基于LINUXDE 嵌入式系统概述

工业控制发展
当前，在工业控制领域，网络控制技术快速发展。 当前，在工业控制领域，网络控制技术快速发展。网络控制要求 测控系统必须具备两方面的功能：一方面要在现场完成复杂的测控任务， 测控系统必须具备两方面的功能：一方面要在现场完成复杂的测控任务， 通常一些任务具有一定的实时性的要求； 通常一些任务具有一定的实时性的要求；另一方面要求测控系统能够与 某一类型的控制网相连，实现远程监控。 某一类型的控制网相连，实现远程监控。而在目前应用的大多数测控系 统中，嵌入式系统的硬件采用8/16位的单片机； 8/16位的单片机 统中，嵌入式系统的硬件采用8/16位的单片机；软件多采用汇编语言编 仅包含一个简单的循环处理的控制流程； 程，仅包含一个简单的循环处理的控制流程；单片机与单片机或上位机 之间通信通过RS232 RS485来组网 这些网络存在通信速度慢、 RS232、 来组网。 之间通信通过RS232、RS485来组网。这些网络存在通信速度慢、联网功 能差、开发困难的问题。而工业以太网已逐步完善， 能差、开发困难的问题。而工业以太网已逐步完善，在工业控制领域获 得越来越多的应用。工业以太网使用了TCP/IP协议，便于联网， TCP/IP协议 得越来越多的应用。工业以太网使用了TCP/IP协议，便于联网，并具有 高速控制网络的优点。现在，32位嵌入式CPU价格的下降 位嵌入式CPU价格的下降， 高速控制网络的优点。现在，32位嵌入式CPU价格的下降，性能指标的提 为嵌入式系统的广泛应用提供了可能性。基于上述情况， 高，为嵌入式系统的广泛应用提供了可能性。基于上述情况，我们将嵌 入式系统应用于测控系统，可大大提高测控系统的性能， 入式系统应用于测控系统，可大大提高测控系统的性能，嵌入式系统一 般应用嵌入式操作系统来开发。在嵌入式操作系统的选择上，由于Linux 般应用嵌入式操作系统来开发。在嵌入式操作系统的选择上，由于Linux 有完整开放的源代码，可针对具体应用修改和优化系统，内核稳定， 有完整开放的源代码，可针对具体应用修改和优化系统，内核稳定，适 用于多种CPU和多种硬件平台，支持网络等特点，因而选择Linux CPU和多种硬件平台 Linux作为嵌 用于多种CPU和多种硬件平台，支持网络等特点，因而选择Linux作为嵌 入式操作系统。 入式操作系统。
航天测控系统
对运行中的航天器（运载火箭、人造地球卫星、 对运行中的航天器（运载火箭、人造地球卫星、宇宙飞船和其他空 间飞行器）进行跟踪、测量和控制的大型电子系统。 间飞行器）进行跟踪、测量和控制的大型电子系统。 第二次世界大战以后不久, 发展概况 第二次世界大战以后不久,在火箭试验中就已采用某些光 学和电子测量系统，例如光学跟踪经纬仪和多普勒测速仪。 学和电子测量系统，例如光学跟踪经纬仪和多普勒测速仪。但是作为完 整的航天测控系统，则是在人造地球卫星出现之后才逐步形成的。 整的航天测控系统，则是在人造地球卫星出现之后才逐步形成的。最早 的较为完整的航天测控系统是美国航空航天局(NASA) 1961年发射 (NASA)于 年发射“ 的较为完整的航天测控系统是美国航空航天局(NASA)于1961年发射“水 号载人飞船时使用的全球跟踪网。这个系统在全球布有16个跟踪站， 16个跟踪站 星”号载人飞船时使用的全球跟踪网。这个系统在全球布有16个跟踪站， 其中14个站有雷达测量系统，15个站有遥测接收系统 14个站有雷达测量系统 个站有遥测接收系统， 其中14个站有雷达测量系统，15个站有遥测接收系统，6个站有遥控系 ,14个站有对飞船的通信系统 每个站均有自己的时间统一系统， 个站有对飞船的通信系统。 统,14个站有对飞船的通信系统。每个站均有自己的时间统一系统，全系 统的时间则经与天文时间发播台的时号相比对而统一起来。 统的时间则经与天文时间发播台的时号相比对而统一起来。测控中心设 在戈达德航天中心,配有2 IBM-7090计算机作为实时计算 计算机作为实时计算、 在戈达德航天中心,配有2台IBM-7090计算机作为实时计算、决策和控制 之用。全系统靠全球性的通信网来相互连接， 之用。全系统靠全球性的通信网来相互连接，但其中相当一部分线路是 租用的。随后， 阿波罗”号登月飞船、同步通信卫星、 租用的。随后，“阿波罗”号登月飞船、同步通信卫星、同步气象卫星 和航天飞机相继发射,测控系统更趋完善, 和航天飞机相继发射,测控系统更趋完善,特别是实时控制方面的功能和 自动化程度均有很大的提高。除了对近地卫星和飞船的测控系统外， 自动化程度均有很大的提高。除了对近地卫星和飞船的测控系统外，还 建立了对行星际探测的深空测控网。 建立了对行星际探测的深空测控网。 中国航天测控系统也是在航天事业的发展中逐步臻于完善的。 中国航天测控系统也是在航天事业的发展中逐步臻于完善的。在大 陆上已经建立了多个测控站和一个测控通信中心。为了扩展观测范围, 陆上已经建立了多个测控站和一个测控通信中心。为了扩展观测范围,还 建造了海上测量船,以便驶往远洋对航天器进行跟踪观测。 建造了海上测量船,以便驶往远洋对航天器进行跟踪观测。在整个测控系 统中使用了多台计算机，并有贯通各个测控站、 统中使用了多台计算机，并有贯通各个测控站、测量船和测控中心的通 信网络。 信网络。
网络技术在嵌入式系统中的作用 随着网络控制技术的快速发展， 随着网络控制技术的快速发展，工业以太网得 到逐步完善，在工业控制领域获得越来越广泛的应用。 到逐步完善，在工业控制领域获得越来越广泛的应用。 工业以太网使用了TCP/IP协议，便于联网， TCP/IP协议 工业以太网使用了TCP/IP协议，便于联网，并具有高 速控制网络的优点。随着32位嵌入式CPU价格的下降， 32位嵌入式CPU价格的下降 速控制网络的优点。随着32位嵌入式CPU价格的下降， 性能指标的提高，为嵌入式系统的广泛应用和Linux Linux在 性能指标的提高，为嵌入式系统的广泛应用和Linux在 嵌入式系统中的发展提供了广阔的空间。由于Linux Linux的 嵌入式系统中的发展提供了广阔的空间。由于Linux的 高度灵活性， 高度灵活性，可以容易地根据应用领域的特点对它进 行定制开发，以满足实际应用需要。 行定制开发，以满足实际应用需要。
系统组成
航天测控系统包括以下各种系统。 个系统， 航天测控系统包括以下各种系统。前 3个系统，由地面 的和装在航天器上的两部分电子设备组成。 的和装在航天器上的两部分电子设备组成。 跟踪测量系统：跟踪航天器，测定其弹道或轨道。 ① 跟踪测量系统：跟踪航天器，测定其弹道或轨道。 遥测系统： ② 遥测系统：测量和传送航天器内部的工程参数和用 敏感器测得的空间物理参数。 敏感器测得的空间物理参数。 遥控系统：通过无线电对航天器的姿态、 ③ 遥控系统：通过无线电对航天器的姿态、轨道和其 他状态进行控制。 他状态进行控制。 计算系统：用于弹道、 ④ 计算系统：用于弹道、轨道和姿态的确定和实时控 制中的计算。 制中的计算。 时间统一系统： ⑤ 时间统一系统：为整个测控系统提供标准时刻和时 标。 显示记录系统：显示航天器遥测、弹道、 ⑥ 显示记录系统：显示航天器遥测、弹道、轨道和其 他参数及其变化情况，必要时予以打印记录。 他参数及其变化情况，必要时予以打印记录。 通信、数据传输系统： ⑦ 通信、数据传输系统：作为各种电子设备和通信网 络的中间设备，沟通各个系统之间的信息，以实现指挥调度。 络的中间设备，沟通各个系统之间的信息，以实现指挥调度。
技术路线
嵌入式系统以嵌入式微处理器为核心， 嵌入式系统以嵌入式微处理器为核心，运行 嵌入式Linux 操作系统。应用程序可通过网络进 嵌入式Linux 操作系统。 行更新；通过键盘进行人机对话；数据可通过LCD 行更新；通过键盘进行人机对话；数据可通过LCD 现场显示；重要数据可以文件形式保存在Flash Flash存 现场显示；重要数据可以文件形式保存在Flash存 储器中； 储器中；数据和报警信息可通过串口向上位机传 也可通过以太网口向工业以太网或Inernet Inernet发 输，也可通过以太网口向工业以太网或Inernet发 布信息，用户通过显示界面查看设备状态，设置 布信息，用户通过显示界面查看设备状态， 设备参数，实现远程监控、远程维护。 设备参数，实现远程监控、远程维护。
嵌入式系统的广泛应用
无线 手机 PDA
机顶盒 家庭网关 互联网
汽车 游戏 视频
典型的嵌入式系统组成
应用 OS 驱动层 电源管理 文件系统/GUI/API 文件系统/GUI/API Linux、u/COS、 Linux、u/COS、Wince… BSP/driver/HAL 软件 硬件
Flash SDRAM SRAM
测控系统总体设计
设计目标 测控系统以基于Linux的嵌入式系统为核心， Linux的嵌入式系统为核心 测控系统以基于Linux的嵌入式系统为核心，设计目 标归纳起来主要有以下几点： 标归纳起来主要有以下几点： (1)测控任务在现场完成 测控系统采用分散的控制策略， 测控任务在现场完成。 (1)测控任务在现场完成。测控系统采用分散的控制策略， 系统正常运行时上位机只起到状态监控的作用。 系统正常运行时上位机只起到状态监控的作用。在工业现 场完成数据测量、数据处理、过程控制等多种任务， 场完成数据测量、数据处理、过程控制等多种任务，能确 保一些任务完成的实时性。 保一些任务完成的实时性。 (2)具有一ห้องสมุดไป่ตู้的自诊断 自校正的功能， 具有一定的自诊断、 (2)具有一定的自诊断、自校正的功能，将故障情况上传 给上位机，便于维护人员查错、排错。 给上位机，便于维护人员查错、排错。具有动态显示和数 据存储能力。 据存储能力。 (3)测控系统可连到工业以太网 测控系统可连到工业以太网， (3)测控系统可连到工业以太网，通过工业以太网实现远 程监控。 程监控。
测控系统实现 各种测控系统和智能仪器、仪表基本组成包括： 各种测控系统和智能仪器、仪表基本组成包括： 传感器、计算机系统、执行器。现在，传感器、 传感器、计算机系统、执行器。现在，传感器、执 行器的通用性越来越好， 行器的通用性越来越好，设计自动测控系统或智能 仪器仪表有标准的4 20mA或 10mA的标准信号输 仪器仪表有标准的4～20mA或0～10mA的标准信号输 出的传感器和接受标准驱动信号的执行器供选择， 出的传感器和接受标准驱动信号的执行器供选择， 因此，设计者只需设计计算机系统部分， 因此，设计者只需设计计算机系统部分，计算机系 统基本结构是一致的，仅涉及到具体芯片选择， 统基本结构是一致的，仅涉及到具体芯片选择，实 现途径大同小异，加之单片机技术的迅猛发展， 现途径大同小异，加之单片机技术的迅猛发展，其 集成度越来越高，功能越来越强，接口更容易， 集成度越来越高，功能越来越强，接口更容易，