协议（如：ｆｔｐ，ｈｔｔｐ以及Ａｐａｃｈｅ?ＰＨＰ?ＭｙＳＱＬ等应用程序）迅速搭建前台数据采集系统，以实现测控系统和后台管理系统的通讯。图１所示是这种实现方案的系统框图。这种方式的优点有：
　　
　　（１）不需专用的通信线路即可用现成的ＩＮＴＥＲ-ＮＥＴ网络将数据传送到任何地方。
　　
　　（２）不仅能够传递数据信号，也可以传递音频和图像信号。
　　
　　（３）由于目前的ＩＮＴＥＲＮＥＴ协议是现成和公开的，因此，利用大到几十兆的ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＩＥ浏览器，或小到只有６００ｋＢ的Ｍｏｓａｉｃ浏览器都可以对网络数据进行读取。
　　
　　４系统设计
　　
　　４．１硬件设计
　　
　　嵌入式系统的硬件运行平台是开发应用程序的基础，整个开发板可基于ＩｎｔｅｌＲＳＡ－１１１０微处理器架构。
　　
　　图２所示是一个嵌入式系统的硬件结构框图。该硬件针对网络服务的应用选择了Ｉｎｔｅｌ系列中的ｓｔｒｏｎｇＡＲＭＭＣＵ。ＳｔｒｏｎｇＡＲＭＳＡ－１１１０是一款高性能、低价位、高集成度微处理器。ＳＡ－１１１０芯片内部集成有能以２０６ＭＨｚ运行的３２－ｂｉｔＩｎｔｅｌＲＳｔｒｏｎ-ｇＡＲＭ＊ＲＩＳＣ处理器，以及速度可达１００ＭＨｚ的存储器总线和灵活的存储器控制器，可支持ＳＤＲＡＭ、ＳＭＲＯＭ以及ｖａｒｉａｂｌｅ－ｌａｔｅｎｃｙＩ／Ｏ设备，并可为系统设计提供较高的存储带宽。由于ＳＡ－１１１０可以适应较大流量的网络应用，因而可为运行Ｌｉｎｕｘ提供硬件上的支持。此外，ＳＡ－１１１０还在开发板上集成有３２ＭＢ的ＳＤＲＡＭ、８ＭＢ的ＦＬＡＳＨ、１０ｂａｓｅＴ以太网接口、ＲＳ２３２／ＲＳ４８５串口、Ｉ／Ｏ接口以及扩展ＦＬＡＳＨ卡存储器等。有关ＳＡ－１１１０更详细的资料可参考有关资料。
　　
　　４．２软件设计
　　
　　嵌入式操作系统是整个嵌入式系统的核心。如前面所述，嵌入式系统在内存容量和存储容量不足的情况下，必须对ｌｉｎｕｘ进行裁减设计。在裁剪过程中，所涉及的主要技术有下面几种。
　　
　　（１）内核的精简
　　
　　标准Ｌｉｎｕｘ是面向ＰＣ的，它集成了许多ＰＣ所需要而嵌入式系统并不需要的功能。因此，对一些可独立加上或卸下的功能块，可在编译内核时，仅保留嵌入式系统所需的功能模块，而删除不需要的功能块。这样，重新编译过的内核就会显著减小。
　　
　　（２）虚拟内存机制的屏蔽
　　
　　经过分析发现，虚拟内存是导致Ｌｉｎｕｘ实时性不强的原因之一。在工业控制中，一些任务要满足一定的实时性要求，屏蔽内核的虚拟内存管理机制可以增强Ｌｉｎｕｘ的实时性。当要更改内核的某项机制时，一般不必大规模地写代码，可采用条件编译的方法。同时由于ｌｉｎｕｘ系统对应用进程采用的是公平的时间分配调度算法，但这一算法也不能保证系统的实时性要求，因此要求对其进行更改。更改途径有两种：一是通过ＰＯＳＩＸ，二是通过底层编程。笔者是通过ｌｉｎｕｘ的实时有名管道（ＦＩＦＯ）的特殊队列来处理实时任务的先后顺序。实际上，实时有名管道就象实时任务一样从不换页，因而可以大大减少由于内存翻页而造成的不确定延时。
　　
　　图３给出了Ｌｉｎｕｘ的工作原理框图。
　　
　　（３）设备驱动程序的编写
　　
　　确定了内核

《嵌入式linux在工业控制领域中的应用(第2页)》