基于Linux系统的嵌入式工控量热仪设计与实现

1、基于linux系统的嵌入式工控量热仪设计与实现现在大多数的发电厂、煤炭矿厂以及各大小级别试验室中所用法的工控量热仪都是这样的一个框架：完成仪器实验测试控制的下位机控制模块；提供人机交互，传输和接收指令、数据的上位机模块；以及两模块间的衔接通信设备。在此系统中下位机通常用法的是来完成对实验仪器的控制，并负责从通信设备 usb68013接收到数据，提取相应的实验控制指令来控制仪器实验。这里主要研究的是系统上位机的构建和实现，对下位机不做进一步的研究了。那么对于系统的上位机通常的做法就是用法 pc机，固然，通用 pc机有着丰盛的资源，不管是它的 cup时钟频率、内存资源、以及对系统各种软硬件管理的能

2、力等，都有着其它替代品不行比拟的优势。但是，用法 pc作为设备的上位机，一个昀大的缺点就是它体积大、不便携等，同时，随着仪器生产商为了能降低生产成本，因此，在能完成仪器整体功能的同时，极力的去寻觅使仪器体积小、便携、近似 pc机功能的上位机系统。因此，基于 arm系统应用于这样的仪器上就是个十分好的计划。2 系统设计计划嵌入式工控量热仪必需要在追求仪器设备体积小、便携的基础上，力求实现本来量热仪设备相应的功能，因此，得到下面几点设计计划：用法主频尽可能高的微处理芯片，同时具有很好的内存管理功能；对于片上资源和各种外设的接口的扩展。考虑到数据存储、内核、文件系统、图形库及应用程序在系统中所占资源

3、，选用合适的 flash闪存和 sdram；同时，与外围仪器的衔接通信扩展出一个 host接口、一个网口 rj45、一个标准串口等；为了实现人机交互和仪器的便携，系统中设计出式高级用户交互图形操作界面；2.1系统硬件框架图如上图，系统上位机中用法的微处理芯片是三星公司的 arm920t a；flash存储器采纳 samsung公司的 k9f1208u0m nand flash存储器,存储容量为 64mb，这种非易失性存储器是高数据存储密度的抱负解决计划，它能擦写一百多万次，具有很长的用法寿命； sdram存储器采纳 hy57v561620ct,在此用法两块，每块大小为 32mb；为了实现人机交

4、互，以及从系统便携等方面考虑，系统用法了触摸屏，固然还扩展出串口、网口等，以上就是囫囵系统上位机的硬件框架。上位机和下位机间的通信设备用法的是 ez-usb68013，它负责从上位机接受数据和指令，并把下位机试验数据以及各种状态返回到上位机，而它在 linux下驱动编写和移植留到下面再研究。2.2系统上位机软件组成针对上面所研究的系统硬件构成，以及系统所要完成的功能，下面向系统上位机的软件组成举行研究。如下是系统上位机的软件组成：2.2.1嵌入式操作系统设计与移植在囫囵系统的设计与实现中内核的配置和移植是十分重要的，本系统用法的是韩国 mizi公司免费提供的嵌入式 linux操作系统，本操作系

5、统体积小、便利剪裁，同时它又包含了现有用法的大部格外围设备的驱动，因此，用法此操作系统可以降低开发成本、加快系统的开发。arm-linux嵌入式操作系统的移植主要包括如下几步：建立交错编译环境。交错编译环境的建立是举行 arm嵌入式项目开发的基础，它的搭建主要需要三个软件包：binutils、 gcc、glibc。其中 binutils主要用于生成一些辅助工具，如 objdump、as、ld等；gcc是用来生成交错编译器 arm-linux-gcc；glibc主要提供用户程序所用法的一些基本的函数库。固然，交错环境的搭建是比较复杂的，无数步骤都涉及到硬件平台的挑选，因此，本系统用法的是成都博睿

6、公司所提供的交错编译器，而对交错环境的详细搭建这里就不作进一步的研究了。修改配置文件，配置内核。修改配置文件使系统启动时自动挂载 devfs文件系统，配置内核使内核支持 yaffs文件系统。按照系统需求添加相应的外围设备的驱动。本系统中用法了 ez-usb68013来实现上、下位机的数据通信，那么就必需要在上位机中添加该通信设备的驱动。如下是在嵌入式 linux操作系统中 ez-usb68013设备驱动添加的步骤：首先，通过修改内核中/driver/usb下的 usb-skelon.c文件，在 usb-skelon.c中添加 ez-usb68013设备的 pid和 vid,并修改该名目下的 c

7、onfig.in和 makefile文件，各添加一行内容，分离为：“dep_tristate ' usb 68013 driver support' config_usb_68013 $config_usb”和 “obj-$(config_usb_68013)+= usb68013.o”，这样就把 ez-usb68013设备驱动编译进 内核(当昀后系统启动后,在/dev/usb下浮现 ez-usb68013的设备节点 skel0)；然后，选中内核对应的配置选项，编译后生成内核的移植镜像文件。另外，在这里还容易介绍下系统的文件系统。本系统用法的文件系统是busybox，busyb

8、ox它具备了linux中一些昀基本的命令，同时它昀主要的一个特点就是占用空间小，是 embedded文件系统中昀抱负的挑选。2.2.2图形库 qte的配置和移植qte是荷兰 trolletch公司的图形化界面开发工具 qt的嵌入式版本，它通过qt api与linux i/o挺直交互，拥有较高的运行效率，而且整体采纳面对对象编程，拥有良好地体系架构和编程模式，它采纳 framebuffer作为底层的图形接口，并用法 c+举行封装，具有良好的移植性,同时，我们可以把用 qt的designer开发出来的gui应用程序，通过交错编译后可挺直移植到qte嵌入式平台。本系统用法的是qt-embedded-

9、3.3.2作为系统的基础图形库，在举行图形库编译之前，为了能使移植后的图形库支持触摸屏，则需对图形库源码举行如下修改：在源文件包的 /src/embedded下的qmouselinuxtp_qws.h中添加两行代码 define qt_qws_ipaq和define qt_qws_ipaq_raw；对 qmouselinuxtp_qws.cpp做如下的修改，即把源文件中打开的触摸屏设备节点要改成自己所用触摸屏设备节点，如本系统中改成为：/dev/touchscreen/0raw。通过如上的修改后就可以对图形库举行配置了，即如下： ./configure -embedded arm -qt-mo

10、use-linuxtp -qt-kbd-usb,配置、编译胜利后，将 /lib下的库文件移植到目标板上的 /lib名目下，这样就完成了图形库qte及触摸屏支持的配置和移植。3 qte平台上用户应用程序模块的实现3.1 本系统应用程序模块分析本系统的用户应用程序用qt跨平台语言编写，通过交错编译后移植到目标板上，而应用程序主要包括3所示的几个模块：试验显示模块、 usb通信模块、仪器试验控制模块、数据库模块，另外还有数据打印模块等。试验显示模块它包括系统的主界面、试验数据输入和结果显示界面。其中主界面通过菜单控件按钮来调用其它的模块，实验数据输入界面是在仪器实验当中输入时光和实验样品的质量数等，

11、而结果显示界面是把由 usb通信设备返送回归的下位机实验所得结果及下位机的状态显示出来。仪器实验控制模块。仪器实验模块是本系统昀重要的程序模块，系统要完成的各项功能都是在此模块中来设计和实现的，在本嵌入式工控量热仪中，它详细要完成的任务是以下一些：往下位机发送指令，控制下位机实验的开头和停止；采集下位机实验温度；控制下位机内、外桶水位平衡；同时，当实验结束后，控制 usb通信设备把下位机的实验结果采集回归等。usb通信模块。 usb通信模块在前面也已经容易的介绍过它主要的功能是负责把从上位机接受来的输入数据和控制指令发送到下位机，同时又把下位机的实验结果返送回上位机。因此为了能使数据的精确传输

12、，在应用程序中定义了两个用以接受和传输数据的结构体 struct down_data、up_data，每个结构体是 64字节。而在程序中对 usb68013通信设备的操作是利用linux下的设备文件的 i/o操作，打开 usb68013通信设备是： open( "/dev/usb/skel0", o_rdwr | o_noctty | o_ndelay )，其中 skel0是usb68013设备在系统中的设备节点。胜利打开通信设备后就可以举行上、下位机的数据通信了，即往设备上发送数据和从设备上读取数据，这分离为： write(m_hdev,(uchar*)writebuff

13、er,64)、 read(m_hdev,(uchar*)readbuffer,64)，这样就胜利的实现系统中数据的通信。数据库模块。本工控量热仪因为是用来测量某种样品的发热量的，那么，通常要对此样品举行多次的实验，再来取平均值，因此，利用数据库对实验结果的保存是十分须要的。在本系统中用法的是sqlite-3.3.6这一零配置的数据库，这种数据库它主要的特点就是体积小、封装了一些基本的数据库api接口函数、操作容易、易于移植，是嵌入式系统中昀抱负的数据库。3.2 系统实现及测试通过上面的研究，本系统的各模块都已经胜利的设计出并得以实现。因为系统基于 qte设计出图形用户界面，则提供良好的人机交互，使系统更易于操作和管理。经过实验测试，本系统上位机各模块能够很好的达到设计的目标，囫囵上位机系统控制下位机实验，并把结果正确显示出。4所示为系统图形用户界面的实验控制模块。4 结论本文按照需要对嵌入式工控量热仪的上位机软、硬件平台设计和构建举行了深化的研究，并得出了计划的