深海海底边界层原位监测硬件系统设计

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1、深海海底边界层原位监测硬件系统设计摘要：硬件系统是深海海底边界层原位监测系统的核心基础。系统以ARM9为硬件核心,MSP430单片机为辅助,Linux2.6.30为软件平台，集成8台深海仪器，提供实时，稳定，自动化的数据采集与控制。本文详细介绍了嵌入式系统软件平台的搭建，以及如何实现自动挂载SD卡，深海海底边界层原位监测程序的自启动以及FTP服务器的搭建。关键词：嵌入式linux系统；挂载SD卡；程序自启动;FTP服务器中图分类号：P71文献标识码：A1概述海底原位监测技术是一种能对海底表面或近海底进行定点、连续、多要素同步测量的水下监测技术。研发深海海底边界层原位监测技术，对于加快提升

2、我国海底资源探测开发的技术创新能力、促进深海科学研究均具有极为重要的意义。开发板的硬件系统是海底原位监测技术的核心基础，根据系统设计要求，实现深海海底边界层原位监测系统程序的自启动，采集数据的存储以及数据传输。2硬件系统系统主要由以下几部分构成：可以在海底稳定工作的海洋探测仪器；控制系统自动化运行以及数据采集的嵌入式系统；负责电源管理和两路模拟量数据采集的单片机系统；实现数据中转的串口服务器和交换机系统。鉴于以上分析，采用基于ARM9的嵌入式系统作为自动化控制系统，通过读取传感器的数据来判断环境位置，基于TCP/IP协议，通过串口服务器与海洋仪器进行通信，进行数据采集和管理。电源管理系统

3、基于MSP430单片机，智能控制电源分配，采集一种其数据后，断开深海仪器与嵌入式系统的供电，进入低功耗模式，等待下一周期。ARM微处理器具有体积小、低功耗、高性能的优点［1］,嵌入式系统采用ATMEL公司的AT91S9263CU微处理器作为控制核心o2MBnorflash用来存放u-boot引导程序；10M/100M以太网接口，用于程序下载、网络通讯应用；4GBSD卡作为系统的主存区，从深海设备中采集到的数据，经处理后保存到SD卡中。MSP430系列单片机是一种16位单片机，集成功能丰富，内存也比较强大［2］。MSP430单片机自带8路12位ADC,精度高，设计灵活巧妙，在本系统中的功能

4、主要是采集模拟量数据和控制整个系统的电源供给。系统共集成了8台海洋仪器，分别为声学多普勒流速计(ADV),三维海流计(Aquadopp),C02、CH4、PH、DO传感器，高度计和深海摄像子系统。其中ADV、Aquadopp、C02、CH4四台仪器为RS232通讯接口，经过串口服务器转换与RJ45接口的交换机及ARM通讯。PH、DO传感器数据为模拟量输出，与MSP430单片机的12位转换通道相连，数据经模数转换后打包，通过串口服务器转换后上传给ARMo系统集成了深海摄像子系统拍摄海底影像。3嵌入式控制系统软件平台搭建3.1Linux内核配置深海海底边界层原位监测系统的核心是以Atmel公

5、司的AT91S9263CU为微处理器的ARM9开发板，采用Linux2.6.30作为开发板的操作系统。选择Linux操作系统作为开发板的操作系统主要是因为Linux操作系统是稳定的系统，可以进行独立工作，自由与开放，配置要求低廉,功能强大而稳定[3],适合需要小核心程序的嵌入式系统。2.6版本的内核相比于2.4版本的内核使用了新的进程调度算法，在高负载的情况下执行的极其出色，并且当有很多处理器时也可很好扩展[4]。内核任务可以被抢占，从而提高系统的实时性，可以处理任意数目的县城，增加对文件系统支持。移植内核需要对内核进行适当的裁剪，以满足开发的需要。根据开发需求，对内核进行裁剪。这里，选

6、择与Atmel公司的AT91S9263CU微处理器相关的配置。保存相关配置，对内核进行配置，并且对内核进行编译。因嵌入式系统需通过u-boot来烧写Linux内核以及文件系统，而且ulmage是u-boot加载的映像格式，生成可执行的内核镜像文件ulmageo3.2镜像烧写镜像烧写是开发板加载操作系统的基础，选择烧写jffs2镜像，是因为jffs2支持NandFlash装置，是具有断电可靠性的日志结构文件系统。JFFS2是JFFS的后继者，由RedHat重新改写而成。JFFS2的全名为JournallingFlashFileSystemVersion2（闪存日志型文件系统第2版），其功能

7、就是管理在MTD设备上实现的日志型文件系统。与其他的存储设备存储方案相比，JFFS2并不准备提供让传统文件系统也可以使用此类设备的转换层。它只会直接在MTD设备上实现日志结构的文件系统。JFFS2会在安装的时候，扫描MTD设备的日志内容，并在RAM中重新建立文件系统结构本身。深海海底边界层原位监测系统需要使用可写文件系统，因此选择使用JFFS2具有断电可靠性的日志结构文件系统。根据开发者的开发需求对开发板的系统文件进行适当的修改，以