Linux2.4.22 內(nèi)核基礎(chǔ)上的嵌入式閘門(mén)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 Linux2.4.22 內(nèi)核基礎(chǔ)上的嵌入式閘門(mén)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 引言 閘門(mén)系統(tǒng)是水資源調(diào)度中重要的組成部分，國(guó)內(nèi)目前多采用手動(dòng)和部分電動(dòng)的操作方式，真正實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的智能控制還少有報(bào)道。文中采用的是基于Linux 操作系統(tǒng)的嵌入式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水利工程閘門(mén)的集視頻監(jiān)控與水位、閘位、庫(kù)容、流量等參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控一體化的本地/ 遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控。 Linux 與嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)是一種以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等要求嚴(yán)格的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它面向特定應(yīng)用，有較高的可靠性和較長(zhǎng)的市場(chǎng)生命周期。由于嵌入式系統(tǒng)的功能越

2、來(lái)越復(fù)雜，硬件條件越來(lái)越好，選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)成為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。 目前嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法主要有兩種：一是依賴現(xiàn)有商業(yè)軟件提供的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和組件，如VxWorks ，uC/OS ，Windows CE ，QNX等等，其技術(shù)成熟，功能強(qiáng)大，提供大量可用函數(shù)調(diào)用接口，大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，但是價(jià)格不菲;二是基于自由軟件Linux 做開(kāi)發(fā)，根據(jù)自己系統(tǒng)的需求開(kāi)展定制，并且不必為獲得使用許可而支付額外的費(fèi)用，可大大降低開(kāi)發(fā)成本。 Linux 是一個(gè)以Unix 為根底的、多任務(wù)多進(jìn)程的嵌入式操作系統(tǒng)，支持廣泛的計(jì)算機(jī)硬件。開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)自己的需要對(duì)操作系統(tǒng)開(kāi)展自行修改和定制，它有大量的開(kāi)

3、放的應(yīng)用代碼可以使用，并且Linux 有可支持多達(dá)11 種操作平臺(tái)的C ，C + ，Object C 編譯器GCC ，功能強(qiáng)大，執(zhí)行效率高出一般編譯器20 %30 %。在基于Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)中，有許多改進(jìn)品種迎合了嵌入式/ 實(shí)時(shí)市場(chǎng)，包括RTLinux（實(shí)時(shí)Linux） 、cLinux（用于非MMU 內(nèi)存管理單元處理器的Linux） 、Montavista Linux（用于ARM、MIPS、PPC 的Linux 分發(fā)版） 、ARM2Linux（ARM 上的Linux） 等等。針對(duì)目前閘門(mén)智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)操作的實(shí)時(shí)性要求并不高的特點(diǎn)，我們?cè)诒敬螒?yīng)用中選用Linux2.4.22 內(nèi)核根底

4、上的Red Hat 9. 0 作為開(kāi)發(fā)環(huán)境。 Linux 定制 內(nèi)核配置 由于嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間有限，因而要將Linux 用于嵌入式系統(tǒng)就必須對(duì)其定制，即要對(duì)內(nèi)核中不必要的模塊諸如SCSI、Floppy 之類的外設(shè)支持模塊等開(kāi)展裁減。 （1） 去除設(shè)置環(huán)境make mrproper （2） 設(shè)置配置make config （3） 編譯內(nèi)核及模塊make dep ;make clean ;make bzImage ;make modules 編譯出的內(nèi)核文件為/ usr/ src/ linux/ arch/ i386/ boot/ bzImage及/ usr/ src/ linux/ Syst

5、em. map 制作系統(tǒng)電子盤(pán) 在標(biāo)準(zhǔn)Linux 環(huán)境下，將電子盤(pán)Mount 到/ RamDisk 上，在電子盤(pán)上制作引導(dǎo)和啟動(dòng)。 （1） 修改lilo. conf 文件，系統(tǒng)直接從電子盤(pán)啟動(dòng)。 （2） 創(chuàng)立一個(gè)內(nèi)核文件系統(tǒng)ext2 ：mke2f s - i 8192 - m 0/ dev/ ram 50 ，并在/ RamDisk 目錄下，建立運(yùn)行系統(tǒng)所必需的目錄文件：bin dev etc lib mnt proc sbin tmp usr var ，以及各個(gè)目錄下必要的文件，特別是應(yīng)用程序所需要的庫(kù)文件。 （3） 將內(nèi)核文件放入RamDisk ： # dd if = bzImage of

6、= / dev/ ram bs = 1k. 并加載根系統(tǒng)文件： # dd if = /tmp/ ram-image. gz of = / dev/ fd0 bs = 1k seek = 內(nèi)核數(shù)據(jù)塊數(shù)。其中ram-image. gzJ 是壓縮后的根系統(tǒng)文件，內(nèi)核數(shù)據(jù)塊數(shù)就是內(nèi)核的大小。 快速啟動(dòng)及開(kāi)機(jī)畫(huà)面 由于該系統(tǒng)是基于Rad Hat 910 根底之上開(kāi)發(fā)的，因此啟動(dòng)過(guò)程較長(zhǎng)，從系統(tǒng)加電直至系統(tǒng)控制臺(tái)顯示“l(fā)ogin ：”為止，需要三十多秒的時(shí)間。通過(guò)測(cè)試，內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)有大量的時(shí)間消耗在硬件初始化上。例如Linux 一共要探測(cè)20 個(gè)IDE 接口（包括主、從盤(pán)） ，通過(guò)修改Linux 源代碼中M

7、AX-HWIFS 的定義值，由10 改為1 ，以減少Linux探測(cè)IDE 接口的時(shí)間來(lái)縮短系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)間。真正加快啟動(dòng)時(shí)間，則是通過(guò)改寫(xiě)rc. sysinit ，rc 等啟動(dòng)腳本，讓系統(tǒng)只做必要的硬件模塊的初始化工作及服務(wù)來(lái)到達(dá)目的。 快速啟動(dòng)時(shí)只需顯示用戶定義的界面，可將256 色640X480 象素的1pcx 或1tif 格式的圖片數(shù)據(jù)替換Linuxlogo.h 中原有的數(shù)據(jù)，并對(duì)driver/ video/ fbcon. c 源代碼做少量修改，將宏定義LOGO- H 80 改為640 ，LOGO- W 80改為480 ，并修改相應(yīng)的函數(shù)。 非正常關(guān)機(jī) 在系統(tǒng)使用過(guò)程中，為了方便用戶使用，

8、應(yīng)該支持非正常關(guān)機(jī)，即在直接切斷電源的情況下防止可能引發(fā)的問(wèn)題。通常采用ext2 文件系統(tǒng)是非日志型文件系統(tǒng)，系統(tǒng)在重新啟動(dòng)時(shí)會(huì)消耗大量的時(shí)間來(lái)檢查文件系統(tǒng)，有時(shí)甚至產(chǎn)生致命錯(cuò)誤（fatal error） ，強(qiáng)迫用戶手工使用命令fsck 檢查文件系統(tǒng)。 而使用通用日志型文件ext3 系統(tǒng)，會(huì)通過(guò)日志記錄來(lái)保證數(shù)據(jù)恢復(fù)的可靠性，系統(tǒng)在重新啟動(dòng)時(shí)不會(huì)要求檢查文件系統(tǒng)，并且運(yùn)行速度和穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)良好。升級(jí)原有的ext2 文件系統(tǒng)到ext3 ： tune2fs - j / dev/hda6 ，并在/ etc/ fstab 文件中將該分區(qū)的文件系統(tǒng)類型從ext2 更改為ext3 。由于使用了ext3

9、 日志文件系統(tǒng)之后，不需要再經(jīng)常開(kāi)展文件系統(tǒng)的檢查（fsck） ，因此有必要使用tune2fs - i 0 - c 0 / dev/ hda6 命令關(guān)閉文件系統(tǒng)檢查，同時(shí)也到達(dá)了減少系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間的目的。 閘門(mén)智能監(jiān)控系統(tǒng)組成 系統(tǒng)構(gòu)造與功能 閘門(mén)智能監(jiān)控系統(tǒng)由中心控制室控制柜、現(xiàn)場(chǎng)閘門(mén)啟閉機(jī)、前端視頻監(jiān)控點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)水位、閘位監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及相關(guān)輔助設(shè)備構(gòu)成，系統(tǒng)構(gòu)造如圖1 所示。監(jiān)控系統(tǒng)以基于Linux 的嵌入式系統(tǒng)為，實(shí)現(xiàn)功能為： （1） 閘門(mén)的升、降、停等運(yùn)行的智能控制，以及報(bào)警、緊急泄洪智能控制; （2） 8 路數(shù)字MPEG24 壓縮流媒體視頻，通過(guò)視頻圖像對(duì)水情、閘門(mén)的狀態(tài)及運(yùn)行情況開(kāi)展遠(yuǎn)程監(jiān)

10、視; （3） 實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)測(cè)報(bào)水位流量和水量，為防洪和水量調(diào)度提供依據(jù); （4） 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，生成相應(yīng)過(guò)程線及報(bào)表。 硬件實(shí)現(xiàn) 中心控制室的控制柜要求有視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)曲線顯示功能，采用CRT 監(jiān)視器，配合無(wú)源底板，半長(zhǎng)CPU 板采用PCI6870 ，CPU 使用Intel 公司的PIII Celeron 1.2GHzMHz ，內(nèi)存為256MB ，以太網(wǎng)接口為10MHz 的RTL-8139A ，四路視頻采集卡為飛圖DVS4816AVC。CPU 板通過(guò)PC104 總線與采樣模塊和輸出模塊相連，電子盤(pán)采用64MFlashDisk。 軟件實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的軟件有兩部分，即嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序（構(gòu)造如圖2） ?；镜那度胧讲僮飨到y(tǒng)包括： （1） 引導(dǎo)程序bootloader （初始化處理器，初始化必需的設(shè)備，系統(tǒng)映像，初始化操作系統(tǒng)） ; （2） 嵌入式Linux 內(nèi)核（包括內(nèi)存管理、進(jìn)程管理，進(jìn)程間通信等，以及其他可配置的硬件驅(qū)動(dòng)，TCP/ IP 網(wǎng)絡(luò)堆棧） ; （3） 根文件系統(tǒng)。 總結(jié)與展望 嵌入式Linux 應(yīng)用于閘門(mén)智能監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于降低成本，提高可靠性、穩(wěn)定