关于ARM的嵌入式网络仪表设计探讨

关于ARM的嵌入式网络仪表设计探讨

龙鹏蔚

（深宝电器仪表有限公司广东深圳市518000）

摘要：因为ARM嵌入式系统具有性能较为强劲、功率损耗低、体积占地小、可靠性能高以及面向行业方面有重要应用的突出特点，目前为止已经广泛地应用于消费电子方面、军事和国防、网络技术通信工程、工业控制方面等各个领城。ARM嵌入式网络仪表系统是在IT网络技术之后，又一个新的网络技术发展方向。在过去几年，大量用于投入使用的是8位单片机的应用，但是这只是该系统的初级使用阶段。但是随着网络时代的越来越快发展，在未来一段时间的高端嵌入式应用中，32位微处理器的应用将成为主流应用。但是本文提出的网络化仪表应用的设计方法，主要包括一些网络控制器设计和监控管理软件设计，从根本上解决了传统仪表不支持实际多点通信、不能对软件进行升级和远距离维护等问题。

关键词：测控仪表WEB服务器嵌入式实时操作系统ARM

1．对于网络控制器的实验设计

1.1存储器模块

所谓存储系统在整个交通控制器内是程序和数据的驻留和运行出来的场所，她的性能可以直接影响了整个运行系统的性能和成本。对于本文需要设计的网络化仪表要存放嵌入式操作系统及其文件系统和其他一些在运行或者在系统掉电后需要保存的数据、以及需要运行的应用程序，设计出了外面存储的单元来扩展内部的存储空间，AT91RM9200处理器材在内部拥有128KbyteROM和16M的内部存储空间类型，同时有12MB的FLASH和32MB的SDRAM组成的交通管理控制器的外部存储空间系统。在片内KbyteSRA的ROM部分芯片在生产过程中就已经固化成了一串自启动源代码，但是16KbyteSRAM系统通常被配置处理到控制器上面为堆栈区提高系统各个部分运行的性能。本系统中使用的Flash运行系统包括以下两种类型:一个是由SST为基本的16位并行NorFlashSST39VF3201，存储容量为4Mbyte;另一种为atmel的串联行DataFlashAT45DB642,存储容量8Mbyte。SDRAM技术则是采用两个Hynix公司的CMOSSDRAMHY57V281620，3.3V是他的工作电压，54脚TSOP的封装,支持LVTTL接口的兼容性，也支持自动刷新(Auto-Refresh)和白刷新(Self-Refresh)的应用功能，有16位数据宽度，16Mbyte的存储容量。

1.2嵌入式控制器

嵌入式系统的核心部件是嵌入式控制器。在设计嵌入式系统的时候，嵌入式处理器的挑选是非常重要的。综合所有因素考虑了价格的高低、性能优良、集成度的大小和功能好坏、设计的支持以及开发工具的支持等，应用中对于以太网的使用和ART接口功能的要求了以后，再经过与同行业其他产品的比较，本次网络化仪表的嵌入式处理器选择AT9IRM9200业级芯片。

timel公司推出的基f当前流行的4RM920T内核的-款32RISC最优秀控制器是AT91RM9200，在180MHz频率下工作的运算速度最高可达200MIPS。专门针对于通讯领域，系统护制的应用等，4T91RM9200类控制器成了本次的外围功能选择模块，可以满足各种各样应用场合，支持实时操作系统，可以适合于实时控制。

1.3对于以太区进行接口的问题

在AT91RM9200芯片内部发有提供物理层的核口，但是他的内部集成组成却有网络控制器EMAC，它是组成介质访问控制层(MAC)的硬件，位置处于于0SI多号模型中物理层和逻辑链路控制层的两者之间，通过集成DMA管保证所需要的逻辑控制和收发FIF0能够正常运行，并依照IEE802.3u规定的数据帧数格式来控制物理层和主机之间的信息与流量交换。除此以外，EMAC可以通过MDI0/MDC的管脚来进行物理层之间的管理。并且可以根据引脚配置的不同，用EMAC传送数据的方式主要有介质独立接门WII方式和商化之间的介质独立接口RMI方式这两种，EMAC模式具有10Mbps和100Nbps的数据吞吐能力，并且支持全双L和半双L操作，能自动封装发送数据帧并计算CRC校验通道，能够提供地址、状况和控制存储器的接口等特点。所以在设计以太网驶件接口时需要有外接两个物理层传输控制器用来提供接入以太网络接口的通道。

通常常用的单口网络控制器10/100Mbps用高速以太网物理层接口器件上主要有RTL8201.DM9161等型号的器件，它都可以们提供MII接口，可以使地与AT91RM9200进行接口操作。在本次的实验系统中，我们选用了DX9161型号来作为以太网控制器的物理层接口收发的芯片之一。

2．对于监视管理软件的实验设计

对于软件的设计部分主要是完成数据处理、数据交换、数据采集、数据查询及数据显示、实验报表的生成和维护管型员操作是否运行成功等各个部分功能。同一时间第三方的数据类型程序提供单方面接口，并且可以根据个人的需求进行软件升级和内部系统更新换代等功能，方便对资源进行管理，最后变成在运行时候稳定可靠稳定的应用管理系统。它的设计工作与实验目的主要包括互联网服务器的自行设计，嵌入式操作系统的单方面移植等。

2.1互联网服务器的自行设计

因为互联网技术的高速发展，嵌入式系统也向着越来越智能化的方向发展，并且呈现出越来越多的网络特性。而互联网技术的飞速发展也带给了嵌入式系统和好的面对未来发展的途径。

而从实用功能方面来看，互联网服务器可以用来实时监听客户端的应用请求，并且可以根据客户端的不同需求提供相应的服务。客户端可以使用互联网浏览器与互联网服务器进行通讯。互联网服务器在接受到客户端请求之后，它可以处理用户的请求并原路反馈给用户实际需要的数据。反馈的数据通常以含有文字和图片，格式固定的页面返回到用户自带浏览器上面。在嵌入式的应用系统中，尤其是在嵌入式的设计实验中，一个独立的互联网服务器不可能是全方位多功能的，它也是需要拥有足够小的运行空间，但是这并且不能影响嵌入式系统的整体高速性能，但是必须具备一个互联网服务器应有的特征。

互联网服务器UTCP以IP协议栈为基础构建的网络服务器，它需要遵守的是TTP、TCP和IDP等协议和条件，它拥有自己的IP地址，用户通过网络浏览器就可以将自己的设备接入互联网。随便一个客户端，都可以通过使用ITTP协议与嵌入式取得与互联网服务器的连接。嵌入式互联网服务器在互联网浏觉器和每个设备之间提供了统一的相互接口，并且和所有的互联网浏览器相互兼容。使得互联网客户端可以像在玻璃一样透明地监控管理设备状况下有序进行。

2.2设计嵌入式操作系统

本次实验设计中的操作系统选择的是当前为止在行业内广泛应用的嵌入式HCLinux。嵌入式HCLinux本身拥有高明灵活自定制内部储存结构，保持了Linux的特性，可以保持源代码的公开和稳定运行，并且可以裁减大小等等。

下面是各个设计步骤的仔细描述：

（1）对于内核进行初始化

Linux内部储存结构的入口点是startkernel两侧。它进行初始化时需要内核中的其他部分，包括捕获、IRQ通道、调度各个数据、驱动设备、对延迟循环进行标定，最主要的是能够成功运行fork“init"这一进程，用于启动一系列多任务工作环境。

（2）系统调用函数或捕获数据

在执行完"init"程序之后，对于内核对流程序不会再有直接的控制权。之后，它作用主要体现在处理突发应急事件(例如硬件中断等)和为系统的自主调试运行提供进程，

（3）设备的驱动管理

设备的驱动占据了Linux内部运行很大一部分。和其他的操作系统一样，设备驱动提供给它们需要进行控制的硬件设备和对操作系统提供接口等。

（4）文件的系统管理

对多种文件系统的支持是Linux最主要的特性之一。这特性使得

Linux系统很容易地和别的操作系统一起共同运行，文件系统的理解是使得客户端能够查看存储设备上的文件和路径而无须考志实际物理设备的文件系统类型。Linsx透明地支持许多不同种的文件，并且系统将各种分类的文件和文件系统用一个完整的虚拟文件系统的形式呈现给客户。

结束语：

综上所述，本文通过对这种网络化逻辑分析仪的设计研究，可以知道嵌入式网络系统可以实现在同一时间、任意一个地点对互联网网络系统的远程访问，同时也可以获得仪器的工作状态，并通过相互友好的用户界面，可以对远程仪器的功能进行控制，以及对仪器状态进行检制等。通过嵌入式网络系统，客户端能够远程监新、控制过程和实验数据，而且实时性非常好，一个客户能远程能控多个过程，而多个用户也能同时对一个过程进行监控。用户可利用普通仪表设备采集数据，然后指示另外一台功能运行强大的计算机分析散据，并在网络上实时发布，大大增强了用户的工作能力用户还可就自已感兴趣的问电在世界范古内进行合作和访问。在未来，嵌入式网络系统前景十分广阔。

参考文献：

[1]马忠梅，马广云，徐英慧，田译.ARM嵌入式处理结构与应用基础[M].北京航空航天大学出版社.2002

[7]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].清华大学出版社.2003

[9]杨海清,周安栋,罗勇,陈牧.嵌入式系统实时网络通信中的LCD显示设计方法[J].计算机与数字工程.2010年02期

作者简介：龙鹏蔚（1989-），男，汉族，湖南省邵阳市洞口县人，本科，助理工程师，主要从事嵌入式软件开发工作。