0 引 言
当时，在工业操控范畴，网络操控技能快速开展。网络操控要求测控体系有必要具有两方面的功用：一方面要在现场完结杂乱的测控使命，一般一些使命具有必定的实时性的要求；另一方面要求测控体系能够与某一类型的操控网相连，完结长途监控。而在现在运用的大多数测控体系中，嵌入式体系的硬件选用8/16位的单片机；软件多选用汇编语言编程，仅包含一个简略的循环处理的操控流程；单片机与单片机或上位机之间通讯通过RS232、RS485来组网。这些网络存在通讯速度慢、联网功用差、开发困难的问题。而工业以太网已逐步完善，在工业操控范畴取得越来越多的运用。工业以太网运用了TCP/IP协议，便于联网，并具有高速操控网络的长处。现在，32位嵌入式CPU价格的下降，功用指标的进步，为嵌入式体系的广泛运用供给了可能性。根据上述状况，咱们将嵌入式体系运用于测控体系，可大大进步测控体系的功用，嵌入式体系一般运用嵌入式操作体系来开发。在嵌入式操作体系的挑选上，因为Linux有完好敞开的源代码，可针对详细运用修正和优化体系，内核安稳，适用于多种CPU和多种硬件渠道，支撑网络等特色，因此挑选Linux作为嵌入式操作体系。
1 测控体系整体规划
1.1 规划方针
测控体系以根据Linux的嵌入式体系为中心，规划方针归纳起来首要有以下几点：
（1）测控使命在现场完结。测控体系选用涣散的操控战略，体系正常运转时上位机只起到状况监控的效果。在工业现场完结数据丈量、数据处理、进程操控等多种使命，能确保一些使命完结的实时性。
（2）具有必定的自确诊、自校对的功用，将毛病状况上传给上位机，便于保护人员查错、排错。具有动态显现和数据存储才能。
（3）测控体系可连到工业以太网，通过工业以太网完结长途监控。
1.2 技能道路
嵌入式体系以嵌入式微处理器为中心，运转嵌入式Linux 操作体系。运用程序可通过网络进行更新；通过键盘进行人机对话；数据可通过LCD现场显现；重要数据能够文件方法保存在Flash存储器中；数据和报警信息可通过串口向上位机传输，也可通过以太网口向工业以太网或Inernet发布信息，用户通过显现界面检查设备状况，设置设备参数，完结长途监控、长途保护。
1.3 整体框图
2 根据Linux的嵌入式体系的规划
2.1 硬件规划
考虑一般测控体系对嵌入式体系要求比较多的功用有：键盘接口、显现接口、A/D（或D/A）转化单元、可扩展的I/O接口、打印机接口、与PC机通讯的串行接口、以太网口等。完结的嵌入式体系硬件框图如下：
针对测控体系的运用，挑选Motorola的Coldfire系列的MCF5307.MCF5307是一款高功用、低价位、高集成度的微处理器，为嵌入式操控运用而规划。MCF5307的处理才能达70 MIPS，作业频率88.47 MHz，总线频率44.236 MHz，为运转Linux供给硬件上的支撑，在开发板上还集成有16 M的SDRAM、2 M的FLASH、10 baseT以太网接口、RS232/RS485串口、I/O接口等。
2.2 软件规划
嵌入式操作体系是整个嵌入式体系的中心。咱们挑选Linux，但典型的Linux是为桌面装备的，内核非常巨大，而嵌入式体系的RAM存储容量很小，因此，要把Linux操作体系装入有限的内存，就要对它进行裁剪，在裁剪进程中触及的首要技能有：
（1） 内核的精简。规范Linux是面向PC的，集成了许多PC需求而嵌入式体系并不需求的功用。对一些可独立加上或卸下的功用块，可在编译内核时，仅保存嵌入式体系所需的功用支撑模块，删去不需求的功用。例如，测控体系要连入以太网，就要供给对TCP/IP的支撑，编译时加上TCP/IP栈；而SCSI、 Floppy之类的外设在咱们的嵌入式体系中彻底没有必要，编译时可去掉。这样，从头编译过的内核明显减小。
（2） 虚拟内存机制的屏蔽。通过剖析发现，虚拟内存是导致Linux实时性不强的原因之一。在工业操控中一些使命要满意必定的实时性的要求，屏蔽内核的虚拟内存办理机制能够增强Linux的实时性。当要更改内核的某项机制时，一般不用大规模的改写代码，可选用条件编译的办法。思路是用#ifdef或 #ifndef屏蔽现有句子，在#else宏编译句子中包含自己编写的代码。完结虚拟内存的机制有：地址映射机制、内存分配和收回机制，缓存和改写机制、请页机制、交流机制、内存同享机制，将完结这些机制的数据结构和函数屏蔽或修正，还要修正与之相关的文件。需求改动的文件首要在 /include/linux、/mm、/drivers/char、/fs、/ipc/kernel、/init目录下。首要的改动如下：与虚存有关的首要的数据结构是vm_area_struct，将进程的mm_struct结构中的vm_area_struct去掉，vm_area_struct运用了vm_ops来笼统出对虚拟内存的处理办法，屏蔽与虚拟内存操作有关的函数。内存映射首要由do_mmap（）完结，改写此函数的代码。撤销交流操作，屏蔽用于交流的结构和函数声明，以及完结交流的代码。撤销内核看护进程kswapd.
（3） 设备驱动程序的编写。确认了内核的根本功用后，就要为特定的设备编写驱动程序，可按照在Linux下编写驱动程序的规矩编写。编写的设备驱动程序应具有以下功用：①对设备初始化和开释；②把数据从内核传到硬件和从硬件读取数据；③读取运用程序传递给设备文件的数据和回送运用程序恳求的数据；④检测和处理设备呈现的过错。
完结上述过程后，一个小型的Linux 操作体系就结构完结了。结构后的Linux包含进程办理、内存办理和文件办理，支撑多使命并行；开发根据闪存的文件体系，运用程序和重要数据以文件的方法被存放在闪存文件体系中；有完好的TCP/IP协议栈，Linux内建有对以太网操控器的支撑，能够通过以太网口连到工业以太网上，完结长途监控。
还要将裁剪好的内核移植到所用的方针板上，一般移植内核时，首要要将内核编译成针对该处理器的方针代码。而咱们所用的嵌入式微处理器MCF5307 是ColdFire系列，它有一些不同于其它CPU的当地，一些内核程序要改写，触及到编写Linux的引导代码和修正与体系结构相关部分的代码，首要是内存办理和中止处理部分。将Flash作为体系的发动设备，引导代码放在Flash上。体系加电后，由引导代码进行根本的硬件初始化，然后把内核映象装入内存运转。
关于运用程序的开发，针对测控体系的详细运用，运用Linux 供给API接口开发运用程序。测控体系要完结多个使命，因为屏蔽了虚拟内存机制，一切的使命一起享有物理内存，存在于一致的线性空间中。使命中的地址为真实的物理地址，因为不需求进行地址空间映射，在使命切换时的上下文切换时刻大大削减，进步了呼应的速度，实时性增强。Linux选用根据优先级的轮转法调度战略，能够完结多个使命并行。各个使命的实时性要求不同，可通过区分优先级，使实时性要求高的使命区分为实时进程，具有较高的优先级，优先得到调度，确保必定的实时性的要求。使命间通过信号量、音讯行列等机制通讯。
在嵌入式体系中软件开发的首要模块有：数据收集模块，数据处理模块，数据显现模块，通讯和数据发布模块，毛病确诊模块。其间毛病确诊模块完结实时自确诊，在体系作业期间，对体系内部进行部分测验。行将确诊程序设置在嵌入式体系中中止等级最低的中止服务程序，在不影响体系作业的前提下，进行实时确诊。如发现毛病且复诊后仍有错，通过显现界面显现，并上传给上位机，确保体系的可靠性。
在嵌入式Linux的开发中，选用主—从方法，通过串行口或以太网口，使方针板和宿主机相连。运用的是GNU的系列东西，GNU具有免费敞开的源代码，也为咱们开发根据Linux的运用程序供给了便利。它包含一系列的开发调试东西。首要组件有：
gcc：编译器，可做成穿插编译的方法，即在宿主机上开发编译方针机上可运转的二进制文件；
Binutils：一些辅助东西，包含objdump（能够反编译二进制文件）、as（汇编编译器）、ld（连接器）等等；
Gdb：调试器，可运用多种穿插调试方法，如gdbserve（运用以太网络调试）。
最终，将调试好的内核和运用程序烧录到闪存中。裁剪后的Linux已成经功移植到方针渠道上，在开发板上运转杰出。通过测验，已满意一般的实时性要求。
3 结 论
咱们开发的根据Linux 的嵌入式体系运用于测控体系，能满意当时工业操控范畴对测控体系提出的要求，确保测控使命完结的实时性、可靠性，可连到工业以太网完结长途监控。其硬件，接口选用插板的方法，结构简略，易于装卸，便利体系集成和保护。软件方面，用户可针对详细运用作相应修正或删去即可，因此进步了测控体系的开发功率，在工业操控范畴有很好的运用远景。
