基于Linux的嵌入式远程监控系统的设计

信端口。

位机进行控制。而状态数据都是从下位机经通信模块传送给管理模块和显示模块。

网络通信程序是指上位机和下位机之间通过以太网进行通信的程序。在以太网中应用的ＴＣＰ／ＩＰ协议，其核心内容是在传输层、网络层和设备接口层，而这三层的功能一般是在操作系统的内核中实现的。要在以太网上正确传输数据，使用网络协议是必不可少的，而ＴＣＰ／ＩＰ协议是首选。使用完整的ＴＣＰ／ＩＰ协议当然能够实现上述要求，但由于使用了嵌入式系统，其资源有限，因此必须对协议进行精简。

２．１．２嵌入式以太网的硬件设计

该系统采用的是Ｒｅａｌｔｅｋ公司生产的ＲＴＬ８０１９ＡＳ以太网

控制器，由于其优良的性能、低廉的价格，使其在市场上

１０Ｍｂｐｓ网卡中占有相当的比例。

由于开发资源非常丰富，则对ＲＴＬ８０１９ＡＳ开发比较容易。用ＲＴＬ８０１９ＡＳ芯片设计的以太网控制器相关电路，可以通过

ＲＪ－４５连上以太网。采用跳线工作方式即网卡的Ｉ／Ｏ和中断由跳线决定，ＪＰ引脚高电平是选择１６位数据线。系统通过４条地址线Ａ０～Ａ３选择ＲＴＬ８０１９ＡＳ的寄存器地址和存储器地址，控制并实现数据的读取。ＲＴＬ８０１９ＡＳ的ＴＰＩＮ＋（５９脚）、ＴＰＩＮ－（５８脚）脚是ＴＰ的一对输入脚，能以１０ｂｉｔ／ｓ的速率从双绞线接收差分曼彻斯特编码的数据。ＴＰＯＵＴ－（４５脚）、ＴＰＯＵＴ－（４６脚）是一对曼彻斯特编码的差分ＴＰ输出信号。为了防止双绞线

超载，该输出信号会被提前中断，这样可以减少拥塞。连接器的其他管脚都通过一个电容与地连接。最后，还必须在５０、５１脚之间接入一个２０ＭＨｚ的晶体振荡器。

网卡的复位信号有ＡＲＭ产生，ＲＳＴ为高电平有效，宽度至少为８００ｎｓ的宽度。ＡＲＭ的一个引脚产生１μｓ以上的高电平就可以使ＲＴＬ８０１９ＡＳ复位。

本设计中选择ＥＩＮＴ０，

即将引脚７８、７９、８０悬空。

２．２．１驱动程序设计

以太网驱动程序主要实现以太网数据包的发送和接收。这是以太网通信中最基本也是最重要的，其实现的好坏直接影响整个协议的性能。驱动程序在发送数据时，将要发送的数据包按指定的格式写入ＲＴＬ８０１９ＡＳ并启动发送命令，ＲＴＬ８０１９ＡＳ会自动把数据包转换成物理帧格式在物理通道上传输。在接收数据时，ＲＴＬ８０１９ＡＳ收到物理信号后将其转换成数据，按指定格式存放，以太网驱动程序按照网络层可以接收的形式对接收到的数据进行处理并交付。简言之，就是ＲＴＬ８０１９ＡＳ则完成数据包和电信号之间的相互转换，而以太网驱动程序就是物理接口与网络层交互的软件接口。Ｌｉｎｕｘ网络设备驱动程序Ｌｉｎｕｘ操作系统网络应用的一个重要的组成部分。Ｌｉｎｕｘ的网络系统主要进行数据的传递，系统支持对发送和接收的数据的缓冲，提供流量机制，提供多协议的支持。具体如下：

Ｓｔａｔｉｃｉｎｔｒｔｌ８０１９＿ｉｎｉｔ（ｓｔｒｕｃｔｎｅｔ＿ｄｅｖｉｃｅZｄｅｖ）\

Ｓｔａｔｉｃｉｎｔｒｔｌ８０１９＿ｏｐｅｎ（ｓｔｒｕｃｔｎｅｔ＿ｄｅｖｉｃｅZｄｅｖ）\Ｓｔａｔｉｃｉｎｔｒｔｌ８０１９＿ｒｅｌｅａｓｅ（ｓｔｒｕｃｔｎｅｔ＿ｄｅｖｉｃｅZｄｅｖ）\

Ｓｔａｔｉｃｉｎｔｒｔｌ８０１９＿ｃｏｎｆｉｇ（ｓｔｒｕｃｔｎｅｔ＿ｄｅｖｉｃｅ‘ｄｅｖ，ｓｔｒｕｃｔｉｆｍａｐZｍａｐ）\Ｓｔａｔｉｃｉｎｔｒｔｌ８０１９＿ｔｘ（ｓｔｒｕｃｔｓｋ＿ｂｕｆｆZｄｅｖ，ｓｔｒｕｃｔｎｅｔ＿ｄｅｖｉｃｅZｍａｐ）\Ｉｎｔｒｔｌ８０１９＿ｉｎｉｔ＿ｍｏｄｕｌｅ（ｖｏｉｄ）\Ｖｏｉｄｒｔｌ８０１９＿ｃｌｅａｎｕｐ（ｖｏｉｄ）\

ＲＴＬ８０１９ＡＳ的中断输出与Ｐ０．９（ＥＩＮＴ３）相连。另外，使用Ｐ０．８控制ＲＴＬ８０１９ＡＳ芯片复位。

ＲＴＬ８０１９ＡＳ芯片的接口类型由７４、７７（ＰＬ０，ＰＬ１）决定。设计中使用第一种（７４，７７引脚悬空），即自动检测类型，ＲＴＬ８０１９ＡＳ会自动检测接口类型然后进行工作。２．１．３底层采集模块设计

以现场总线技术为核心的工业控制系统，在底层设计时采用传感器和各种智能仪器共同控制现场设备的正常运行。该层重点在于底层数据采集和数据传输，同时必须保证数据在传输中的稳定性和可靠性。具体如图３所示。在设计中可以根据实际情况选择总线控制器。由于各种总线采用的网络协议和通信介质各不相同，使得不同总线设备之间实现互连和互操作存在困难。这层信息参数主要包括生产装置运行参数的测量值、控制量、开关阀门的工作位置、报警状态、设备的资源与维护信息、系统组态、参数修改、零点与量程调正信息等，所以要协调好各种总线及控制节点间的关系，以保证系统的正常运行。

图３

数据采集模块

２．２．２数据发送，接收

２．２软件设计

软件总体设计包括嵌入式Ｌｉｎｕｘ文件系统设计和远程数据采集系统设计。远程数据采集终端主要完成对电压、流量、压力、电流等信号进行采样，Ａ／Ｄ转换。并对采集到的数据进行计算分析、处理，然后上传到网络。

监控主程序运行在监控服务器上，具体分为监控功能的实现、数据存储模块和Ｗｅｂ监控等几个部分。用户在监控主程序上发送的控制命令直接进行分析转换，经以太网发送给下位机通信模块；控制命令放在数据库表中，通过定时查询，转发给下

图４

数据发送、接收

系统内部首先注册ＲＴＬ８０１９ＡＳ网络设备，从而利用Ｌｉｎｕｘ为网络设备所提供的数据传输功能接口，实现专用网卡的数据传输。数据发送时，首先数据由块设备的数据接口从用户态拷入

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