基于ARM高速數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

1、基于ARM高速數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用摘要：簡(jiǎn)要介紹了TCPIP協(xié)議，給出了基于北京ARM開(kāi)發(fā)板嵌入式高速數(shù)據(jù)采集裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。系統(tǒng)以下位機(jī)作為客戶(hù)端，在Af91RM9200和嵌入式Linux搭建的軟硬件平臺(tái)上運(yùn)行；將上位機(jī)作為服務(wù)器端，用VB60開(kāi)發(fā)監(jiān)控平臺(tái)軟件；兩者通過(guò)TCPIP實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)和控制命令的傳輸以及服務(wù)器監(jiān)控模式。O 引言隨著信息化的不斷發(fā)展，在工業(yè)自動(dòng)化、電力設(shè)備、通信管理、智能終端、智能小區(qū)等領(lǐng)域，對(duì)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、可靠性的要求也不斷地提高。以往傳統(tǒng)的單片機(jī)加采集卡的數(shù)據(jù)采集裝置已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們使用的要求。隨著采集卡的采集頻率不斷地提升，其所屬平臺(tái)的工

2、作頻率也應(yīng)跟上時(shí)代的步伐。同時(shí)，在某些情況下，裝置的操控人員不可能到工作現(xiàn)場(chǎng)去執(zhí)行，所以有必要對(duì)采集裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)察和控制。在各種設(shè)備的通信方式中，由于以太網(wǎng)具有速度快、通用性好、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已13漸成為設(shè)備之間進(jìn)行通信的主要方式。本文提出了基于ARM的高速數(shù)據(jù)采集裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高速采集的同時(shí)，能保證數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)時(shí)性，并對(duì)各幀數(shù)據(jù)嵌入時(shí)間標(biāo)志為后續(xù)數(shù)據(jù)處理做好準(zhǔn)備，最后能將數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地存儲(chǔ)到移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器上。該裝置包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模式和服務(wù)器監(jiān)控模式。1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介本裝置由硬件和軟件兩部分組成，如圖1所示。系統(tǒng)硬件由高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)和采集模塊構(gòu)成。采集模塊根據(jù)設(shè)計(jì)要

3、求，采用DMM一32一AT采集板。采集平臺(tái)采用ATMEL公司A791RM9200作為主控芯片，附帶16 kB的SDRAM和128 kB的ROM。該芯片融合了ARM920T ARM Thumb處理器，當(dāng)工作頻率為180 MHz時(shí)性能高達(dá)200 MIPS。帶有10100 MB BaseT型以太網(wǎng)卡接口，USB 20全速(12 Mbps)主機(jī)設(shè)備接口。內(nèi)含內(nèi)存管理單元MMU，含有調(diào)試通道的內(nèi)部仿真器，便于開(kāi)發(fā)調(diào)試。由于AT91RM9200具有功能全、功耗低和工業(yè)級(jí)等優(yōu)點(diǎn)，可以使系統(tǒng)能運(yùn)用到各種環(huán)境中。系統(tǒng)的下位機(jī)軟件選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁

4、剪修改，使之能在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)，它既有無(wú)限的開(kāi)放源代碼資源，又有嵌人式操作系統(tǒng)的特性。通過(guò)對(duì)內(nèi)核的重新配置、編譯，即可將其移植到Aqgl RM9200中；再建立BootLoader和文件系統(tǒng)，形成基于ARM的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，最后在此平臺(tái)上開(kāi)發(fā)運(yùn)用程序，實(shí)現(xiàn)裝置的各個(gè)功能。2 TCPIP協(xié)議在因特網(wǎng)上，TCPIP協(xié)議每時(shí)每刻保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。參考開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)模型，TCPIP通常采用一種簡(jiǎn)化的四層模型，分別為： 應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層要有一個(gè)定義清晰的會(huì)話(huà)過(guò)程，如通常所說(shuō)的Http、Ftp、Telnet等。在本系統(tǒng)中，下位機(jī)系統(tǒng)傳遞來(lái)自Ethernet和數(shù)據(jù)

5、終端的數(shù)據(jù)，應(yīng)用層只對(duì)大的數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行打包拆包處理。 傳輸層。傳輸層讓網(wǎng)絡(luò)程序通過(guò)明確定義的通道及某些特性獲取數(shù)據(jù)，如定義網(wǎng)絡(luò)連接的端口號(hào)等，實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議的傳輸控制協(xié)議TCP和用戶(hù)數(shù)據(jù)協(xié)議UDP。TCP服務(wù)提供了數(shù)據(jù)流傳輸、可靠性、有效流控制、全雙工操作和多路復(fù)用技術(shù)等，在本系統(tǒng)中使用TCP數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議。 網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCPIP網(wǎng)絡(luò)上的任一主機(jī)上，IP協(xié)議就是該層傳送數(shù)據(jù)的機(jī)制。同時(shí)建立網(wǎng)絡(luò)間的互連，提供ARP地址解析協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)從IP地址到數(shù)據(jù)鏈路物理地址的映像。 鏈路層。由控制同一物理網(wǎng)絡(luò)上的不同機(jī)器間數(shù)據(jù)傳送的底層協(xié)議組成，實(shí)現(xiàn)這一層的協(xié)議并屬于TCPIP協(xié)議組。在

6、本系統(tǒng)中這部分功能由ARM控制網(wǎng)卡芯片DM9161E實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，利用TCPIP協(xié)議中的TCP(傳輸控制協(xié)議)、IP(網(wǎng)絡(luò)報(bào)文協(xié)議)、ARP(地址解析協(xié)議)及簡(jiǎn)單的應(yīng)用層協(xié)議成功地實(shí)現(xiàn)了ARM裝置和服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。既提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，又保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，同時(shí)也擴(kuò)展了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行О霃健? 下位機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)下位機(jī)作為客戶(hù)端，它和服務(wù)器的TCPIP通信是通過(guò)對(duì)套接字編程實(shí)現(xiàn)的。套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元，最早是作為BSD規(guī)范提出來(lái)的，現(xiàn)已成為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)下TCPIP網(wǎng)絡(luò)編程標(biāo)準(zhǔn)。套接字提供了不同主機(jī)間進(jìn)程雙向通信的端點(diǎn)，這些進(jìn)程在通信前各自建立一個(gè)Socket，并通過(guò)對(duì)S

7、ocket的 寫(xiě)操作實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。下文將討論的Winsock也是一個(gè)用于Windows系列操作系統(tǒng)的Sockets版本 。在Linux提供的3種套接字中，本文選擇流式套接字。流式套接字是最常用的套接字類(lèi)型，其傳輸特點(diǎn)為：面向鏈接、無(wú)差錯(cuò)、發(fā)送先后順序一致、包長(zhǎng)度不限和非重復(fù)的網(wǎng)絡(luò)信息包。TCPIP協(xié)議簇中的TCP協(xié)議使用此類(lèi)接口。下位機(jī)與服務(wù)器通信實(shí)現(xiàn)如圖2所示。 Socket()函數(shù)：用于創(chuàng)建一個(gè)套接字描述符。#include#includeSocket ID=socket(AF_INET，SOCK_STREAM，0)；ff PFINET OR AFINET Intemet IP Pro

8、tocal SOCKSTREAM選擇流式套接字 Connect()函數(shù)：用于與遠(yuǎn)端服務(wù)器建立一個(gè)TCP連接請(qǐng)求。Status=connect(SocketID，(struc sockaddr)&ServerAddr，sizeof(struct sockaddr)； 一定要指定服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)，可帶參數(shù)運(yùn)行程序時(shí)指定，也有默認(rèn)的lP和端口號(hào)if(status!= 一1) 一1：連接過(guò)程出錯(cuò) Write()函數(shù)：從套接字緩沖區(qū)寫(xiě)數(shù)據(jù)。int Net Send SysConfig(int ConnID，char Cmdname)向服務(wù)器反饋工作狀態(tài)即執(zhí)行服務(wù)器下達(dá)的命令情況ConnID為已經(jīng)

9、建立的套接字描述符status=write(ConnID，sendbuff，len)；向服務(wù)器發(fā)送信息 Read()函數(shù)：從套接字緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)int Receive_ Command(int ConnID)return len=read(ConnID，NetBuf，RECBUFF_SIZE)；成功返回實(shí)際收到的字節(jié)總數(shù)，出錯(cuò)返回一1 Close()函數(shù)：用于關(guān)閉一個(gè)套接字描述符。close(SocketID)； 關(guān)閉連接下位機(jī)的開(kāi)發(fā)都是在Linux環(huán)境下用交叉編譯器ARMLinuxgcc編譯通過(guò)。4 上位機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)服務(wù)器監(jiān)控軟件是用Visual Basic 60來(lái)編寫(xiě)的。在Visual B

10、asic(以下簡(jiǎn)稱(chēng)VB)中，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)發(fā)是非常方便的。VB除了提供豐富的控件外，還提供了各種API來(lái)進(jìn)行更為高級(jí)的運(yùn)用程序的開(kāi)發(fā)。本裝置通過(guò)Winsock控件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)。Winsock控件對(duì)用戶(hù)是不可見(jiàn)的，它提供了訪問(wèn)TCP和UDP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方便途徑。在編寫(xiě)客戶(hù)或服務(wù)器運(yùn)用程序時(shí)，不必了解TCP的細(xì)節(jié)或低級(jí)的Winsock API。通過(guò)設(shè)置控件的屬性并調(diào)用其方法就可連接到一個(gè)遠(yuǎn)程客戶(hù)服務(wù)器端，并且雙向交換數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中作為服務(wù)器的運(yùn)用軟件，在Winsock控件的屬性設(shè)置上要注意： Protocol屬性。返回或設(shè)置Winsock控件所使用的協(xié)議(TCP或UDP)。UDPFrmMainWi

11、nsock ServerProtocol：sckTCPProtocol選擇TCP協(xié)議，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?LocalPort屬性。返回或設(shè)置所用到的本地端口。對(duì)客戶(hù)來(lái)說(shuō)，該屬性指定發(fā)送數(shù)據(jù)的本地端口；對(duì)于服務(wù)器來(lái)說(shuō)，是指定偵聽(tīng)的本地端口。FrmMainW insock ServerLocalPort=LocalPort ID服務(wù)器端口號(hào)，最好大于1 000 State屬性。返回控件的狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)只讀。用在判斷監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)改變各個(gè)按鍵指示燈的狀態(tài)，提高操作安全性。其設(shè)置如下：Connected State=FrmMainW insock ServerStateSelect Case

12、Connected StateCase 0 StatusBar1Panels(3)Text= “關(guān)閉”Case 1 StalusBar1Panels(3)Text=“打開(kāi)”Case 2 StatusBar1Panels(3)Text=“偵聽(tīng)”41 Winsock控件方法Winsock控件方法主要有以下幾種： Listen方法。在運(yùn)用程序初始化時(shí)創(chuàng)建套接字并將其設(shè)置為偵聽(tīng)狀態(tài)，等待客戶(hù)機(jī)的連接請(qǐng)求。Private Sub Form_ Load()FrmMainWinsock ServerListenEnd Sub Accept方法。當(dāng)有新連接時(shí)就會(huì)出現(xiàn)ConnectionRequest事件，處理

13、該事件時(shí)，運(yùn)用程序應(yīng)該用Accept方法接收連接。當(dāng)遠(yuǎn)程客戶(hù)機(jī)(AT91RM9200)發(fā)出請(qǐng)求連接時(shí)發(fā)生Private Sub WinsockServer Connecti0nRequest( ByValrequestID As Long)If W insock ServerState sckClosed Then W insockServerClose保證Winsock控件不是處于Close狀態(tài)W insock ServerAccept requestlD服務(wù)器接收客戶(hù)機(jī)(AI-91 RM9200)的請(qǐng)求End Sub SendData方法。服務(wù)器給客戶(hù)機(jī)發(fā)送控制命令，如開(kāi)始執(zhí)行、停止、數(shù)據(jù)

14、的轉(zhuǎn)存等，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶(hù)機(jī)的遠(yuǎn)程控制。本函數(shù)按TCP模式按二進(jìn)制方式發(fā)送數(shù)據(jù)包給客戶(hù)機(jī)，函數(shù)成功返回true，出錯(cuò)返回false。Public Function Send DataTo kehu(WinsockServer AsWinsock，DataBuff()As Byte)As BooleanOn Error GoTo Er_PartSend Data Tokehu ： FalseIf Connect Then Connect是一個(gè)定義的全局變量，保證在Winsock控件在連接狀態(tài)W insock ServerSe ndData Data_ BufEnd IfSend Data To keh

15、u=TrueExit FunctionErr_ Pa：Send Data To kehu = FalseMsgBox“發(fā)送數(shù)據(jù)出錯(cuò)!錯(cuò)誤代碼=”+CStr(Er)+“ ：”+Error，vbExclamation，“錯(cuò)誤提示”Exit FunctionEnd Function42 Winsoek控件事件Winsock控件事件分為以下2種。 DataArrival事件：該事件是通信的核心部分。當(dāng)給客戶(hù)端發(fā)送完命令后，接收客戶(hù)端返回的命令執(zhí)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶(hù)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)察。如果是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存命令時(shí)，還要完成接收客戶(hù)機(jī)上傳的采集數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)的服務(wù)器存儲(chǔ)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，其流程如圖3所示。接收到FTP頭數(shù)據(jù)包后， P傳輸數(shù)據(jù)的格式定義如圖4所示。 Error事件：只要后臺(tái)處理中出現(xiàn)錯(cuò)誤(例如連接失敗、收發(fā)數(shù)據(jù)失敗)事件都會(huì)出現(xiàn)，方便我們對(duì)程序的監(jiān)控和調(diào)試。在后臺(tái)處理中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)發(fā)生：Private Sub W insock Server_Eror(ByVal Number As Integer，Description As String，ByVal Se ode As Long，ByValSource As String，ByVal HelpFile As Strin