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ARM設(shè)計高速數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)

隨著信息化的不斷發(fā)展,在工業(yè)自動化、電力設(shè)備、通信管理、智能終端、智能小區(qū)等領(lǐng)域,對數(shù)據(jù)采集的實時性、可靠性的要求也不斷地提高。以往傳統(tǒng)的單片機(jī)加采集卡的數(shù)據(jù)采集裝置已經(jīng)不能滿足人們使用的要求。隨著采集卡的采集頻率不斷地提升,其所屬平臺的工作頻率也應(yīng)跟上時代的步伐。

  隨著信息化的不斷發(fā)展,在工業(yè)自動化、電力設(shè)備、通信管理、智能終端、智能小區(qū)等領(lǐng)域,對數(shù)據(jù)采集的實時性、可靠性的要求也不斷地提高。

  以往傳統(tǒng)的單片機(jī)加采集卡的數(shù)據(jù)采集裝置已經(jīng)不能滿足人們使用的要求。隨著采集卡的采集頻率不斷地提升,其所屬平臺的工作頻率也應(yīng)跟上時代的步伐。

  同時,在某些情況下,裝置的操控人員不可能到工作現(xiàn)場去執(zhí)行,所以有必要對采集裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)察和控制。在各種設(shè)備的通信方式中,由于以太網(wǎng)具有速度快、通用性好、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),已13漸成為設(shè)備之間進(jìn)行通信的主要方式。本文提出了基于ARM的高速數(shù)據(jù)采集裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),在實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速采集的同時,能保證數(shù)據(jù)的可靠性和實時性,并對各幀數(shù)據(jù)嵌入時間標(biāo)志為后續(xù)數(shù)據(jù)處理做好準(zhǔn)備,最后能將數(shù)據(jù)及時準(zhǔn)確地存儲到移動存儲設(shè)備和服務(wù)器上。該裝置包括現(xiàn)場監(jiān)控模式和服務(wù)器監(jiān)控模式。

  1 系統(tǒng)簡介

  本裝置由硬件和軟件兩部分組成,如圖1所示。系統(tǒng)硬件由高速數(shù)據(jù)采集平臺和采集模塊構(gòu)成。采集模塊根據(jù)設(shè)計要求,采用DMM一32一AT采集板。采集平臺采用ATMEL公司A791RM9200作為主控芯片,附帶16 kB的SDRAM和128 kB的ROM。該芯片融合了ARM920T ARM Thumb處理器,當(dāng)工作頻率為180 MHz時性能高達(dá)200 MIPS。帶有10/100 MB Base—T型以太網(wǎng)卡接口,USB 2.0全速(12 Mbps)主機(jī)/設(shè)備接口。內(nèi)含內(nèi)存管理單元MMU,含有調(diào)試通道的內(nèi)部仿真器,便于開發(fā)調(diào)試。由于AT91RM9200具有功能全、功耗低和工業(yè)級等優(yōu)點(diǎn),可以使系統(tǒng)能運(yùn)用到各種環(huán)境中。

  系統(tǒng)的下位機(jī)軟件選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改,使之能在嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的一種操作系統(tǒng),它既有無限的開放源代碼資源,又有嵌人式操作系統(tǒng)的特性。通過對內(nèi)核的重新配置、編譯,即可將其移植到Aqgl RM9200中;再建立BootLoader和文件系統(tǒng),形成基于ARM的嵌入式Linux操作系統(tǒng),最后在此平臺上開發(fā)運(yùn)用程序,實現(xiàn)裝置的各個功能。

  2 TCP/IP協(xié)議

  在因特網(wǎng)上,TCP/IP協(xié)議每時每刻保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。參考開放系統(tǒng)互連(OSI)模型,TCP/IP通常采用一種簡化的四層模型,分別為:

 ?、?應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層要有一個定義清晰的會話過程,如通常所說的Http、Ftp、Telnet等。在本系統(tǒng)中,下位機(jī)系統(tǒng)傳遞來自Ethernet和數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù),應(yīng)用層只對大的數(shù)據(jù)報進(jìn)行打包拆包處理。

  ② 傳輸層。傳輸層讓網(wǎng)絡(luò)程序通過明確定義的通道及某些特性獲取數(shù)據(jù),如定義網(wǎng)絡(luò)連接的端口號等,實現(xiàn)該層協(xié)議的傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDP。TCP服務(wù)提供了數(shù)據(jù)流傳輸、可靠性、有效流控制、全雙工操作和多路復(fù)用技術(shù)等,在本系統(tǒng)中使用TCP數(shù)據(jù)報協(xié)議。

 ?、?網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的任一主機(jī)上,IP協(xié)議就是該層傳送數(shù)據(jù)的機(jī)制。同時建立網(wǎng)絡(luò)間的互連,提供ARP地址解析協(xié)議,從而實現(xiàn)從IP地址到數(shù)據(jù)鏈路物理地址的映像。

 ?、?鏈路層。由控制同一物理網(wǎng)絡(luò)上的不同機(jī)器間數(shù)據(jù)傳送的底層協(xié)議組成,實現(xiàn)這一層的協(xié)議并屬于TCP/IP協(xié)議組。在本系統(tǒng)中這部分功能由ARM控制網(wǎng)卡芯片DM9161E實現(xiàn)。

  在本系統(tǒng)中,利用TCP/IP協(xié)議中的TCP(傳輸控制協(xié)議)、IP(網(wǎng)絡(luò)報文協(xié)議)、ARP(地址解析協(xié)議)及簡單的應(yīng)用層協(xié)議成功地實現(xiàn)了ARM裝置和服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。既提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?,又保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性,同時也擴(kuò)展了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行О霃健?/P>

  3 下位機(jī)的通信實現(xiàn)

  下位機(jī)作為客戶端,它和服務(wù)器的TCP/IP通信是通過對套接字編程實現(xiàn)的。套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元,最早是作為BSD規(guī)范提出來的,現(xiàn)已成為Linux操作系統(tǒng)下TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程標(biāo)準(zhǔn)。套接字提供了不同主機(jī)間進(jìn)程雙向通信的端點(diǎn),這些進(jìn)程在通信前各自建立一個Socket,并通過對Socket的 寫操作實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。下文將討論的Winsock也是一個用于Windows系列操作系統(tǒng)的Sockets版本 。

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