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1、基于Linux的嵌入式数据采集系统 1嵌入式系统概述 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统,对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统,它将操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中,简而言之就是系统的应用软件与系统的硬件一体化,类似于BIOS的工作方式,具有软件代码小,高度自动化,响应速度快等特点。特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业实际应用相结合的产物。嵌入式系统的结构由两大模块组成:硬件平台和软件平台,其结构如图1所示。 图1 嵌入式系统结构图 2系统设计
2、 数据采集系统的采集任务在现场完成。采集系统设计为分布式的控制系统,系统上位机与现场检测下位机之间的通信基于串口。正常运行时,现场下位检测控制器完成数据采集、数据处理、数据存储、数据发送等多种任务。系统具有一定的自检测、自校正能力,能将异常情况传给PC机,以便维护。为了适应各种不同情况对焊缝自动检测的要求,整个检测系统采用模块化结构设计,可应用不同的模块组合成不同的应用系统。数据采集系统的基本组成如图2所示。 图片看不清楚？请点击这里查看原图（大图）。 图2 数据采集系统的组成 2.1系统的硬件 数据采集系统主要完成实时数据采样、保持、并送入A/D转换器变成数字信号，然后
3、再对数据进行计算处理、保存，再通过通信接口将实时数据发送到监控中心，同时接收监控中心下发的各种命令。其硬件结构如图3所示。 图3 数据采集系统的硬件结构 该系统采用了CirrusLogic公司的EP9302作为主CPU，并移植Linux操作系统来对任务进行管理和调度。 交流采样电路主要由采样保持、多路开关和A/D转换组成，用来保证在模数转换过程中电压、电流的同时性，以满足功率测量要求。本系统采集四相电压及四相电流，通过多路开关分时将采样量送入A/D转换器。14位A/D转换电路采用AnalogDevices的AD7865，AD7865是四通道高速A/D转换器，其电路输出具有三态
4、锁存功能。 通信电路由SJA1000芯片、光耦电路和总线驱动器组成。SJA1000的AD0∼AD7连接到系统数据总线上，为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接82C250的TXD和RXD相连，而是通过高速光耦合器6N137与82C250相连，这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。光耦部分电路所采用的2个电源Vcc和Vdd必须完全隔离，可采用小功率电源隔离模块或带多个5V隔离输出的开关电源模块实现。这部分增加了接口电路的复杂性，但却提高了节点的稳定性和安全性。 2.2系统的软件 软件的设计是在操作系统上实现的,嵌入式操作
5、系统是整个系统的核心。针对本系统的特点,软件平台采用多任务嵌入式操作系统Linux来实现,改变了传统的在类似硬件平台下采用MSDOS单用户、单任务操作系统难以完成较为复杂的分布式多任务应用的缺点。在数据采集系统中,Linux系统可以同时处理多个传感器发送来的较为复杂的控制任务,从而提高系统的 整体响应速度及并发处理能力。构成嵌入式Linux系统至少需要下面3个基本元素：引导程序、Linux微内核和初始化进程。如果要让它有更多的功能,还可加上文件系统、GUI和设计精简的应用程序,并将其放在diskonchip中启动。 2.2.1内核的裁减编译与启动 微型计算机的存储空间较小,而
6、标准Linux是面向PC的,需要对Linux内核进行裁减。对一些可独立加上或卸下的功能块,可在编译内核时仅保留嵌入式系统所需的功能支持模块,删除不需要的功能。为了满足一定的实时性要求,需屏蔽内核的虚拟内存管理机制来增强的Linux实时性。系统中微机主板属于X86体系结构,兼容一般桌面PC的Linuxi386版本。这样,我们可以直接使用X86体系的编译器对Linux核心源代码直接进行编译及裁剪,并避免了对Linux核心源代码中涉及CPU的部分模块以及内存管理模式模块的修改。增加了文件系统和GUI根据系统需要,文件系统应包括:基本文件系统结构、基本应用程序、基本配置文件、基本设备/de
7、v/hd*和/dev/tty*、基本程序运行所需的函数库。GUI是软件可视化设计不可 缺少的,也为将来的现场检修维护提供可视化的界面。编写Linux的引导代码,将diskonchip作为系统的启动设备,引导代码放在diskonchip上。系统加电后,由引导代码进行基本的硬件初始化,然后把内核经映像装入内存运行。 2.2.2设备驱动程序 系统需要对I/O口、串口编写设备驱动程序。设备驱动程序是操作系统内核与硬件之间的接口,属于内核的一部分,主要功能应包含:对设备初
