（电路与系统专业论文）基于web的嵌入式远程控制系统设计.pdf

、1一 ! s y s t e m b a s e do nw e b c a n d i d a t e ：z h a n gx i n ji e s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rz h a n gh a i f e n g d e c e m b e r ，2 0 1 0 学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或 使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件， 允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其 它复制手段保存论文。( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 狐幻走 孤札毫 日 日 月 月 ， r 年 年 汐 砂 期 期 日 日 杭州电子科技大学硕十学位论文 摘要 随着科学技术的发展，人们对生活工具的要求越来越高，并且希望能通过越来越多的方 式，为自己的生活提供更多的方便，从2 0 世纪未期至今网络技术已经有了长足发展，因特网 已经遍布世界的各个角落，人们希望能通过网络来做越来越多的工作，而不只是单纯的从网 上浏览信息，也希望通过网络来控制远程终端，特别是在相对恶劣的环境下，人们希望通过 远程的控制来完成设备的控制和操作，从而不需要工作人员到场就可以完成一些控制和操作， 进而降低一些工作带来的不便和危险。 近年来集成电路不断发展，芯片的功能已经越来越强大，现在一般的3 2 位微处理器的工 作频率已经达到了过去电脑c p u 的处理速度，但是价格却降低到只有2 0 1 0 0 元的水平，所 以基于这种微处理器的应用也变得越来越广泛。本文就是在嵌入式微处理器的基础上，提出 了一种可以通过浏览器来控制远程设备的控制系统，即以$ 3 c 2 4 4 0 芯片为嵌入式处理器，并 且由s d r a m 、f l a s h 、以及网络来实现一个具有w e b 服务器功能的终端设备，我们可以通 过浏览器连接到远程终端服务器系统中，取得处理器的控制权限，就可以远程的控制远程终 端的动作，并在w e b 服务器上集成了视频服务器，这样不仅可以设定各个控制部件的状态， 而且还可以通过网络摄像头，来实时的观察设备的运行状况，以及时发现远程终端出现的状 况，并及时进行调整。本课题的选题是在锁芯自动装配线设计和调试过程中遇到一些比较频 繁的要跑到车间现场去设定步进电机的情况下提出的一种试验性的项目，目的是检验是否可 以通过基于w e b 的方式实现步进电机和其他一些设备的远程控制。 本课题包含了几个部分，首先介绍了本课题的选题背景以及现在这个领域国内外的发展 概况。第二章介绍了远程控制的基本原理和实际生活中远程控制的应用情况，第三章介绍了 本课题的硬件电路基础，列出了各主要的硬件部件以及相应的接线方式和各自的功能，第四 章是在硬件平台的基础上建立了l i n u x 操作系统，用u b o o t 作为系统启动的引导程序，并实 现了y a f f s 2 文件系统的移植，建立了最基本的应用操作系统，第五章是在l i n u x 系统的基础 上实现了u s b 摄像头驱动的移植并在l i n u x 系统上建立了b o aw e b 服务器。第六章是网页代 码的编写和c g i 应用程序的设计，主要完成网页和处理器之间的信息交互。第七章是本课题 的测试工作，主要测试了系统的实现程度以及各个部件的程序可执行情况，最后是对本文的 一个总结。 经过实践证明本课题达到了预定的课题目标，创新性的把新技术应用到生活中，有一定 的实践意义和社会意义。 。 关键字：嵌入式系统，w e b 服务器，远程控制，u s b 视频，步进电机 杭州电子科技大学硕七学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g y ，w eh a v em o r ed e m a n do nt h et o o l s ，a n dw a n tt h r o u g h m o r ea n dm o r em e t h o dp r o v i d ec o m f o r t a b l ef o ro u rl i f e ，f r o mt h ee n do ft h e2 0 t hc e n t u r y ，t h e i n t e r a c th a v em o r ed e v e l o p m e n t ，n o we v e r y w h e r ei nt h ew o r l d ，y o uc a ng e ti n t e r n e t ，a n dm o r ea n d m o r ep e o p l ew a n tw o r kt h r o u g ht h ei n t e m e t ，n o tj u s ts c a nt h ep a g e s ，p e o p l ew a n tt h r o u g ht h e i n t e r a c tc a nc o n t r o lr e m o t et e r m i n a l ，e s p e c i a li nt h es e v e r ee n v i r o n m e n t ，p e o p l ew a n tc a nt h r o u g h t h er e m o t ec o n t r o lt oo p e r a t et h ee q u i p m e n t ，s ot h ew o r k e rc a nc o m p l e t et h ec o n t r o la n dd on o ta t t h er i g h tp l a c e ，i tc a nr e d u c et h ei n c o n v e n i e n ta n dt h ed a n g e r o u sf o r mt h ew o r k 。 i nr e c e n ty e a r s ，i n t e g r a t e dc i r c u i tc h i pf u n c t i o ni n c r e a s i n gd e v e l o p ，a n dh a sb e e nm o r ea n d m o r ep o w e r f u l ，n o ww o r k i n gf r e q u e n c yo fo r d i n a r y3 2 - b i tm i c r o p r o c e s s o r sw o r k i n gl j r e q u e n c yh a s r e a c h e dp a s tc o m p u t e rc p u p r o c e s s o rs p e e d ，b u tt h ep r i c ei sr e d u c e dt oo n l y2 0 - 10 0y u a nl e v e l ，s o b a s e do nm i c r o p r o c e s s o ro ft h ea p p l i c a t i o ni sa l s ob e c o m i n gm o r ea n dm o r ew i d e l y t h i sa r t i c l ei s b a s eo nt h ee m b e d d e dm i c r o c o n t r o l l e rp r o c e s s o r , a n dc o m eu pw i t hac o n t r o ls y s t e ms c h e m et h a t t h r o u g hb r o w s e rc o n t r o lt h er e m o t ed e v i c e ，n a m e l y $ 3 c 2 4 4 0c h i p sf o re m b e d d e dp r o c e s s o r s ，a n d b ys d r a m ，f l a s h ，a n dn e t w o r kt oa c h i e v ew i t haw e b s e r v e rf u n c t i o n so ft e r m i n a le q u i p m e n t ， w ec a nb el a u n c h e db yt h eb r o w s e rc o n n e c tt or e m o t et e r m i n a ls e r v e rs y s t e m ，o b t a i n e dt h e p r o c e s s o rc o n t r o lp r i v i l e g e s ，c a nr e m o t ec o n t r o lt h er e m o t et e r m i n a ld os o m em o v e m e n t ，a n du s e d i nw e bs e r v e rv i d e os e r v e r , w h i c hn o to n l yc a ns e te a c hp a r to ft h ec o n t r o lc o n d i t i o n ，b u ta l s o t h r o u g ht h en e t w o r ko fc a m e r a ，w ec a nk n o wt h es t a t u so ft h er e m o t et e r m i n a l ，a n dt h r o u g ht h e c a m e r aw ec a l lk n o wt h es t a t eo ft h es e t sa n dd os o m en e e d e da d j u s t o u rp r o je c th a v eb e e nd i v i d ei n t os o m ep a r t s ，a tf i r s ti n t r o d u c et h eb a c k g r o u n da n dt h eu s i n g o ft h ew o r l d w i d e ，a n ds e c o n dc h a p t e ri n t r o d u c et h eb a s ep r i n c i p l ea n dt h e a c t u a lu s eo fr e m o t e c o n t r o l ，t h i r dc h a p t e ri n t r o d u c et h eh a r d w a r eo fo u rs y s t e ma n dl i s tt h ep a r to fh a r d w a r ea n d i n t r o d u c et h ec o n n e c t i o nl a y o u t ，f o u r t hc h a p t e rb a s et h eh a r d w a r ew eb u i l dt h el i n u xo sa n d r e a l i z et h eu b o o tg u i d et h el i n u xo s ，a n db u i l dt h ey a f f s 2f i l es y s t e m ，f i v ec h a p t e ri sb a s et h e l i n u xb u i l dt h eu s bc a m e r ad r i v e ra n db u i l db o aw e bs e r v e r , t h es i xc h a p t e rw ed e s i g nt h eh t m lf i l e a n dc o d et h ec g ip r o g r a ma n dr e a l i z et h ei n f o r m a t i o nt r a n s f e ri nh t m la n dw e bs e r v e r , s e v e n c h a p t e rm a i n l yt e s tt h es y s t e m ，t e s tt h eb a s ef u n c t i o na n dt h es y s t e m ，a n dt h e ns u m u pt h i sp r o j e c t t h r o u g ht e s to u rp r o j e c ta c h i e v e dt h ep r e g o a l ，a n di n n o v a t i v et h en e wt e c h n o l o g yi no u rd a i l y l i f e ，t h e r ea r ec e r t a i np r a c t i c a lv a l u ea n ds o c i a ls i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ；w e bs e r v e r s ；r e m o t ec o n t r o l ；u s bv i d e o ；s t e pm o t o r 杭州电子科技大学硕+ 学位论文 目录 摘要兽1 a b s t r a c t i i 1 绪论l 1 1课题研究的背景及意义1 1 2国内外研究现状及发展趋势1 1 2 1 嵌入式w e b 服务器的广泛应用1 1 2 2g s m c d m g p r s 无线网络的远程监测系统2 1 3 其他方式的远程控制2 1 3 1 基于p c 机w e b 服务器的远程控制系统2 1 3 2 总线方式的远程控制3 1 4论文的主要内容和章节安排一3 1 4 1 论文的主要工作和创新点3 1 4 2 论文的章节安排3 2 远程控制的原理5 2 1远程控制概述一5 2 2远程控制的原理和方法5 2 2 1 远程控制的通信协议基础6 2 3w e b 的远程控制的原理和方法7 2 4远程控制的应用7 2 5 本章小结8 3 远程控制系统的硬件设计9 3 1w e b 远程控制系统的组成9 3 2g p i o 控制外部电路1 0 3 3网络接口设计l o 3 4 u s b 摄像头接口设计1 1 3 5 本章小结1 2 4 远程控制基本系统设计l3 4 1引导加载程序b o o tl o a d e r 13 4 1 1u b o o t 引导分析1 3 4 1 2 建立内核运行环境15 4 2嵌入式l i n u x 内核移植l5 i i i 杭州电子科技大学硕士学位论文 4 3建立文件系统18 4 3 1y a f f s 简介18 4 3 2b u s y b o x 简介1 8 4 3 3 获得b u s y b o x 并仿照u b u n t u 建立相应的文件目录1 8 4 3 4 制作y a f f s 2 文件系统2 0 4 4 本章小结2 0 相关驱动程序开发和w e b 服务器建立2 1 5 1建立网络服务2 1 5 1 1l i n u x 网络设备驱动的结构2 l 5 1 2d m 9 0 0 0 驱动程序的主要函数以及实现。2 3 5 2u s b 摄像头驱动程序设计2 4 5 3电机驱动程序设计2 5 5 3 1 软件延时的实现2 7 5 3 2 电机的加减速控制2 8 5 4l e d 灯驱动程序设计3l 5 5p w m 驱动程序设计3l 5 6建立w e b 服务器3 1 5 6 1w e b 服务器简介：3l 5 6 2b o a 嵌入式w e b 服务器的移植3 l 5 6 3 测试w e b 服务器3 2 5 7本章小结3 2 w 曲网页和控件设计。3 3 6 1控制网页制作3 3 6 2在网页上显示视频信息3 4 6 3通过c g i 实现网页信息和b o a 服务器信息的交互3 5 6 4进程间通信3 5 6 5c g i 程序编写3 6 6 6 本章小结3 7 系统测试3 8 7 1基本系统验证3 8 7 1 1u b o o t 验证3 8 7 1 2 内核验证3 9 7 2w e b 服务器验证4 0 7 3 电机验证4 l i v v 杭州电子科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题研究的背景及意义 随着科学技术的发展，人们对信息的要求越来越高，并且希望能通过越来越多的方式， 为自己的生活提供更多的方便，随着网络技术的发展，人们希望能通过网络来做越来越多的 工作，而不只是单纯的从网上浏览信息，也希望通过网络来控制远程终端，特别是在相对恶 劣的环境下，人们希望通过远程的控制来完成设备的控制和操作，从而不需要工作人员到场 就可以完成一些控制和操作。 网络在人们的日常生活和工作中扮演着越来越重要的角色，已经成为人们生活和工作中 不可缺少的部分。在离不开网络之后，人们就希望，能通过网络来实现方便的毫无障碍的信 息交流和对一些设备的控制。这些设想在某些领域已经开始变为现实，例如信息家电在办公 室可以控制家里带有网络功能的微波炉，网络会议把摄像机联到网络上，可实现异地的网络 会议，或网络监控便携设备，移动的检测仪器在检测完成后可随时的插上网线，将数据发回 基地等等。许多同常很普通的东西都希望在成本增加很少、操作十分简单、不影响原有功能 的基础上，实现与i n t e r n e t 互联。这就要求不断发展新技术以满足人们的需求。 近年来，随着互联网在全球的飞速发展，网络技术广泛应用于各种企业和工业系统，越 来越多的信息化产品需要能够接入互联网通过w e b 页面进行远程访问和控制。嵌入式w e b 已 经应用到很多的领域中，并且随着i n t e r n e t 技术的发展以后的应用将会更加的广泛。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 嵌入式w e b 应用是一个新兴的嵌入式应用领域，但是近年来这方面的应用迅速的发展， 已经在很多领域得到了广泛的应用，特别是开源l i n u x 的推动，使嵌入式应用提高到操作系 统的高度，本课题也是在l i n u x 的基础上实现的。 1 2 1 嵌入式w e b 服务器的广泛应用 1 2 1 1 在w e b 视频点播中的应用 最近几年网络多媒体发展迅速，其中发展最快的当属网络视频，消费者可以自由的选择 喜欢的媒体文件，使这种应用得到了飞速的发展。特别是v o d 技术的应用，v o d 的概念将会 在信息获取的领域快速扩展，具有无限广阔的发展前景。”。 1 2 1 2 在不间断电源系统的应用 不问断电源作为网络系统中的保护设备，它主要起到两个作用：其一是为电脑系统提供 备用电源，目的是防止电网供电突然断电造成对重要文件数据损害；其二是消除电网供电上 杭州电子科技大学硕七学位论文 的噪声，使电脑中的电子部件免受摧毁性损坏h 。 1 2 1 3 在网络视频监控的应用 目前，以网络为基础的数字视频监控系统是视频监控系统发展的主流，基于嵌入式w e b 的 网络视频监控系统逐渐得到了人们的广泛关注，其原理是：嵌入式视频服务器采用嵌入式实 时操作系统，内置嵌入式w e b 服务器，摄像机传送过来的视频信号经高效压缩芯片压缩后， 通过内部总线传送到内置的w e b 服务器。监控系统的结构图如图1 1 所示。 监 控 浏览器( i e 等) 浏览器( i e 等) 上i 山 竺 金奔 鱼 一 3 业 了 嵌入式w e b j 艮务器嵌入式w e b j 艮务器 厂 ( v i d i c o n ) ( v i d i c o n ) ( v i d i c o n ) ( v i d i c o i 图1 1 监控系统结构图 监控系统由摄像机、嵌入式w e b 服务器、传输网络和监控端组成。本课题也采用了其中 一部分的视频监控框架，不过相对专门的监控系统，本课题做的还是相对简单一点，但是相 对来说成本比较低，系统要求也比较低u “。 1 2 2g s m c d m 刖g p r s 无线网络的远程监测系统 无线网络( 手机网络) 的远程控制，控制终端是手机，控制端必须有手机射频模块和s i m 卡，要占用一个手机号资源及相应的费用。通过无线电通讯来控制。早期是利用专用无线电 台数传来控制，但近期直接利用无线移动通讯( 手机卡) 来控制，成本更低。因为从控制室 到远程工作站，几乎被移动蜂窝所覆盖，而且占用一路移动通讯资源，对通讯公司来说是微 不足道的，控制机房和远程通讯站都采用移动通讯，链路可靠，数据传输快，成本低。对于 更远距离，利用卫星作数据链路，也是一个可选的方案，先由卫星收发器将遥控命令上行发 到商用卫星，再由卫星下行传到远处的接收站，接收站解码后送给空调器。然后，空调器按 获得的参数运行。或者，将现有的运行参数通过卫星链路上传控制室。这种方案需租用商用 卫星，成本可能贵了一点。 1 3 其他方式的远程控制 1 3 1 基于p c 机w e b 服务器的远程控制系统 这种系统一般是这样配置的：w e b 应用程序服务器采用m s i i s 技术，网络发布模块采用 2 杭州电子科技大学硕士学位论文 b s 体系结构。用户操作则通过客户端浏览器实现，主要事务在服务器端( s e r v e r ) 实现， 数据存储、提取则在数据库服务器端实现，形成三层( 3 - t i e r ) 结构。在这种系统下完成一 个整个的运行过程如下：用户请求，服务器接到请求后对浏览器要求的消息进行处理，获取 用户提交的数据信息，并为浏览器准备返回信息。 1 3 2 总线方式的远程控制 现场总线多用于工业控制领域，通过它可以是现场设备具有网络功能，便于组成工厂底 层控制网络，并且现行的现场总线具有公开一致的标准，使设备具有互可操作性，一般通过 双绞线进行通信，安装简单，维护成本也比较低。所以在一大部分工业控制领域，现场总线 方式得到了广泛的应用。c a r l 总线的通信距离可以达到1 0 公罩，但这时数据的传输速率会 有很大的要求，一般要在5 k b p s 以下，在距离要求不是很远的情况下，可以方便的组成，c a r l 局域网，方便的实现，局域网内的远程控制。 1 4论文的主要内容和章节安排 1 4 1 论文的主要工作和创新点 本课题的选题是在锁芯自动装配线设计和调试过程中遇到一些比较频繁的要跑到车间现 场去设定步进电机的情况下提出的一种试验性的项目，目的是检验是否可以通过基于w e b 的 方式实现步进电机的远程控制，如果试验成功的话就可以考虑把这种w e b 远程控制系统应用 到锁芯自动装配线中，并可以为以后的远程诊断和排除故障提供理论和实践支持，本课题目 的是验证这种方法的可行性，由于时间原因并没有实际应用到锁芯自动装配线中，只是从一 个方面证明了这种方法的可行性，在以后的项目深入中将会把这种方法应用到系统的远程控 制中。 1 4 1 1 创新点 本课题来源于实践项目中，是针对实际问题提出的解决方法，创新性的提出了在视频监 控下进行远程控制，使控制的实际信息能够快速的反馈过来，在课题设计中充分利用了近年 来嵌入式系统发展的各方面的软硬件工具，在开源的基础上完成了大部分系统的软件设计， 并在嵌入式平台上建立了w e b 服务器，并提供了视频服务器，通过c g i 程序进行网页信息和 服务器以及硬件设备之间的信息交互。 1 4 2 论文的章节安排 全文共分8 章，各章安排如下： 第一章绪论，简单介绍了本课题的研究背景及意义，国内外相关领域的发展概况和具体 的应用领域，已经本文的大体安排。 第二章远程控制系统的原理，主要介绍了本文的理论基础和一些相关的知识。 第三章远程控制系统的硬件结构，主要说明了本课题的硬件平台以及和课题主要涉及部 分的硬件原理图。 杭州电子科技大学硕士学位论文 第四章远程控制系统的基本系统设计，主要是在硬件平台上建立基本的操作系统，主要 包括系统引导程序、操作系统移植以及文件系统的构建等。 第五章相关驱动程序开发和w e b 服务器建立，主要是在第四章建立的基本操作系统平台 上进行必要设备的驱动程序开放和建立嵌入式w e b 服务器。 第六章w e b 网页和控件设计，主要介绍了远程控制w e b 网页的制作，以及网页中需要的 一些c g i 控件的设计情况。 杭州电子科技大学硕士学位论文 远程控制的原理 远程控制用简单的概念来说，就是自身的资源允许外部用户用管理员权限或者部分管理 员权限进行访问、控制。它是一种用一台计算机或者客户端去控制另一台计算机或者终端的 技术，这里的远程不是字面上的远距离当然这里的远程也包括远距离，一般指的是通过网络 控制远端的电脑或终端，当操作者在使用主控端电脑或者终端去控制被控端的电脑或者终端 的时候，就如同操作者亲自在被控端上操作一样，操作者可以开启或者关闭被控端的程序或 者任务，可以使用被控端的资料，控制被控端的动作，就像拿着遥控器去控制电视机一样。 2 1远程控制概述 远程控制系统起源于2 0 世纪3 0 年代，它是将计算机技术、通信技术、自动控制技术、 检测技术相结合而发展起来的- i 1 交叉性学科。它的出现使远距离、大范围内生产过程的集 中控制和检测成为可能，并且随着计算机技术、通信技术、自动控制技术、检测技术的迅速 发展，远程控制系统发展也非常迅速，从根本上突破了原有控制系统的模式，使控制系统在 控制距离、功能、性能、自动化程度方面都有了质的飞跃，近年来随着嵌入式处理器的处理 速度提高，现在的嵌入式微处理器已经可以作为一个单独小型的计算机终端来完成各种复杂 的数据处理功能，并且能够把操作系统应用到微处理器上，提高了微处理器的可操作性并且 能够完成复杂的功能”。 2 2远程控制的原理和方法 远程控制的基本原理可以简化如下： 第一步，在服务器端运行相应的远程控制软件服务程序，使服务器端的某个端口处于侦 听状态，这样服务器端计算机就时刻处于侦听远程计算机连接请求的状态，能够随时处理控 制端的服务请求。 第二步，当服务器相应的程序运行后，客户端浏览器端在本地计算机中运行相应的远程 控制程序，通常在运行这个程序的时候要知道远端计算机控制终端的服务器名和端口号，并 且要找到远程终端计算机。 第三步，找到远程终端计算机后，客户端浏览器端计算机就会发送相应的t c p 连接请求， 如果远程终端服务器处于侦听空闲状态，它就可以接收本地计算机的连接请求，并根据设定 的不同，向本地客户端发送接收请求确认信号，并同时向本地客户端发出登陆用户信息确认 对话框。 第四步，客户端输入相应的登陆信息并确认后，就会向远程服务器端发送登陆请求，远 程服务器端接收到相应的登陆信息，确实无误后客户端就可以连接到远端服务器并可以进行 杭州电子科技大学硕十学位论文 下一步的操作。 客户端一旦成功的连接到远端计算机后，这时的客户端就可以在远端计算机提供的相应 服务下操作远端计算机，从而完成不必要亲自到远端就可以操作远程计算机的目的，并且随 着i n t e r n e t 的技术的发展，现在这种远程控制技术大多数都可以通过w e b 页面来控制远端计 算机，这样就可以实现不同操作系统环境下的远程控制，这也是本课题才用的远程控制方式， 以实现在嵌入式微处理器的基础上实现可以任意操作系统都可以连接的远程控制系统，避免 系统不兼容带来的诸多不便k 。 2 2 1 远程控制的通信协议基础 t c p i p 协议包括t c p ( t r a n s m is s i o nc o n t r o lp r o t o c o l 传输控制协议) 和i p ( i n t e r n e t p r o t o c o l 因特网协议) 两部分，是互联网中最基本的通信语言，t c p i p 并不完全符合o s i 的 七层参考模型，传统的开放式互联参考模型是一种通信协议的7 层抽象的参考模型，每一层 执行特定的一种任务，该模型的目的是使各种硬件在相同层次上进行通信，而t c p i p 才用了 4 层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层提供的服务来完成自己的通信需求，这四层分别 为： 应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输( s m t p ) 、文件传输协议( f t p ) 、网 络远程访问协议( t e l n e t ) 等。 传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送，应用程序之间的通信服务，主要功能 是数据格式化、数据确认和丢失重传等。如传输控制协议( t c p ) 、用户数据报协议( u d p ) 等， t c p 和u d p 给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定 数据已被送达并接收。 互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机 ( 但不检查是否被正确接收) ，如网际协议( i p ) 。 网络接口层( 主机一网络层) ：接收工p 数据报并进行传输，从网络上接收物理帧，抽取 i p 数据报转交给下一层，对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络( 如e t h e r n e t 、 s e r i a ll i n e 等) 来传送数据。 t c p 协议 t c p 协议主要是为了在计算机之间实现高可靠性的数据包交换，它是面向连接到协议， 比较安全、稳定，但是效率不高，占用的资源比较多。t c p 协议时面向连接的端到端的可靠 协议，它支持多种网络应用程序，所以在互联网发展的今天它已经成为网络协议的标准，t c p 协议对下层服务没有太多的要求。t c p 协议主要有三个特征。 t c p 协议时面向连接的。这意味着在任何数据实时交换之前t c p 协议首先要在两台计算 机之间建立连接进程。 由于使用了序列号和返回通知，t c p 协议使用户确信传输的可靠性，序列号允许t c p 协 议的数据段被划分成多个数据包传输，然后在接收端重新组装成原来的数据段。 6 杭州电子科技大学硕士学位论文 t c p 协议使用字节流进行通信，这意味着数据被当作没有固定形式的字节序列来对待。 2 3 w e b 的远程控制的原理和方法 w e b 远程控制是i n t e r n e t 在控制领域的重要应用，主要是用网页文件代替传统的人机界 面，实现通过网页就可以实现人机交互的功能，实现这样的功能主要的任务是构建w e b 服务 器以及实现服务器和控制部件的软硬件关联以及实现网页文件和服务器之间的信息交互。完 成上述的主要功能就可以实现基本的系统设计。本课题就是在这个基础上进行的设计其中的 主要任务将在下面进行详细的设计和阐述下图2 1 是本系统的基本原理图。 图2 1 控制系统原理图 2 4远程控制的应用 远程控制研究的最初目的是满足一些公司和机构对自身复杂网络系统维护的需要，为了 减轻计算机或者网络维护人员的工作负担，从而让系统管理员能够从上门解决问题的繁重工一 作中解放出来，随着现在网络的发展和各种自动化技术、检测技术、通信技术的发展，远程 控制的应用也变得越来越广泛。主要的用途如下。 远程计算机维护：这是远程控制的最初应用，也是应用最广泛的一个方面，远程控制的 应用使一个管理员可以控制相当多的远程计算机，并且可以轻松的完成批量的工作。减少上 门工作的诸多不便。 移动办公：现在许多公司，特别是大公司的员工的工作不是在自己的办公室就能完成的， 整天需要在外面跑，有时候需要公司的资料和相应的技术支持等，远程应用让这些工作变得 更加简单直接。 远程教学和医疗：现在网上有许多实施远程教学的站点，如果涉及许多软件系统，学校 这方不可能给每个学员都提供全部的软件，而有时候即使有相应的软件条件，学员也不一定 能配置出相应的教学环境，因为或许还需要许多昂贵的硬件来支撑，但是如果利用远程教学 系统就可以以比较经济的方式为学生提高高质量的教学服务，远程医疗更是一个非常有用的 远程应用，对于偏远贫困地区不可能买进大量昂贵的医疗设备，但是通过远程控制的方式连 接到远程的一个较大有相应医疗条件的医院和相应的医生，通过实行远程医疗就能让病人在 偏远地区或者家里就可以享受到较好医院的诊断条件，这是目前医疗系统发展的一个重要方 向。 。 远程控制在工业中的应用：在工业系统中，远程控制最初是通过现场总线的方式把整个 工厂连接成一个小型的局域网，在总控端对工厂的各个角落和机器都可以进行监测和控制， 杭州电子科技大学硕士学位论文 在一些比较危险的工作上使用远程控制的机器人或者机械臂来完成相应的工作。近些年远程 抄表的应用也多了起来，大大提高了抄表和计费的效率，让分时段抄表和计费变得非常方便， 提高了能源的利用效率，而且管理更加方便。 本课题是远程控制在工业中的应用，主要是在w e b 服务器的基础上实现远程控制系统设 计。 2 5本章小结 本章主要介绍了一些原理性的知识，介绍了本课题研究的理论基础，以及相关的方法和 这些原理在实践中的应用。 8 杭州电子科技大学硕+ 学位论文 远程控制系统的硬件设计 3 1w e b 远程控制系统的组成 根据系统要实现的功能和要求，在天嵌科技t q 2 4 4 0 开发板的基础上进行改进和二次开发 来满足系统应用需求。t q 2 4 4 0 的硬件资源主要有$ 3 c 2 4 4 0 芯片、n a n df l a s h n o rf a l s h 芯 片、u s b 接口、音频输出电路、串口接口电路和r j 4 5 网络接口电路，系统总线和l c d 接口电 路，还有部分g p i o 引出，用来控制外部设备或者接收外部中断，此电路基本上能满足系统的 初步需要。系统的硬件组成框图如图3 1 所示u ”。 电源和时钟模块 l o o m 网卡 u s b 摄像头川u s b 接口 l c d 接口电路 触摸屏 图3 1 硬件组成框图 a r m 接口电路 本系统采用三星公司的a r m 9 2 0 t 内核的$ 3 c 2 4 4 0 微处理器作为系统的核心，并在外扩 s d r a m 和f l a s h 的基础上设计应经电路，$ 3 c 2 4 4 0 的主频高达4 0 0 m h z ，最高可以支持5 3 3 m h z 的工作频率，完全可以满足系统数据处理的需要。而且处理器还集成了许多功能模块，最大 限度的减少外设的需要和设计的难度。主要功能模块如下： n a n df l a s h 控制器 由于n o rf a l s h 的价格一直处在一个相对较高的位置，n a n df l a s h 和s d r a m 相对比较经 济，而且n a n df a l s h 和s d r a m 的配合使用也可以完成系统的启动工作，所以有些用户开始想 着把启动代码直接放在n a n df a l s h 上面来执行，从而有较小容量的n o rf l a s h 或者直接不用 n o rf l a s h 作为系统启动代码存储。$ 3 c 2 4 4 0 集成了n a n df l a s h 控制器，可以方便用户的选 择。 时钟及电源管理模块 时钟电源管理模块分为三部分：c l o c k 控制、u s b 控制、p o w e r 控制。 9 昌蒙 杭州电子科技大学硕+ 学位论文 时钟控制需要产生三种频率的时钟信号：f l c k 共c p u 使用，总线设备使用的h c l k 和p c l k 还有供u s b 使用的4 8 m h z 的时钟信号。 对于电源控制逻辑单元$ 3 c 2 4 4 0 有许多电源管理方案来针对所给的认为来保持最优的电 源消耗，主要有四种模式n o r m a l 模式、i d l e 模式、s l o w 模式、s l e e p 模式。 d m a 控制器 $ 3 c 2 4 4 0 支持4 通道d m a 控制器，每个d m a 控制器通道无限制的执行系统总线上的设备 或者外设总线上的设备之间的数据搬移，d m a 的优点是数据的传输不需要c p u 的干涉，d m a 操 作可有软件或者来自内设或者外部请求引起的引脚变化来初始化。 p w m 及定时器 通用异步接收器和发送器( u a r t ) $ 3 c 2 4 4 0 提供了三个独立的异步串行端口，每个端口都可以在中断模式和d m a 模式下进 行操作，并且支持最高11 5 2 0 0 b p s 的波特率设置。 中断控制器，l c d 触摸屏控制模块，内存管理单元，u s b 主设备控制器，数字相机接口， 删c s d s d i o 控制器，i i s 控制器啊。 3 2g p i o 控制外部电路 6 p 1 0 控制外部电路主要是控制外部步进电机和l e d 指示电路，并预留了接口以便以后扩 展应用如图3 2 所示。 g n dg p 卫0g n d l 一 l2叫 一 34 v d d 3 3 v “! f v d d 3 3 v e l n t 4= 56 e i h t 8 ： 7s =e i n t 3 e i n t l 4： 91 0 = e i n t l l e i n t l 9 ： l l1 2 = ：e i n t l 3 e i n t l 8= 1 31 4 =e i n t l 5 t o l l l： 1 51 6 ： e 叼r 9 a l n 2 = 1 71 8：t o l l 0 a i n 0 ： 1 9加 =a k n 3 n s ss p i ： 2 l2 2：a n l s p i m o s ： 2 32 4 ： s p i m i $ o g p g l 3 ： 2 52 6 = s p i c l k , , l e d3： 2 7 2 8 ： g p g l 4 n l e d1 ： 凹3 0：n u d 4 v d d s v ： 3 l3 2 = n l e d2 1 2 c s d a = 3 33 4 = v d d s v g 2 、4 d ： 3 53 6 ：1 2 c s c l v 3 73 8h o m 0： h 3 94 0 h e l 毙。k 五l 】2 图3 2g p l 0 接口图 3 3 网络接口设计 d m 9 0 0 0 是一款全集成高性价比的以太网m a c 控制芯