基于嵌入式Linux的机房远程监测系统研究

摘要：为满足机房实时监测环境参数和视频信息的需要，本文综合运用嵌入式技术、WEB 技术和信息检测技术，研究并设计一种基于B/S 架构的嵌入式机房远程监测系统。通过传感器采集并远程传输机房温度和图像数据，在远程浏览器端动态实时显示，为及时掌握机房环境数据，实现机房科学管理提供良好的平台。

1 引言

信息化高度发展的今天，机房作为数据传输中心、处理中心和数据交换中心，在整个信息网络工程中占据着重要的位置，对机房环境以及视频信息的监测具有重要意义。

经过调查分析，机房环境远程监测系统的主要应用需求包括： ①温度是机房环境中最重要的参数，合理的温度保证了机房设备的正常运行； ②数据传输质量高、实时性好，以保证对机房环境的实时和有效监测；③支持远程访问，便于对多个机房环境的集中监测。针对上述需求，设计了一种基于B /S 架构的远程监测系统，以满足远程访问、低成本、实时性好的机房环境远程监测需求。

2 总体方案设计

2. 1 系统方案及总体结构

根据系统应用需求，设计的机房远程监测系统总体结构如图1 所示。系统由温度和图像传感器、嵌入式服务器和远程计算机构成。其中，温度和图像传感器负责采集现场的温度和图像数据，基于ARM 处理器的嵌入式服务器是整个系统的控制中心，它控制、调度各系统资源，通过有线网络将所获取数据传输至远程监控端浏览器动态显示。远程监控在实现方式上采用“B /S”模式，在客户端的浏览器上输入存储嵌入式服务器的网页地址即可对机房环境状况进行监控。

图1 远程监测系统总体结构图

2. 2 系统硬件平台

系统的硬件平台选择主要考虑低功耗、处理能力强、扩展性好、稳定性高和兼容性好等因素。嵌入式硬件平台的配置从根本上决定了整个系统运行性能的好坏。整个机房远程监测系统由下位机嵌入式服务器和上位机远程浏览器组成。其中下位机嵌入式服务器平台包括众多硬件模块： 嵌入式微处理器S3C2440、存储器、电源和时钟模块、外围电路及接口、3. 5 寸液晶显示屏、ZC0301 摄像头和DS18B20 温度传感器等。下面将对各个硬件设备和模块做具体阐述。

2. 2. 1 中心处理器

S3C2440 处理器是韩国电子公司三星推出的一款基于ARM920T 内核的16 / 32 位RISC 嵌入式处理器，ARM920T 核由ARM9TDM1、存储管理单元（ MMU） 和高速缓存三部分组成，主频可达533MHz。本系统采用S3C2440 为核心，外围硬件资源包括64M SDRAM， 256M NAND FLASH，2 M NOR FLASH。

2. 2. 2 摄像头

摄像头采用基于301PLUS 快速高性能图像压缩主控芯片的中芯微ZC0301 摄像头。其能够输出高清晰MJPEG 视频流数据，具有图像信号处理（ ISP） 、图像数据压缩及数据传输等功能，可达到6: 1 的压缩率，同时支持同步和异步数据传输，兼容性好。其工作电压为3. 3V，工作电流仅为200mA，耗电量小。

2. 2. 3 温度传感器

温度传感器采用美国Dallas 公司生产的单总线数字式温度传感器－ DS18B20，它结构简单，不需要外接电路，可用一根I /O 数据线既供电又传输数数据，将温度信号直接转换为数字信号送给微处理器，电路简单，成本低，操作方便。DS18B20 与ARM 处理器接口电路如图2 所示。

图2 DS18B20 与ARM 处理器接口电路

2. 2. 4 远程监控端系统配置

远程网络上的监控端为通用的PC 机和IE 浏览器，B /S 模式架构为人机交互提供了友好的交互平台，用户通过Internet 进行远程监控。

2. 3 系统软件平台

系统采用源码开放、安全性及可靠性好、具有广泛硬件和网络支持及完整开发工具的Linux 系统作为嵌入式系统平台。

嵌入式系统的开发通常采用宿主机－ 目标机的交叉编译调试方式。系统构建主要包括： 交叉编译器的选择和安装； NFS 网络文件系统的配置； 内核、Bootloader 和文件系统的编译和移植等。内核采用Linux －2. 6. 30. 4 版本； 系统引导加载程序采用U － boot － 1. 1. 6; 文件系统采用可靠性和可移植性好的YAFFS 文件系统。

3 驱动程序设计开发

在搭建好嵌入式Linux 系统平台基础上，进行机房远程监测系统数据采集相关开工作。主要包括温度数据采集和图像采集驱动程序的设计和采集程序的设计与实现。设备驱动程序是操作系统内核与机器硬件之间的接口，它为应用程序屏蔽了硬件的细节。

3. 1 DS18B20 驱动程序设计

DS18B20 通过温度对振荡器的频率影响来测量温度，而传感器对温度的采集则由ARM 控制DS18B20完成。由于DS18B20 采用单总线数据传输方式，所以ARM 芯片对DS18B20 的每步操作都要保证特定的读写时序，按照单总线的操作协议来进行。

首先初始化总线，跳过Ro