嵌入式工业数据采集网络节点开发探析

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1、嵌入式工业数据采集网络节点开发探析摘要：近年来，在微电子技术及计算机技术的快速发展下，嵌入式系统的应用领域也日益广泛，尤其是在工业控制、移动通信、信息家电等领域的应用。嵌入式系统集成了微控制器（或微处理器）的系统电路以及相应的专属软件，有效实现了操作效率与成本比例的最优化。在工业控制领域中，应用嵌入式系统可使工业控制的自动化程度大为提高，特别是RTOS（嵌入式实时操作系统）的不断进步，更加拓展了嵌入式系统的发展前景。本文主要对嵌入式Linux及ARM操作系统下，工业数据釆集网络节点的开发进行了分析、研究。关键词：嵌入式；网络节

2、点；Linux；ARM；工业数据采集中图分类号：TP274.2随着微电子技术及信息技术的不断进步，实时数据在企业中的利用也日益增多，企业在生产运行、生产决策、故障诊断、设备监测等方面都应用到了实时数据。因此，保证实时数据的及时性、准确性、可靠性、稳定性，是工业控制系统必须满足的基本要求。嵌入式系统集成了微控制器（或微处理器）的系统电路以及相应的专属软件，有效实现了操作效率与成本比例的最优化。嵌入式系统的应用，可有效促进企业生产、经营自动化程度的提高。1嵌入式数据采集网络节点的特点传统的工业控制系统在管理模式、数据采集方面大部分

3、都应用了B/S与C/S结合的结构模式，其数据库都集中于S（Server）端，运行于各网络节点的应用程序不能加载数据库，虽然该方式能较好地保证数据一致性，然而其对S端可靠性有着较高的要求，同时也需要S端具有较高的数据处理能力，不但使网络传输消耗大大增加，也不利于系统的扩展。嵌入式工业数据采集网络节点的出现，则很好地规避了数据库的集中管理，其通过在各网络节点设置分布式数据库，利用广播协议，实现分布数据库的高速刷新，进而保证了所有数据库数据的一致性。同时，分布数据库也涵盖了全网的动态数据，各网络节点只需要同其分布数据库进行数据交换，

4、就可实现全网通信，其不仅不需编程与通讯，还较好地实现了数据采集、交换的高速响应。2嵌入式操作系统及微处理器的选择嵌入式系统，是指利用计算机技术，以应用为目标，应用系统对功耗、体积、成本、可靠性、功能具有严格要求的一种专用操作系统。在嵌入式操作系统中，处理器是其核心硬件，根据应用方向及功能，主要分为MCU（嵌入式微控制器）、EMPU（嵌入式微处理器）、EDSP（嵌入式DSP处理器）、SOC（嵌入式片上系统）四种。在嵌入式工业数据采集网络节点的开发过程中，通常会从主流嵌入式操作系统中进行选择，比如pSOS、Linux、WinCE、

5、uC/OS,VxWorks等，其中Linux的应用最为广泛。在选择微处理器时，需要考虑到数据库构建资源及网络功能要求。目前，市场上的主流微处理器有ARM、MIPS、X86、PowerPC等。其中ARM采用了先进的RISC结构，并且拥有完整的开发工具、软硬件设计、技术支持，其是嵌入式系统硬件平台的理想选择。3嵌入式数据采集网络节点的硬件设计网络节点的核心处理器采用S3C2410型ARM（ARM9内核），支持内存管理单元，硬件部分主要包括处理器模块、存储器模块、数据传输模块以及电源、复位、驱动、时钟模块4个部分。硬件构成框架如图1

6、所示。在实现过程中，通常会将存储器模块与处理器模块封装在一个模块中，加上复位、时钟、电源等构成核心模板，在此基础上实现Linux,并以此为核心扩展外围组件，以提升程序开发效率。在电路设计中，会将外围模块、核心模块分开，核心模块设计采用'‘金手指”形式，设计为DIMM-200标准接口。4嵌入式数据采集网络节点的软件设计软件设计的任务包括建立开发平台、开发BerkeleyDB数据库程序，其中数据库程序主要包括节点故障恢复、数据处理、网络通讯及串行通讯程序。4.1建立开发环境要在ARM操作系统中建立数据库程序，首先需要创建开发环境。

7、BerkeleyDB可视作程序库，创建开发环境也就是编译BerkeleyDB,利用编译获得的API函数，编写数据库系统。在编译BerkeleyDB后，所得的API函数能适应多种操作系统（Linux、Windows等），本文分别在嵌入式Linux、Linux>Windows下创设了开发环境。4.2实现数据库的应用函数在创建开发环境以后，可对API函数进行直接调用，与此同时，还需要根据需要，根据API函数编制出应用函数，建立数据库系统，实现数据的管理与存储。4.3设计应用程序根据设计要求，可根据功能将应用程序分为4个模块：一是串行

8、通讯程序，该程序主要用于接收、存储串口485、232的数据，可应用C语言进行编写；二是网络通讯程序，该模块是网络节点的核心程序，其主要用于实现数据的网络传输，且为双向传输，包括数据接收及广播；三是数据处理程序，该程序主要用于实现提取暂存队列数据，释放数据所占内存空间，同时将提