基于s3c44b0微處理器和rtl8019as芯片實現(xiàn)遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

引言

當今社會已經(jīng)進入數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后pc（post－pc）時代，嵌入式設(shè)備已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，逐漸向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，如視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、遠程控制、信息家電等都離不開嵌入式設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。

目前，國內(nèi)的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)主要是用單片機和pc終端完成，單片機將采集到數(shù)據(jù)的經(jīng)串口發(fā)送到pc機，pc機將數(shù)據(jù)處理后，采用tcp/ip協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程采集。這種方式依賴于pc機，不靈活、不穩(wěn)定、功耗高，采用ARM架構(gòu)的微處理器為核心的嵌入式單元作為獨立的終端實現(xiàn)的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，具有體積小、價格低、功耗低、穩(wěn)定可靠的特點，可用于遠程監(jiān)控、教學實驗等。

1.系統(tǒng)的硬件組成

本文描述的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)采用ARM7TDMI為核心的高性能嵌入式微處理器s3c44b0，該處理器內(nèi)部集成了10位的AD轉(zhuǎn)換器，可用于高速的數(shù)據(jù)采集。在s3c44b0x處理器外部配以以太網(wǎng)控制器rtl8019as和存儲芯片實現(xiàn)遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺，在該平臺上移植了uClinux操作系統(tǒng)，并編寫驅(qū)動程序和應(yīng)用程序，實現(xiàn)溫度的遠程監(jiān)控。uClinux操作系統(tǒng)內(nèi)核穩(wěn)定、支持多種微處理器、網(wǎng)絡(luò)功能強大、源碼公開、可剪裁、使用成本低，這些特點使得開發(fā)的難度和成本大大降低。

圖1為遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)硬件框圖，以s3c44b0為核心，外圍擴展一系列功能模塊。有4*4鍵盤及LCD顯示構(gòu)成良好的人機界面，用于本地參數(shù)的查詢和設(shè)定。溫度采集模塊采用熱電阻搭成電橋，經(jīng)放大、濾波、隔離后進行A/D轉(zhuǎn)換。

2.系統(tǒng)的軟件組成

操作系統(tǒng)選用uClinux。它是完全符合GNU/GPL公約的完全開放代碼項目，是標準linux的一個分支，它專門針對沒有MMU的微處理器，并且專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)通常采用宿主機／目標機模式。在宿主機上運行l(wèi)inux，安裝交叉編譯調(diào)試軟件，對uClinux源代碼進行修改、配置、編譯、調(diào)試，最終下載到目標機上運行。

* A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序的實現(xiàn)

設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機器硬件之間的接口。設(shè)備驅(qū)動程序為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細節(jié)，這樣在應(yīng)用程序看來，硬件設(shè)備只是一個設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以通過相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，像操作普通文件一樣對硬件設(shè)備進行操作。

數(shù)據(jù)采集驅(qū)動采用中斷方式，當系統(tǒng)進入中斷處理時，中斷處理進程喚醒在睡眠隊列ADC_WAIT上的讀進程，在讀進程中拷貝AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果到用戶空間，實現(xiàn)過程如下：

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD（ADC_wait）;

static unsigned int data;

static void adc_interrupt（int irq，void *dev_id，struct pt_regs *regs）

{data=inl（rADCDAT）;

wake_up_interruptible（&ADC_wait）;

}

static int adc_open（struct inode *inode，struct file *filp）

{int result;

switch（MINOR（inode-》i_rdev））

{case 0：

{ result=request_irq（IRQ_ADC， adc_interrupt， SA_SAMPLE_RANDOM， “ADC”，NULL）;

if（result=-1）{printk（“Can not request ADC IRQ”）;return result;}

outb（0x0fe，rADCPSR）;

outb（ENABLE_ADC，rADCCON）;

}break;

default:break;}

return 0;}

static int adc_release（struct inode *inode，struct file *filp）

{switch（MINOR（inode-》i_rdev））

{case 0：

{ outb（DISABLE_ADC，rADCCON）;

free_irq（IRQ_ADC，NULL）;

}break;

default:break;}

return 0;

}

static int adc_read（struct file *filp，int *buf，size_t count，loff_t *fpoint）

{int result

outl（（result=inl（rADCCON））|0x01，rADCCON）;

enable_irq（IRQ_ADC）;

interruptible_sleep_on（&ADC_wait）;

copy_to_user（buf，&data，2）;

return 0;}

static int adc_ioctl（struct inode *inode，struct file *filp，unsigned int cmd，unsigned long arg）

{int result;

switch（cmd）

{ case 0:/* 設(shè)置預(yù)分頻值 */

{outb（arg，rADCPSR）;

return 0;}

case 1:/* 改變數(shù)據(jù)采集通道*/

{outb（（arg），rADCCON）;

for（result=0;result《150;result++）;

return 0;}

default：

return -1;}

}

struct file_operations adc_fops={

read:adc_read，

ioctl:adc_ioctl，

open:adc_open，

release:adc_release，

};

int adc_init（void）

{int result;

result=register_chrdev（ADC_MAJOR，“ADC”，&adc_fops）;

if（result=-1）{printk（“Can not register ADC dev”）;return result;}

printk（“adc init”）;

return result;}

* 網(wǎng)絡(luò)功能的實現(xiàn)

溫度監(jiān)控系統(tǒng)采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)處理后要通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。由于在應(yīng)用中，，播放方式的選擇將直接影響系統(tǒng)的性能。播放方式主要有三種單播、組播和廣播，該系統(tǒng)要將采集到的數(shù)據(jù)同時發(fā)給多個用戶，因此采用組播放式，利用組播技術(shù)實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的收發(fā)過程可由圖2來形象地進行說明

* 組播的發(fā)送端程序

1） 創(chuàng)建socket：Multisock=socket（AF_INET，SOCK_DGRAM，0）;

2） 設(shè)置本地端口和ip地址：SICKET_ADDR wk;

sk.sinfamily=AF_INET;

sk.sin_port=htpns（DEST_PORT）;

sk.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;

3） 與socket綁定：

bind（Multisock，SIO_MULTICAST_SCOPE，&nIP_TTL，sizof（nIP_TTL），NULL，0，&cbRet，NULL，NUll）;

4） 允許在廣域網(wǎng)廣播：

ioctl（Multisock，（struct sockaddr FAR *）&wk，sizeof（struct sockaddr））;

5） 允許對同一地址綁定多次

setsocketopt（Multisock，SOL_AOCKET，SO_REUSEADDR，（char *）&bFlag，sizeof（bFlag））;

6） 設(shè)置組播地址和端口

wk.sin_family=AF_INET;

wk.sin_port=htons（DESTPORT）;

wk.sin_addr.s_addr=inet_addr（MULTIDESTADDR）;

7） 發(fā)送數(shù)據(jù)：

sendto（Multisock，stWSBUF，1，&cbRet，0，（struct sockaddr FAR *）&DestAddr，

sizeof（Destaddr），NULL，NULL）;

接受端位于PC端上，其程序與此類似，不詳細說明，圖3為PC端溫度數(shù)據(jù)采集波形圖

3.結(jié)論

本文設(shè)計制作的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計思想的新穎之處是再網(wǎng)絡(luò)通訊中采用組播技術(shù)，大大降低了網(wǎng)絡(luò)流量，降低了傳輸延遲，用通用的ARM7TDMI內(nèi)核的s3c44b0的系統(tǒng)板完成溫度數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控及通訊功能，并且用uClinux操作系統(tǒng)增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，降低了開發(fā)成本，這在網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)管理控制中有著廣闊的應(yīng)用前景。

責任編輯：gt