基于ARM开发板+uCLinux的网络控制系统设计与实现

　　随着网络和通信技术的发展，嵌入式系统现已进入高速发展阶段。并在社会各个领域得到了广泛的应用。本文介绍了一种采用ARM+uCLinux作为开发平台。实现基于TCP／IP的远程系统监控．从而取代传统单片机来实现数据采集、预处理和通信功能；并依靠互联网将数据向上位机传送，同时支持远端客户对设备进行远程控制，从而实现远程监控功能的具体方法。

　　1 系统平台的构建

　　本系统由嵌入式平台服务器、前端控制器、前端传感器、客户端和配置PC组成。开发时可通过配置PC来下载系统和应用软件。嵌入式系统平台能够收集现场数据。并传送到远端客户机，之后由远端客户机对数据进行处理，接着发送控制信号给系统服务器，以便通过前端控制器对设备进行远程控制。其系统结构如图1所示。

　　1．1 硬件开发平台

　　该系统的硬件开发平台可选择SmartARM2200。该嵌入式设备的核心是ARM7TDMI的LPC2210．开发板自身具有A／D转换器和多个GPIO(通用I／O)口，可对工业现场的各种设备、仪表进行数据采集和监控。使用时，只要将相应的传感器信号接入控制器的端口即可。其开发板系统的硬件配置如图2所示。

　　1．2 uCLinux操作系统

　　操作系统是嵌入式设备软件的核心部分。本系统采用uCLinux系统平台来完成对硬件系统的管理和维护。uCLinux是广泛应用于微控制领域的一种嵌入式Linux操作系统。它通过对标准Linux内核的裁减，可去除虚拟内存管理部分代码，以对内存分配进行优化。从而达到提高系统运行效率的目的。uCLinux则可经过各方面的小型化改造形成一个高度优化、代码紧凑的嵌入式Linux，它保留了Linux的大多数优点，包括稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、完备的文件系统支持、丰富的API等。

　　1．3 uCLinux在ARM平台上的移植

　　若将uCLinux移植到SmartARM2200上，需要进行以下四个步骤：

　　(1)下载源码，建立交叉编译环境

　　uCLinux是自由软件(完全开放代码)。用户可以直接从http：／／www．uclinux．org／pub／uclinux处下载源代码并安装到Red Hat9．0系统下，以便正常在Red Hat9．0建立起交叉编译环境。

　　(2)配置和编译内核

　　进入到安装好的uCLinux目录，依次执行下面的命令：

　　make menuconfig；进入配置菜单后，选择Vendor／Product(厂商／产品)下的PHILIPS／lpc2200；用Kernel Version(内核版本)选择Linux-2．4．x，Libc Version(函数库版本)选择uClibc：其余内核和应用程序选项可根据情况选择。

　　make dep

　　make clean

　　make lib_only

　　make user_only

　　make romfs

　　make image

　　make

　　编译结束后会在uCLinux安装目录下生成romfs．img文件，利用它可以制作RAM Disk，然后在linux-2．4．X目录下生成elf格式的Linux内核文件，并以下列方式将其转换成bin格式：

　　#arm-elf-objcopy-O binary linux linux．bin

　　从而生成下载用的uCLinux内核镜像文件linux．bin。

　　(3)制作Ram Disk挂栽根文件系统

　　首先创建一个512 kB的虚拟磁盘，并将虚拟磁盘文件格式转化成ext2格式：

　　dd if／dev／zero of=initrd．img bs=1024 count=512

　　mkfs．ext2-c init．img

　　然后将init．img和romfs．img加载到主机文件系统上，并在RAM中建立需要的目录：／bin，／dev，／etc，／var，进而拷贝ROM中的文件到ram目录中。

　　下来在RAM盘dev目录下创建设备节点：

　　#mknod ram／dev／ttyS0 c 4 64

　　#mknod ram／dev／console c 5 1

　　最后卸载init．img和romfs．img，并应确保init．img修改已保存，至此，RAM DISK便创建完成。

　　(4)下载内核和文件系统

　　正确设置主板启动选择跳线。主板加电后，在超级终端上便可以看到BootLoader引导信息，可选择默认的FTP连接，并使用BootLoader默认的IP进行下载，然后启动gftp，输入主板默认的IP和端口号。这样，linux主机就可以和主机连接，最后选择需要下载的Linux内核文件和RAM盘及相关的配置文件即可。

　　2 监控系统功能的实现

　　监控系统主要由3个部分组成：数据采集部分，设备控制部分，数据传输部分。数据采集部分可对传感器信号进行A／D转换，并对采集到的数据进行简单的处理，同时提供调整运行参数的接口。数据传输部分可将采集的数据传送到远端的主机，并接收远端主机的控制信息。远端主机则对传输过来的远程数据进行处理、存储和显示，并可以修改数据采集部分的参数以控制数据采集，同时依据采集到的数据对设备发出操作指令，或对远端的设备进行控制，从而实现远程监控功能。

　　2．1 数据采集

　　使用A／D转换设备前，首先要创建设备节点，并加载ADC驱动，然后通过open()和close()将其打开和关闭．主要的数据采集程序如下：

　　……

ioctl(fd，ADC_SET_CLKdiv，(F