嵌入式网络智能控制系统的研究

1 引 言

随着 Internet 技术的发展、信息家电的普及应用以及EOS（Embedded Operating System）的微型化和专业化，EOS 开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。以基于Internet为标志的嵌入式系统，正处在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。

本文所研究的嵌入式网络智能终端控制系统，以微处理系统直接与以太网连接的方式，将嵌入式操作系统和Internet 网络有机地结合起来。以下将从嵌入式网络智能控制系统的体系结构、软件系统两部分进行阐述。

2 嵌入式网络智能控制系统的体系结构

嵌入式网络智能控制系统的应用环境与网络拓扑结构如图1所示。图1所示的拓扑结构由嵌入式网络智能终端、调度服务器、Web服务器组、Internet主机组成。嵌入式网络智能终端采用uCLinux操作系统，该终端直接与以太网相连，将数据传送到Internet广域网的Web服务器。调度服务器在该系统中起负载调度的作用，不至于Web服务器中的某个服务器负载过重。Web服务器组收集嵌入式网络智能终端系统的数据，应答广域网主机的访问。广域网中的主机可以随机访问Web服务器获取嵌入式网络智能终端的数据，有特定权限的主机并可以直接访问嵌入式网络智能终端。

                                           图1系统应用环境与网络拓扑结构

嵌入式网络智能终端由微处理器、外部接口、网络信息处理、电平转换、扩展存储器等几部分组成，嵌入式网络智能终端的硬件结构如图2所示。

                                            图 2嵌入式网络智能终端硬件结构

3 软件系统

3.1嵌入式网络智能终端软件体系结构

根据图1所示的环境本文选用uClinux操作系统作为软件系统开发平台，图3显示了软件系统的整体构架。软件系统分为两个部分：受控对象软件部分与嵌入式网络智能终端软件部分。

受控对象软件部分涉及传感器如何收集受控对象的信号，如何驱动受控对象和外设，怎样将信号传送到嵌入式网络智能控制终端。

嵌入式网络智能终端软件部分涉及到内核的修改、操作系统的移植、文件处理、图形用户接口的设计、任务的处理、如何添加应用程序到uClinux中以及嵌入式网络智能控制终端与Web服务器之间信息的交换。

                                            图3 软件系统的整体构架

3.2 嵌入式网络智能控制终端与Web服务器之间信息的交换

Web服务器是远程设备导出信息的重要手段，它可以通过公共网关接口（CGI）的表单允许修改设备参数，从而进行远程监控。Web服务器已经成为远程管理，特别是那些没有传统用户界面（如本文设计的嵌入式智能终端）的设备标准。Web浏览器可以与远程设备进行通信，并展示相应的数据。在图1所示的拓扑环境中Web服务器、客户机和嵌入式网络智能终端使用超文本协议(HTTP)和网路编程来实现信息的交换和远程管理。

HTTP是一种基于ASCII的协议。HTTP在TCP/IP协议上面使用标准同步请求/应答模式、客户机/服务器结构。当客户机向HTTP服务器提出请求时，需要发送一个HTTP请求报文，该报文的格式如图4所示。

                                              图4 HTTP请求报文格式

图4显示HTTP请求报文由请求行、可选报头、可选报文报体字段组成。请求行建立后来活动的舞台。可选报头指出客户机请求的协议，以及服务器在应答之前要了解的客户机的信息。

HTTP请求报文包含很少的一些信息，但通过这些信息可以通知服务器它的“能力和偏好”。同样HTTP应答也采用类似的结构，在这里就不再阐述。

3.3 网络数据的提交

实现嵌入式网络智能终端应用程序网络数据提交（图3软件层中的应用程序）时，嵌入式网络智能终端与广域网Web服务器之间的网络通信采用客户/服务器模式方式，即uCLinux操作系统环境下进行网络编程。实现网络编程（信息传输）包括以下五个基本过程：创建套接字：调用socket（）；绑定套接字：调用bind（）；创建连接：调用connect（）；监听连接：调用listen（）；建立连接：调用accept（）。