遠程監(jiān)視、控制系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式Linux

工業(yè)嵌入式系統(tǒng)（INES：Industrial Embedded Systems）是由歐盟（EU：European Union）設(shè)立的用來促進使用開放源碼軟件的項目。INES自建立以來，已經(jīng)有大量使用嵌入式Linux的應(yīng)用和報告出現(xiàn)在實際應(yīng)用中。這些應(yīng)用和報告使我們看到了使用嵌入式Linux實現(xiàn)工業(yè)項目的希望。同時，也使我們看到了嵌入式Linux在一些意想不到地方的使用。

    下面是三個具體的應(yīng)用實例。

    智能化的監(jiān)視和控制遠程點—BIRD2

    網(wǎng)絡(luò)通信功能已經(jīng)成為嵌入式設(shè)備的發(fā)展必然。由于因特網(wǎng)的普及和飛速發(fā)展，使用基于TCP/IP的通信機制顯得更具實用性。

    BIRD2用戶試驗的目標是：使用基于嵌入式TCP/IP通信機制、在GSM（目前最大的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)）基站將開放源碼操作系統(tǒng)用做遠程監(jiān)控系統(tǒng)的可行性。監(jiān)控數(shù)據(jù)可以通過TCP/IP兼容的傳輸通道，用各種通信方式如PSTN、ISDN、Ethernet或者通過GSM移動電話網(wǎng)絡(luò)等多種途徑進行傳輸。

    BIRD2采用ULTRA進行研究、開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn),其目標是開發(fā)出用于電子、通信以及石油工業(yè)的高技術(shù)解決方案，旨在成為使用邊緣技術(shù)的端到端的供應(yīng)鏈管理以及其他移動解決方案，從而為其顧客和合作伙伴提供最高性能的遠程監(jiān)視和遠程控制產(chǎn)品。

    ULTRA工業(yè)部分為監(jiān)視機控制系統(tǒng)，引入技術(shù)是Modular Linux Data Acquision System。

    經(jīng)濟效益
    BIRD2項目約18個月償還期，使用新技術(shù)節(jié)約了70%的成本，顧客購買價格降低了30%，每3年銷售成倍增長。

    產(chǎn)品的新特性
    產(chǎn)品新特性或新功能有：使用TCP/IP作為標準協(xié)議、通過撥號連接或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、提供商進行遠程訪問、用使用Linux操作系統(tǒng)的嵌入式計算機代替桌面計算機和具有遠程診斷及升級的能力。

    技術(shù)上的選擇
    經(jīng)過幾年的成長，Linux逐漸發(fā)展并得到廣泛認可。對嵌入式PC的應(yīng)用，目前Linux具有諸多優(yōu)勢：
    ◆ 具有正常運行于較小內(nèi)存的能力；
    ◆ 一個多任務(wù)的實時操作系統(tǒng)必須包括對授權(quán)的保護和控制方法；
    ◆ Linux是Free的；
    ◆ 許多主要的公司，都有廣泛Linux工具支持（部分免費），包括C、C++編譯器以及Java環(huán)境。通過在ULTRA技術(shù)上采用Internet網(wǎng)絡(luò)通訊以及開放源碼操作系統(tǒng)，BIRD2將有很大的改進。

    技術(shù)實現(xiàn)
    由于系統(tǒng)必須將分部在全國各地的基站加以連接，惟一切實可行的連接選擇是使用TCP/IP。TCP/IP允許將存在的各種不同的操作系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)透明連接，同時還允許遠程診斷和目標SW的升級。對Internet相關(guān)的SW的廣泛使用使得選擇這種解決方案成為必然。

    網(wǎng)絡(luò)化的稱重系統(tǒng)

    Bilatron是一個建立于1984年的有著13個員工的公司，位于意大利中心。此公司的主要業(yè)務(wù)是設(shè)計、生產(chǎn)、銷售工業(yè)應(yīng)用的稱重系統(tǒng)。

    在Bilatron公司的定制工業(yè)稱重系統(tǒng)中，使用了uClinux以及一個具有標準網(wǎng)絡(luò)功能的控制器，以便為顧客提供新的售后服務(wù)，這些技術(shù)的使用也減少了系統(tǒng)的實現(xiàn)時間。

    Bilatron公司的產(chǎn)品包括：用于火車車廂、客車、坦克的稱重系統(tǒng)；為殘疾人提供的個人用品、醫(yī)療以及運動器械；為動態(tài)稱重提供的特殊稱重設(shè)備。

    由于新的基于uClinux的具有標準網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的控制器的使用，Bilatron公司為用戶提供了新的售后服務(wù)。該控制器還使得定制具有廣泛復(fù)雜度的工業(yè)稱重系統(tǒng)的實現(xiàn)時間有所減少。

    Bilatron還參與安裝和維護稱重系統(tǒng)產(chǎn)品、校準并為其產(chǎn)品頒發(fā)合格證。

    Bilatron公司的專用稱重設(shè)備（動力的、批量的、快速運行的稱重儀、重量校準儀、crane-scales）占公司產(chǎn)量的60%；標準稱重系統(tǒng)（稱車輛及其載重、平臺、油箱、青貯塔用的臺稱）占公司產(chǎn)量的35%；個人用品（殘疾人、醫(yī)療及運動器械）占公司產(chǎn)量的5%。

    經(jīng)濟效益
    在過去的三年里，Bilatron公司的售后服務(wù)的經(jīng)濟效益持續(xù)增長。計劃新設(shè)備WISE將進一步提高公司的銷售額。這是因為設(shè)備在刻度校準監(jiān)控上具有的遠程控制能力。

    三年內(nèi)的期望投資回報率為204%，能夠提供遠程的售后刻度校準服務(wù)減少定制稱重系統(tǒng)的實現(xiàn)時間，新設(shè)計面世時間加快。

    產(chǎn)品的新特性

    增強的控制器的主要新特性如下：
    ◆ 標準的網(wǎng)絡(luò)接口。
    ◆ 使用嵌入式動態(tài)Web服務(wù)器，實現(xiàn)了遠程配置和監(jiān)控。
    ◆ 縮短了定制工業(yè)稱重系統(tǒng)的安裝時間。
    ◆ 遠程的售后刻度校準服務(wù)。
    ◆ 使用能夠快速載入、評估的簡單的類C語言的腳本引擎處理產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)。這樣一來，不需要在整個工作鏈上工作、不需要涉及運行于系統(tǒng)上的主要應(yīng)用就可以更改決定重量的啟發(fā)式算法。
    ◆ 圖形化的液晶顯示管理。

    技術(shù)上的選擇

    他們選擇使用TCP/IP通信機制原因是：
    ◆ 他們可從其意大利基地將其業(yè)務(wù)拓展到世界范圍內(nèi)，并提供維護服務(wù)。
    ◆ 為顧客提供廣泛的售后服務(wù)。其中最重要的是遠程監(jiān)控稱重系統(tǒng)的刻度校準情況的能力。
    ◆ 使用標準接口和協(xié)議，使其稱重設(shè)備能夠與工業(yè)控制系統(tǒng)集成。
    ◆ 使公司能夠在較短的時間內(nèi)設(shè)計和遞送定制的分布式稱重系統(tǒng)。
    ◆ 選擇采用嵌入式開放源碼的操作系統(tǒng)（源自Linux）是因為可在短時期內(nèi)集成TCP/IP通訊機制（Linux的網(wǎng)絡(luò)連接功能是自帶的）；可減少產(chǎn)品的面世時間及風險；可減少組件成本。這是由于Linux在沒有MML的低成本控制器免費的可用性和集成性較少在組件中集成新設(shè)備的設(shè)計開銷和較少新的SW應(yīng)用開發(fā)的設(shè)計開銷。

    技術(shù)實現(xiàn)
    在Consorzio Roma Ricerche的技術(shù)支持下，該增強設(shè)備的開發(fā)僅僅用了10個月時間。

    該增強設(shè)備負責處理并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為重量值。改進的控制器（基于一個ARM7 Netsilicon NET+50 處理器及uC Linux操作系統(tǒng)）實現(xiàn)了一個腳本引擎用于處理產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)。組件還包括下面的外圍部分：一個圖形化的液晶顯示屏；一套用于與用戶交互的按鈕；用于測試瞬時重量的高效的A/D轉(zhuǎn)換器；用于估計測量物速度的計數(shù)器；一個提供最終測量的類似版本的D/A。設(shè)計時使用的開放源碼SW為操作系統(tǒng)uClinux 2.4.1；本地腳本編輯器是LUA；HTTP服務(wù)器為THTTPD。


圖1 Bilatron公司設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)化的稱重系統(tǒng)


圖2 增強的控制器的重要組件

    自動生物監(jiān)測和控制使用OSS

    自動生物監(jiān)測和控制（Automatic Biological Monitoring and Control）為OSS（Open Source Software）的使用開發(fā)了新的市場。

    Biotrace有限公司在其新一代的CFL（Continuous Flow Luminometer）上應(yīng)用開放源碼軟件（OSS），從而實現(xiàn)了對冷卻水塔的生物活動的遠程監(jiān)視和遠程控制。目前，如果生物活動過高，技術(shù)人員必須親臨每一個水塔，然后取樣、檢測，然后向水中引入biocide。改進的、使用遠程監(jiān)視和遠程控制的系統(tǒng)減少了操作成本。

    Biotrace有限公司目前正致力于開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)用于食品制備、保健產(chǎn)品、工業(yè)及軍用市場的衛(wèi)生監(jiān)控系統(tǒng)的化學產(chǎn)品和設(shè)備。公司的產(chǎn)品包括化學產(chǎn)品及其相關(guān)包裝用品、取液體化驗的試紙及其相關(guān)的一次性用具、用于檢測發(fā)生化學或微生物反應(yīng)的熒光或顏色變化的測量儀器。

    經(jīng)濟效益
    Biotrace有限公司在其“不間斷流監(jiān)控系統(tǒng)”中引進了基于嵌入式Internet技術(shù)的OSS，為可能的用戶減少了水塔監(jiān)控的操作成本。該項系統(tǒng)就為公司開發(fā)了超過45000個水塔的市場，為銷售額的增長打下了基礎(chǔ)。

    使用OSS，大約用了預(yù)計開發(fā)時間的80%完成原型開發(fā)。這使得Biotrace公司的項目開發(fā)成本得以降低。操作系統(tǒng)代碼的重用、操作系統(tǒng)社區(qū)提供的代碼行支持、高質(zhì)量的軟件代碼也使得其開發(fā)成本得以降低。

    產(chǎn)品新特性：
    ◆ 基于OSS的嵌入式Internet技術(shù)的引進。
    ◆ 實現(xiàn)了對樣本測試結(jié)果的遠程訪問。
    ◆ 實現(xiàn)了取樣的遠程控制。
    ◆ 增強了取樣及凈化過程的控制。
    ◆ 較少了消耗。

    Biotrace公司的工程師將有規(guī)律地對自測路線和錯誤信息進行收集，這定會改進系統(tǒng)的服務(wù)和維護服務(wù)。


圖3“不間斷流監(jiān)控系統(tǒng)”應(yīng)入OSS技術(shù)減少了水塔監(jiān)控的操作成本


圖4 Biotrace公司在其產(chǎn)品上引進了一塊嵌入式x86板

    技術(shù)實現(xiàn)

    Biotrace公司之前的Continuous Flow Luminometer（CFL）設(shè)備在提供反饋和控制功能時，需要使用者在一個集成的控制面板上進行手工操作。對此，Biotrace公司在其產(chǎn)品上引進了一塊嵌入式x86板，使得獨立操作和基于Internet的報告和控制不再需要親臨現(xiàn)場。組件中引入GPS接收器能夠精確地記錄取樣時間和取樣位置，這使得公司能夠從不同的地點收集信息而不存在任何的不必要的配置問題。

    在產(chǎn)品的PC和嵌入式平臺上，Biotrace公司使用了普通版本的Linux版本。這獲得了巨大的效益，并使得可以將比PC版本更新的軟件下載到嵌入式控制器上。這讓來自于嵌入式軟件提供者以及開放源碼社區(qū)的支持都唾手可得，再加上可用于關(guān)鍵部分的開放源碼代碼的高質(zhì)量，使得公司的產(chǎn)品開發(fā)時間從計劃的202天縮短為166天（這意味著節(jié)約了20%的開發(fā)成本）。

    在該項目的開發(fā)過程中，他們?nèi)〉玫慕?jīng)驗說明了采用開放源碼軟件技術(shù)的幾個關(guān)鍵優(yōu)勢。他們了解到：軟件包的正確選擇、正確的設(shè)計方法以及采用高質(zhì)量的開放源碼代碼帶來了高質(zhì)量的產(chǎn)品設(shè)計