[硕士论文精品]基于arm的工厂监控无线终端的研究与应用

基于ARM的工厂监控无线终端的研究与应用摘要嵌入式系统近年来随着其信息化、智能化、网络化的发展，被广泛应用于信息家电、移动设备、网络设备和工控仿真的领域，成为继IT网络技术之后，又一个信息产业的主流。本设计使用的是ARM9嵌入式开发板。ARMADVANCEDRISCMACHINES公司的32位RJSC处理器有着高速度、低功耗、低成本、功能强、特有1632位双指令集等诸多优异的性能。随着生产业快速发展，工厂企业车间的不断增加，对厂房的管理和设备的保护越来越受到重视。本论文主要阐述了监控系统中无线终端的设计与研究，其中涉及到嵌入式网络浏览器在工厂监控设备中的应用，本监控系统的采集设备如摄像头、仪表等将视频、图像、温度等数据通过下位机上传至控制中心，控制中心将这些数据存储于网页中，用户使用手持终端，以无线上网的方式，通过嵌入式浏览器登陆网页，实现远程监控，达到实时监控的目的。本论文第一章综合叙述嵌入式系统的基本概念。第二章阐述基于3C2410X的嵌入式系统开发平台的基本架构及各个组成部分。第三章介绍了监控系统无线终端的开发平台的设计。第四章主要阐述了LCD触摸屏校正程序的设计。第五章讲述了嵌入式浏览器的研究，MAKEFILE的编写与电机控制模块的设计。关键词嵌入式MINIGUI嵌入式浏览器触摸屏电机控制TH匝厂IRELESSTERMINAI，RESEARCHANDDESIGNOFFACTORYMONITORSYSTEMABSTRACTWKHTHEDEVELOPMENTOFINFORMATIONIZATION，INTELLIGENT，NETWORK，EMBEDDEDSYSTEMAREWIDELYUSEDININFORMATIONAPPLIANCES，MOBILEDEVICES，NETWORKEQUIPMENTANDINDUSTRIALAREASOFSIMULATIONFOLLOWINGTHEDEVELOPMENTOFITNETWORKTECHNOLOGY,ITHASBECOMEAMAINSTREAMINFORMATIONINDUSTRYARM9EMBEDEDDEVELOPMENTBOARDAREUSEDINTHISDESIGNARMADVANCEDRISCMACHINESPROVIDES32BITEMBEDDEDRISCMICROPROCESSORSWITHHIGHSPEED，LOWPOWERCONSUMPTIONANDSYSTEMCOST，HI曲PERFORMANCEANDSPECIFICTHUMBINSTRUMENTSWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFMANUFACTURINGINDUSTRY,THEWORKSHOPSOFFACTORIESANDENTERPRISESAREINCREASING，SOITSHOULDTOPAYMOREANDMOREATTENTIONTOTHEMANAGEMENTANDPROTECTIONOFPLANTANDEQUIPMENTTHISPAPERMAINLYDISCUSSEDTHEDESIGNOFTHEWIRELESSTERMINALMONITORINGSYSTEMITRELATEDTOTHEAPPLICATIONOFTHEFACTORYMONITORSYSTEMTHECOLLECTINGEQUIPMENTOFTHISMONITORSYSTEM，SUCHASCAMERAS，INSTRUMENTS，COLLECTVIDEO，IMAGES，TEMPERATUREANDOTHERDATA，ANDTHENTRANSLATETHESEDATATOTHECONTROLCENTERCONTROLCENTERWILLSTORETHOSEDATAONWEBPAGESUSERSCALLUSETHEEMBEDDEDBROWSEROFHANDHELDDEVICESLANDTHEPAGESBYTHEWAYOFWIRELESSINTEMETACCESSINTHISWAY,WECANACHIEVEREALTIMEMONITORINGANDREMOTEMONITORPURPOSESFIRSTLY,THISPAPEREXPOUNDSTHECONCEPTIONSOFTHEEMBEDDEDSYSTEMSECONDLYINTRODUCETHEBASICCONFIGURATIONOFTHEEMBEDDEDSYSTEMWHICHBASEDONTHESAMSUNGS3C2410XTHIRDLY,INTRODUCEDTHEMONITORSYSTEMDEVELOPMENTPLATFORMFORWIRELESSTERMINALDESIGNFOURTHLY,FOCUSESONTHEDESIGNOFCORRECTIONPROCEDURESOFTHELCDTOUCHSCREENFIFTHLY,DESCRIBESTHERESEARCHOFEMBEDDEDBROWSER,HOWTOWRITETHEMAKEFILEANDTHEDESIGNOFTHEMOTORCONTROLMODULEKEYWORDSEMBEDDEDSYSTEMMINIGUIEMBEDDEDBROWSERTOUCHSCREENMOTORCONTROL独创性或创新性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名区丝日期2竺丝兰Z关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后遵守此规定保密论文注释本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名暹2墨日期乏里丝兰2导师签名；习复妻I扛日期二2蝉芝么圣L，基于ARM的工厂监控系统无线终端的府用与研究北京邮电大学硕士论文11工厂监控系统概述111工厂监控系统的定义第一章绪论随着生产业快速发展，工厂企业车间的不断增加，对厂房的管理和设备的保护越来越受到重视，如何在加强对厂房的监控的同时不影响生产者的情绪，并且能对厂房设备进行全面的保护是每个管理者都十分关注的问题。厂房监控系统的发展方向与应用主要有如下几个方面防止生产者在工作时间做与工作无关的事情，提高生产效率。防止厂房的设备和产品被偷窃。防止厂房危险事件的发生，以及对突发事件迅速解决。为现场发生的事件保留证据。112工厂监控系统的发展趋势现今在企业内部环境的安全防范系统中，最为直接有效的方式就是闭路电视监控，其具有直观、实时的特点，可把企业内部环境的具体情况真实地呈现于管理人员面前，方便管理，同时具有具有操作简便、保存图像时间长等特点。视频监控的发展趋势有如下几个特点【L】监控的智能化智能化是视频监控技术发展比较高级的层次。由于视频监控的数据量非常大，而用户真正需要的信息只是少部分，或者说真正需要监视的只是发生概率很少的某些事件，如何通过海量数据获取有价值的信息或者说如何从目视解释变为机器自动解释是视频监控技术发展的一个新方向。因为能把视频监控从静态的、事后取证变成动态的、实时预防和告警对用户来说显得更加重要。实际上现有的监控系统都配置有如自动位移侦测、昼夜自适应切换存储、预警设置如可疑人基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电火学硕士论文物照片、指纹等等一些低级形式的智能化功能。随着技术的发展，全智能的监控系统将要求事发前能够识别并作出正确的判断，为人们提供最为有效、及时的快速反应措施。监控的无线化无线化包括两方面内容一是监控中心的移动，通常情况下，被监控对象或是摄像机往往是固定的。而作为监控系统的使用者监控中心则可以是动态的，当公司领导出差在外，需了解公司生产情况时，可使用笔记本随时随地访问摄像机的疋获取信息。二是视频监控网络的无线化，随着无线宽带网络发展，基于3G的无线监控应用备受关注。当监控点分散且与监控中心距离较远，或被监控对象不固定如出租车、运钞车等时，利用传统有线网络的视频监控对象往往成本高且难以实现，而基于多种无线传输手段的移动视频监控实现了不可替代的优势。监控的碑化视频网络、口TV等都是网络快速发展的重要应用。随着INTERACT技术的发展，基于P的视频监控更能为人们所接受，网络摄像机把压缩的视频信息通过TCPIP协议，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输，拥有授权的用户可以随时访问互联网，实现对整个监控系统的指挥、调度、存储、授权控制等功能。鉴于口V6在服务质量、网络性能、安全性改善提高一级IPV6对下一代INTERNET网络的影响，基于口的视频监控将会成为主流。随着国民经济的不断发展和改革的进一步深入，特别是我国加入世贸组织以后，企业采用高科技的管理方式在全国范围内已日趋普遍化，在安全防范方面也不例外。利用现代科技力量，为企业提供一个安全、舒适的生产、生活空间，已被企业管理者所认可。工厂监控主要是指对工厂或者车间进行多方面的实时管理，安全维护与控制。通过对多方面的数据采集如主要通道处的视频，重要设备车间的温度和耗电量，车间的生产量等。这样通过对多方面的监控实现维护工厂安全，提高生产效率的目的。113工厂监控系统的组成本论文主要阐述嵌入式网络浏览器在工厂监控设备中的应用，采集设备如摄像头、仪表等将视频、图像、温度等数据通过下位机上传至控制中心，控制中心将这些数据存储于网页中，用户使用手持终端通过嵌入式浏览器登陆网页，实现远程监控，达到实时监控的目的。如图11所示。2基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究T京邮电人学硕十论文鬈一，国一囤I1系统流程圈监控中心用于数据接受，处理以及控制功能的实现。监控中心即控制台，也可以称之为上位机，其发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据一般模拟量，转化成数字信号反馈给上位机。下位机是直接控制设备获取设备状况的的计算机，一般为嵌入式系统。它的主要功能是收集由监控终端采集来的数据，将数据结果进行处理，然后发送给上位机；同时实时接受上位机发送的指令，对监控设备进行控制。便携式无线终端实现远程监控。针对监控系统发展趋势的无线化，我们计划设计一个手持无线终端，其具有无线上网功能，通过嵌入式洲览器，登陆控制中心的网页，随时得到监控数据，并发送控制指令。12便携式无线终端的设计为了便于远程监控，所以我们的远程监控系统配有无线手持终端，其主要采用的是嵌入式系统，在该操作系统中我们移植了无线网卡驱动，实现了无线上网，然后移植了嵌入式浏览器，通过嵌入式浏览器可以登陆监控中心的网页检查监控数据R实现远程监控。而且我们在终端中移植了应用程序，如电机控制系统，通过对电机的控制实现对摄像头转动角度的调整。本论文内容的主要针对无线终端丌发平台的搭建，嵌入式浏览器的研究与移植以及电机控制程序的设计，而无线网卡驱动的移植不是本论文的主要内容。任何嵌入式系统都包括硬件和软件两个方面。硬件包括微处理器、存储器、端口和图形控制器等。软件系统包括操作系统软件和应用软件，应用软件控制着嵌入式系统的运作和行为，而操作系统则为应用程序提供必要的底层支持，它一般是通过提供应用编程接口API来实现的。基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文因为嵌入式系统实面向应用、产品和用户的，所以不可能不研究应用特性以开发出一个如PC般通用的嵌入式系统。在嵌入式系统中，具体的应用将决定对硬件和软件的需求，如芯片、存储器、IO扩展和操作系统、应用程序编制等。和通用计算机不同，嵌入式系统的硬件软件都必须高效率的设计，量体裁衣，去除冗余，尽量以最小的系统、最低的成本去实现目标功能，这样的产品才有竞争力。它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，与网络的结合也越来越紧密【21。121嵌入式系统硬件的组成嵌入式系统的硬件是嵌入式系统软件环境运行的基础，它提供了嵌入式系统软件运行的物理平台和通信接口。它通常包括嵌入式处理器和嵌入式外围设备两大部分。1嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用处理器的最大不同点在于嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中。它通常把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，并且有高效率、高可靠性等特征【31。嵌入式处理器的种类繁多、数量庞大。目前全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000种，流行的体系结构有三十几个系列。ARM、POWERPC、MC6800、EDSP等使用得最为广泛。而其中目前以ARM的应用最为广泛。面前，按照比较流行的分类方法，嵌入式处理器可以分为四类，即嵌入式微处理器EMBEXIDE,DMICROPROCESSORUNIT，EMPU嵌入式微控制器MICROCONTROLLERUNIT，MCU嵌入式DSP处理器EMBEDDEDDIGITALSIGNALPROCESSOR，EDSP嵌入式片上系统SYSTEMONCHIP其中，ARM属于嵌入式微处理器一类。2嵌入式外围设备这里所说的嵌入式外围设备，指在一个嵌入式硬件系统中，除了中心控制部件MCU，DSP，EMPU，SOC以外的完成存储、通信、保护、调试、显示等辅助功能的其他部件。根据外围设备的功能可分为以下三类，即存储器类型静态易失型存储器RAM，SRAM、动态存储器DRAM、非易失型存储器ROM，EPROM，EEPROM，FLASH。其中，FLASH因为可以擦写多次，存储速度快，容量大，价格便宜在嵌入式领域应用广泛。4基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文接口类型目前存在的所有接口在嵌入式领域都应有广泛，如RS232串口、IRDA红外线接口、SPI串行外围设备接口、12C现场总线待定、USB通用串行接口、ETHEMET以太接口和普通并口。显示类型CRT，LCD和触摸屏等外围设备降51。122嵌入式系统软件的组成软件是嵌入式系统的灵魂。一般包括BOOTLOADER、嵌入式操作系统、嵌入式文件系统和应用程序。其中，嵌入式操作系统决定了系统的性能。一般而言，嵌入式软件具有如下特点嵌入式软件的研发与硬件紧密相关。由于嵌入式软件的开发是针对具有硬件平台进行的，它往往牵扯硬件驱动方面的一些软硬结合部分，这就是要求开发人员必须具备相关的硬件知识。软件代码要求高效率和高可靠性。由于嵌入式系统中软件运行空间有限，内存空间非常宝贵，在软件的编程过程中必须时刻考虑软件的运行效率，同时选用高质量的编译工具。在实时系统中，处理器必须严格处理异步发生的各种任务，这对程序的算法设计提出了更高的要求。另外，嵌入式软件系统还应该有异常处理、快速复位等算法。软件一般固化在FLASH或ROM中。为了提高执行速度和系统的可靠性，同时缩短系统复位时间，一般在嵌入式软件调试好后，会下载固化到目标板中的FLASH或ROM中。目标板启动时，再运行其中的代码，而不是像PC那样从硬盘存储器中读取程序671。下面分别介绍一下嵌入式软件的各个组成部分。1BOOTLOADERBOOTLOADER是系统加电后运行的第一段代码。一般它在系统启动时运行非常短的时间，但对于嵌入式系统来说，这是一个非常重要的组成部分。它的作用相当于PC机加电启动时运行的BIOS。2嵌入式操作系统嵌入式操作系统是整个嵌入式软件的核心。它的性能在某种程度上决定了整个嵌入式系统的性能。目前，嵌入式操作系统的类型很多，如VXWORKS操作系统，WINCE操作系统，VRTX操作系统，PSOS操作系统，嵌入式LINUX操作系统等等。其中以面向LINUX的嵌入式LINUX操作系统本篇讨论的就是这种操作系统的应用最为广泛，而嵌入式LINUX操作系统的版本也不在少数，如I玎一LINUXRTAI、EMBEDIX、BLUECATLINUX和HARDHATLINUX等等，它们都有一个共同的特点强调处理事件的实时性。5基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文3嵌入式文件系统大家知道，LINUX操作系统可以支持多种文件系统，嵌入式的文件系统的结构与LINUX文件系统的结构类似，所以，可使用的嵌入式文件系统的种类泛多，目前常用的有EXT2、CRAMFS、JFFS2、NFTL、NFS和RAM磁盘文件系统等。嵌入式应用的要求不同，决定了使用嵌入式文件系统的不同，为了选择各种类型的文件系统，一般会考察文件系统的如下几个特性可写入，即文件系统是否可以被写入。可更新，即系统重启后，文件系统是否能保持重启前的更改。掉电可靠性，即文件系统在发生掉电的时候是否可以恢复原数据。可压缩，即文件系统内容是否可被压缩。RAM启动，即在挂载文件系统前，内容是否先从存储器中提取到RAM中。4应用程序嵌入式系统往往是针对具体的应用而设计的，各种应用对输入设备的要求也各不相同。有时可能只需要一个标准的PC键盘开关，有时需要一个小键盘，有时需要一个开关。开发者只能根据具体的情况进行设计。13嵌入式浏览器的发展现今常见的桌面浏览器有微软的INTERNETEXPLORER、网景的NETSCAPE、开放源码的MOZILLA、以及OPERA等。这些桌面型浏览器功能参差不齐，但大多能实现基本的浏览功能，其中IE与NETSCAPE对HTML页面的显示效果均堪称完美。与完美的浏览效果，功能丰富，支持多种媒体格式和视音频插件等优点形成对立的是，这些浏览器庞大的体积和对机器配置的高要求。这也是桌面浏览器和嵌入式浏览器最大的区别。桌面型浏览器是基于通用的操作系统，用于桌面电脑如PC机、MAC机等。而嵌入式浏览器通常基于专用系统。如INTEMETEXPLORERFORWINCE，是IE的WINDOWSCE版，这意味着用户为了使用它，必须选用基于WINCE平台的产品。随着嵌入式市场的迅速崛起，作为嵌入式系统中最重要的应用软件之一的嵌入式浏览器也逐渐受到重视并形成了一个新的研究热点。嵌入式浏览器是针对专门系统设计，为用户提供网页浏览功能的系统，广泛应用于各种信息电器和便携式网络终端中，具有体积小、耗资小、速度快和实时性强等特点。嵌入式浏览器主要应用于手持终端和信息家电，如掌上电脑、3G手机、网络机顶盒、具有网络功能的家电，如可上网电冰箱等，另外在军事等领域也有一定的应用需求【8101。6基于ARM的T厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文第二章无线终端开发环境的研究21平台选择的原则开发平台的选择主要从四个方面考虑，即先进性、结构开放性、实时性和可靠性先进性用最新或是功能更完善的芯片，达到更高的精度和可靠性，使系统的精度和可靠性得到了保证；运用先进的面向对象程序设计技术和软件功能模块方法，保证系统最大限度地适应技术发展和业务发展的变化。结构开放性应用开发平台接口开放化、网络设计标准化，采用开放性和标准化协议，保证网络互连简单易行；并使设计留有余地，为以后的升级提供了方便。实时性监控系统严格要求业务数据必须能够进行实时的交互数据传送。可靠性须满足业务数据在其中进行稳定可靠的传输、显示，不会因为外界的干扰而错误的位置信息。、。整个开发平台的分为硬件和软件两个部分。硬件采用核心板加扩展板的结构方式，核心板主要包括处理器、存储器，其他部分如输入输出设备、USB口、网口、串口等放置在扩展板上；软件包括BOOTLOADER、操作系统OS、文件系统和GUI应用程序等。具体的结构如图21所示。7基于ARM的T厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文应1J挫膨文竹乐绕I蹦彤JJ广琏JLJ群序接N通汛JJ块LHMX系统I毁笛冁功牲垮GPTOLJTAOFLSHISDRAMTLM融URTCL啪LS3C24IOXFMLC姗以太辫电镧话理R隧研1LLCDIDCU盯王主王扩艘电辫人桃受垃拔ULCD触糖厢，键盘、鼠杯网络22开发环境的硬件图21开发平台系统架构嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器为核心，配置必要的外围接口电路。221嵌入式处理器随着嵌入式系统不断深入到人们生活中的各个领域，嵌入式处理器得到了前所未有的飞速发展。目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器品种总量超过1500多种，流行体系结构有50多个系列。它具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点。目前比较有影响的嵌入式RISC处理器产品主要MOTOROLA公司的68000COLDFIRE、IBM公司的POWERPC、MIPS公司的MMS、SUN公司的SPARE和ARM公司的ARM系列等。本节主要介绍设计中使用的ARM处理器。ARM系列处理器是英国先进RISC机器公司ADVANCERISCMACHINES，ARM的产品。ARM公司自1990年正式成立以来，在32位RISCREDUCEDINSTRUCTIONSETCOMPUTERCPU开发领域不断取得突破，其结构己经从V3发展到V6。由于ARM公司自成立以来，一直以IPINTELLIGENCEPATENT提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权，而自己从不介入芯片的生产销售，加上其设计的芯核具有功耗低，成本低等显著优点，因此获得众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持，在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功。2001年度里ARM占基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文据了整个32位、64位嵌入式微处理器市场的75；在2002年度里，占据了整个32位、64位嵌入式微处理器市场的795。在低功耗，低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。目前，80以上的GSM手机、99的CDMA手机以及将来的WCDMA、TDSCDMA手机都采用的是基于ARM核心的处理器。全球设计、生产ARM芯片的半导体公司将近200多个，国际大公司已经超过50多家，国内中兴、华为东南大学、上海集成电路设计中心、中芯国际、大唐等公司已经购买ARM公司的芯片核心技术授权协议，用于通讯专用芯片的设计【LL】。此外，ARM芯片还获得了许多实时操作系统供应商的支持，比较知名的有WINDOWSCE、UCLINUX、PSOS、VXWORKS、NUCLEUS、EPOC、UCOS、BEOS、PALMOS、Q【等。自V5以后，ARM公司提供PICCOLODSP的芯核给芯片设计者，用于设计ARMDSP的SOCSYSTEMONCHIP结构的芯片。ARM微处理器核技术广泛用于便携式通信产品、手持计算、多媒体和嵌入式解决方案等领域，以成为RISC标准。目前基于ARM核的处理器有以下几类ARM7家族；ARM9家族；ARM9E家族ARMIOE家族；ARMLL家族；SECURCORE家族；OPTIMODE数据引擎内核；MPCORE多处理器家族；INTD公司的S仃ONGARMDSEALE。其中重点介绍ARM9微处理器系列。该系列处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点5级整数流水线，指令执行效率更高；提供11MLPSMHZ的哈佛结构；支持32位ARM指令集和16位THUMB指令集；支持32位的高速AMBA总线接口；全性能的IVLNIU，支持WINDOWSCE、LINUX、PALMOS等多种主流嵌入式操作系统；MPU支持实时操作系统；支持数据CACHE和指令CACHE，具有更高的指令和数据处理能力。ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合。基于上述原因，针对课题需求，设计中选用的是SAMSUNG公司的S3C2410X处理器。它是一款基于ARM920T内核的1632位RISC嵌入式微处理器，运行频率为203MHZ，主要面向手持式设备以及高性价比、低功耗的应用。ARM920T9基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文核由ARM9TDMI、存储管理单元MMU和高速缓存三部分组成。其中MMU可以管理虚拟内存，高速缓存由独立的16KB地址和16KB数据高速CACHE组成。S3C24LOX的资源包括1个LCD控制器支持STN和TFR带有触摸屏的液晶显示屏；SDRAM控制器；3个通道的UART；4个通道的DMA；4个具有PWM功能的计时器和1个内部时钟；8通道的LO位ADC触摸屏接口；12S总线接口；2个USB主机接口，1个USB设备接口；2个SPI接口；SD接口和MMC卡接口看门狗计数器；117位通用IO口和24位外部中断源；8通道LO位AD控制器。222存储器存储器也是构建嵌入式系统的重要部分。虽然存储器的选择依赖于处理器的选择，但是就功能需求来说，需要考虑容量大的，性能稳定的存储器。就FLASH来说，还需要考虑FLASH的擦除等软件操作是否方便。本系统核心板包括8MBL6位的NANDFLASH存储器和64MB32位SDRAM存储器。其中NANDFLASH主要用于存放启动代码BOOTLOADER、LINUX内核、RAMDISK压缩映像和用户程序等等。FLASH存储器的数据宽度为16位，映射到3C2410A的ROMBANK0，地址从0X0MX200000。而64MB的SDRAM存储器则用于设置程序堆栈和存放各种变量。它是由两片16位数据宽度的SDRAM存储器，通过并联成为32位数据宽度的SDRAM存储系统，并映射到3C2410A的SROMSDRAMBANK6，地址范围是0X30000000一“OX33FFFFFF。3C2410A微处理器内部的4KB一体化CACHESRAM，通常被配置为CACHE以提高系统性能。若要将其部分或全部用作高速的片内SRAM，用户必须在应用程序中重新配置相应的特殊功能寄存器【L21。223电源管理嵌入式系统对功耗极为敏感。系统的功耗可以通过电源模式变换获得最好的控制。核心板的工作电源为单一的33W05A直流电源，在基本板中，由于电源10基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕十论文消耗功率较小，因此我们使用的是AMSL117线性稳压芯片，使用基本板的上下面铜箔作为散热面，并且使用5W1A直流电源供电。美国AMS公司的AMSL117系列芯片是可调或固定输出18、25V、33V、5V的线性稳压芯片，输出电流为800MA。它可应用于电池充电、便携式掌上笔记本电脑、便携式消费类装置、便携式仪器、SMPS站及计算机系统接口终端中作稳压电源。系统设计中使用的是5V输入，固定33V输出的电源稳压芯片。224外围电路本系统是一个完整的嵌入式系统，根据实际的应用需要以下通信接口RS232串行接口目前RS232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。系统需要通过该串口下载程序，或者进行串行通信。存储器类型静态易失型存储器RAM，SRAM、动态存储器DRAM、非易失型存储器ROM，EPROM，EEPROM，FLASH。其中，FLASH因为可以擦写多次，存储速度快，容量大，价格便宜在嵌入式领域应用广泛。USBUSB接口以其方便、传输速率高等优点逐渐成为计算机行业的外设接口标准。嵌入式设备要与PC机进行高速通信，那么USB接口当然是理想的选择。以太网接口在INTEMET飞速发展的今天，网络己经渗透到了方方面面。17在嵌入式系统方面，和网络的结合已经成为了嵌入式系统最新的研究方向。因此，在本系统中，以太网接口是必不可少的。垦LCD触摸屏键盘和液晶屏是常用的输入输出设备，结合各具特色的嵌入式应用软件，可以把嵌入式系统的功能发挥的更强大，并且可以现场调试。其他接口因为本系统是一套完整的开发平台，因此还留有其他接口，如音频接口IIS、12C总线接口、SD卡接口、IDE接口等，但不作为论文的讨论重点，只为以后扩展使用。23开发环境的软件开发平台涉及的软件包括BOOTLOADER、操作系统、文件系统和应用程序。基于ARM的T厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文231BOOTLOADER选择BOOTLOADER是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立系统的内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。并且，BOOTLOADER最终把操作系统内核映象加载到RAM中，并将系统控制权传递给操作系统。BOOTLOADER的重要性可见一斑。这里开发平台应用的是由MIZIRESEARCH开发的BOOTLOADER一一VI。232嵌入式操作系统选择嵌入式操作系统是整个嵌入式软件的核心。它的性能在某种程度上决定了整个嵌入式系统的性能。目前，嵌入式操作系统的类型很多，如VXWORK_S操作系统，WINCE操作系统，VRTX操作系统，PSOS操作系统，嵌入式LINUX操作系统等等。其中以面向LINUX的嵌入式LINUX操作系统的应用最为广泛，而嵌入式LINUX操作系统的版本也不在少数，如RTLINUXRTAI、EMBEDIX、BLUECATLINUX和HARDHATLINUX等等，它们都有一个共同的特点强调处理事件的实时性。嵌入式LINUX操作系统是个和UNIX相似、以核心为基础的、完全内存保护、多任务多进程的操作系统。支持广泛的计算机硬件，包括MOTOROLA，X86，ALPHA，MIPS，PPC，ARM，NEC等厂商现有的大部分芯片。软件源码全部公开，开发人员可以对操作系统修改和进行定制，而不必担心像MIEROSOTTWINDOWS操作系统中“后门“的威胁。同时由于有GPL的控制，大家开发的东西大都相互兼容，不会走向分裂之路。LINUX用户遇到问题时可以通过INTERNET向网上成千上万的LINUX开发者请教，这使最困难的问题也有办法解决。LINUX带有UNIX用户熟悉的完善的开发工具，几乎所有的UNIX系统的应用软件都已移植到了LINUX系统上。LINUX系统还提供了强大的网络功能，有多种可选择窗口管理器XWINDOWS。其强大的语言编译器GEE、G等也可以很容易得到，不但成熟完善、而且使用方便。嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台，从用户的观点看，它是用户与嵌入式硬件系统之间的接口，用户在操作系统的帮助下能够方便、快捷、安全、可靠的操纵嵌入式系统硬件和运行自己的程序。考虑到易用性、成本、可研究性，本课题中我们选择使用的嵌入式操作系统就是由MIZIRESEARCH开发的MIZILINUX操作系统，基于LINUX24版本。12基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文233嵌入式文件系统选择LINUX操作系统可以支持多种文件系统，由于嵌入式文件系统的结构与LINUX文件系统的结构类似，所以可使用的嵌入式文件系统的种类泛多。目前常用的有EXT2、CRAMFS、JFFS2、NFTL、NFS和RAM磁盘文件系统等。根据嵌入式系统应用的不同要求，决定选择不同的嵌入式文件系统，一般会考虑嵌入式文件系统的以下几个特性可写入，即文件系统是否可以被写入。可更新，即系统重启后，文件系统是否能保持重启前的更改。掉电可靠性，即文件系统在发生掉电的时候是否可以恢复原数据。可压缩，即文件系统内容是否可被压缩。RAM启动，即在挂载文件系统前，其内容是否先从存储器中提取到RAM中。在嵌入式的环境下，内存和外存都需要节约使用。如果用RAMDISK方式使用文件系统，那么在系统开始运行之后，首先要把外存上的映象文件解压缩到内存中，构造出RAMDISK环境，才可以运行程序。但是它有很致命的弱点，在正常情况下，同样的代码不仅在外存中占据了空间，而且还在内存中占用了更大的空间，这违背了嵌入式环境下尽量节省资源的要求。使用CRAMFS就是解决这个问题的一种方式。CRAMFS是一个压缩的文件系统，它并不需要一次性地将文件系统中的所有内容都解压缩到内存中，而只是在系统需要访问某个位置的数据时，立刻计算出该数据在CRAMFS中的位置，将其实时地解压到内存之中，然后通过对内存的访问来获取文件系统中需要读取的数据。本课题中我们选择的文件系统就是这种节省内存空间的文件系统C心伍S【13】。234应用程序开发平台里的应用程序是面向工厂监控系统的GUI程序。GUI是一个图形用户界面支持系统。它的作用是显示本系统的一些图形和数据信息。现在比较成熟的GUI系统有MINIGUI、MICROWINDOWS，常用的有精简的XWINDOWS系统、MINIGUI、MICROWINDOWS、OPENGUI、QTEMBEDDED等。设计中采用的是MINIGUI，MINIGUI是由北京飞漫软件技术有限公司主持的一个自由软件项目，其目标是为基于LINUX的实时嵌入式系统提供一个轻量级的图形用户界面支持系统。MINIGUI为应用程序定义了一组轻量级的窗口和图形设备接口。利用这些接口，每个应用程序可以建立多个窗口，而且可以在这些窗口中绘制图形，用户也可以利用MINIGUI建立菜单、按钮、列表框等常见的GUI元素。它的成熟和方便是赢得设计开发者青睐的主要原因。13基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文第三章搭建监控无线终端的开发环境进行项目开发，首先要做的是搭建一套开发环境，这套环境包括操作系统以及含连接器、编译器、调试器在内的软件开发工具。绝大多数的LINUX软件开发都是以NATIVE方式进行的，即本机HOST开发、调试，本机运行的方式。这种方式通常不适合于嵌入式系统的软件开发，因为对于嵌入式系统的开发，没有足够的资源在本机即开发板上系统运行开发工具和调试工具。通常的嵌入式系统的软件开发采用一种交叉编译调试的方式。交叉编译调试环境建立在宿主机即一台PC机上，对应的开发板叫做目标板。如图31所示。M“囤31开发蒜境示意图本论文采用的目标板是HHARMA10开发板。IIHARM2410为一台采用3C2410处理器、提供RS232接口，安装有LINUX操作系统的软硬件开发平台，其功用相当于一台装有REDHATLINUX，装有串口的PC机。对于HHARM2410，它提供的所有软件操作系统和应用软件都固化在板上FLASH里面，就相当于PC机的硬盘。FLASH上的内容，包括BOOTLOADER都可通过烧写工具来更新升级。用户可以在HHARM2410平台上开发应用程序或更改其上的操作系统的工作方式因为操作系统是开放源代码的，和在PC上开发应用唯一的不同之处在于它要采用一种交叉编译的开发模式，即为HHARM2410开发驱动及应用时，进行跨平台的开发，跨平台就是指从I386到ARM平台。编译器是存放在LINUX服务器上的，编译工作不可能在开发板上进行，开发板上并没有编译器，开发板只负责存放编译好可以被ARM处理器执行的代码【悼”】。黛簸一嗨撬基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕十论文31嵌入式LINUX系统嵌入式操作系统主要有PALMOS，WINDOWSCE，EPOC，LINUXCE，QNX，ECOS，LYNX，高端嵌入式系统要求许多高级的功能，如图形用户界面和网络支持。很多高端RTOS供应商已经提供了这些功能，但其价格也很高端，一般人难以接受。微软的WINDOWSCE也有此类功能，却不具备大多数嵌入式系统要求的实时性能，而且难以移植，也曾经有人想以DOS为基础用单独的第三方工具拼凑一个系统，但这种努力将是自费。现在需要的是一个便宜、成熟并且提供高端嵌入式系统所必须特性的操作系统，嵌入式LINUX操作系统以价格低廉、功能强大又易于移植而正在被广泛采用，成为新兴的力量，所以，众多商家纷纷转向了嵌入式LINUX。32建立交叉编译环境建立交叉编译环境的主要工作就是建立宿主机开发环境，因为开发、编译等主要工作都是在宿主机上完成的。宿主机，即一台PC机，下面将通过以下几个步骤实现交叉编译环境的实现1在宿主机上安装LINUX系统；2安装应用程序，即MIILIGUI；3移植MINIGUI。321在宿主机上安装LINTTX系统在宿主机上安装LINUX系统的过程较为简单，所以笔者在这里不会过多的描述，但是依然有许多值得注意的地方，尤其是在安装后的配置方面如果做的不好会影响到下一步的工作。1本文是采用光盘安装。首先是注意要“完全安装“REDHAT90LINUX，否则，后面您可能因为T却或NFS无法使用而重新安装。在安装向导中会弹出对话框询问您安装服务器或工作站等，请选择自定义CUSTOM在配置防火墙FIREWALL时，选择不安装防火墙NOFIREWALL，在选择软件PACKAGE时选择最后一项EVERYTHING，即完全安装。完全安装完以后，大概占用48GB的硬盘空间【16171。2安装完成后需要对素质及进行相关配置，主要包括配置NFS、TFTP和FIREWALL三个部分。进入配置界面的命令如下，界面如图32所示16基于ARM的丁厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文CHOOSEDT00KEUBOARDCOLLFII_QURATOLLMOUSECONFIGILRATIONMETUILRKCOIFLURATLDNLRIILTEL“CONFIGTTRATIONSUSTEILSELUICESSOUNDCARDCOILIGLLRATIONTIRLEZILNGCOLLF|GILRATIOILXCODFITLURATLOA匡虱匣囤32配置界面【M0SETUP配置NF。选中SYSTEMS盯VIC馏，回车进入系统服务选项菜单，在其中选中【NFS，然后退出SETUP界面返回到命令提示符下。ROOT】斯肼ETC，EXPORTS将这个戢认的空文件修改为只有如下一行内容，R目LJ根目录可读写，和W之间要留空格然后保存退出WQ，然后执行如下命令RGOTETCRODINIT讹BRESTART或SERVICENFSRESTARTSHUTTINGDOWFINFSMOBNTDSHUTTINGDOWNNFSDAEMONSHMTMGDOMNFSQUOTASSHUTDNGDOWNNFSCSTARTINGNFSSERVICESSTARTINGNFSQUOTASSTARLINGNFSDAEMONSTARTINGNFSMFMNTD运行以下命令启动NFS服务。0KOKOK0K0KOKOK配置T卸A在SYSTEMSERVICES中，将T郇一项选中出现【】表示选中，并去掉IPCHAINS和IPTABLES两项服务即去掉它们前面的号。最后，退出SETUP，执行如下命令以启动T丌P服务即可MOTSERVICEXHLETDFESBN关闭防火培。在SYSTEMSCRVIC船中，选择FIREWALLCONFIGURATION，选中NOFUEWALL关闭防火墙。基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文322宿主机上交叉编译环境的建立建立宿主机上的交叉编译环境的主要工作是安装并移植MINIGUI。MINIGUI是一种面向嵌入式系统或者实时系统的图形用户界面支持系统。它主要运行于LINUX控制台，实际可以运行在任何一种具有POSIX线程支持的POSIX兼容系统上。MINIGUI同时也是国内最早出现的几个自由软件项目之一。MINIGUI最初是为了满足一个工业控制系统计算机数控系统的需求而设计和开发的。这个工业控制系统是清华大学为一台数控机床设计的计算机数控系统CNC。在比较DOS、WINDOWS98、WINDOWSNT、LINUX等系统之后，该项目组决定选择RTLINUX作为实时操作系统，以便满足2MS甚至更高的实时性。但是图形用户界面是一个问题，因为XWINDOW不适合于实时控制系统，并且当时XWINDOW系统的本地化也不尽人意。因此，决定自己开发一套图形用户界面支持系统。这就是MIRTIGUI产生的背景。显然，MINIGUI一开始就针对实时系统而设计，因此，在设计之初就考虑到了小巧、高性能和高效率。目前，这个数控系统的开发已近尾声，MINIGUI在其中担当了非常重要的角色。在考虑到其他不同于数控系统的嵌入式系统时，为了满足千变万化的需求，必须要求GUI系统是可配置的。在CNC系统中得到成功应用之后，MINIGUI进一步实现了可配置的设计。通过LINUX下的AUTOMAKE和AUTOCONF接口，实现了大量的编译配置选项，通过这些选项可指定MINIGUI库中包括哪些功能而同时不包括哪些功能。因此，MINIGUI是一个非常适合于工业控制实时系统以及嵌入式系统的可定制的、小巧的图形用户界面支持系统。MINIGUI的主要特色有【18】对话框和预定义的控件类按钮、单行和多行编辑框、列表框、进度条、工具栏等。消息传递机制。全拼、五笔等汉字输入法支持。BMP、GIF、JPEG、PCX、TGA等常见图像文件的支持。WINDOWS的资源文件支持，如位图、图标、光标等。插入符、定时器、加速键等。其他BEEP、ETCINI文件操作等。小巧。包含全部功能的库文件大小为300K左右。可配置。可根据项目需求进行定制配置和编译。高稳定性和高性能。多字符集和多字体支持，目前支持IS088591、GB2312、BI95等字符集，并且支持各种光栅字体和TRUETYPE、TYPE1等矢量字体。MINIGUI已经在LINUX发行版安装程序、CNC系统、蓝点嵌入式系统等关键应用程序中得到了实际的应用。可移植性好。目前，MINIGUI可以在XWINDOW18基于ARM的工厂监控系统无线终端的应用与研究北京邮电大学硕士论文和LINUX控制台上运行。中科院EEOS开发组已经成功地将MINIGUI移植到了他们的POSIX兼容系统上。蓝点软件北京研发中心也已经成功地将MIILIGUI移植到了两款基于STRONGARM的嵌入式系统上。本文的使用的是MINIGUI的133版本，可以到MINIGUI的网站或论坛上下载到相关的安装包LIBMINIGUI一133TARGZMINIGUIRES133。TARGZRODE130TARGZMGSAMPLES一130TARGZ1搭建开发