基於ARM高速數據采集遠程監控係統的應用

薛豔等 

摘要：簡要介紹了TCP／IP協議，給出了基於北京ARM開發板嵌入式高速數據采集裝置的遠程監控係統的實現方案。係統以下位機作為客戶端，在A~f91RM9200和嵌入式Linux搭建的軟硬件平台上運行；將上位機作為服務器端，用VB6．0開發監控平台軟件

；兩者通過TCP／IP實現了采集數據和控製命令的傳輸以及服務器監控模式。

O 引言

    隨著信息化的不斷發展，在工業自動化、電力設備、通信管理
、智能終端、智能小區等領域，對數據采集的實時性、kekaoxingdeyaoqiuyebuduanditigao。yiwangchuantongdedanpianjijiacaijikadeshujucaijizhuangzhiyijingbunengmanzurenmenshiyongdeyaoqiu。suizhecaijikadecaijipinlvbuduanditisheng，qisuoshupingtaidegongzuopinlvyeyinggenshangshidaidebufa。tongshi，zaimouxieqingkuangxia

，zhuangzhidecaokongrenyuanbukenengdaogongzuoxianchangquzhixing，suoyiyoubiyaoduicaijizhuangzhijinxingyuanchengjianchahekongzhi。zaigezhongshebeidetongxinfangshizhong，youyuyitaiwangjuyousudukuai、通用性好
、擴展性強等優點，已13漸成為設備之間進行通信的主要方式。本文提出了基於ARM的(de)高(gao)速(su)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)裝(zhuang)置(zhi)遠(yuan)程(cheng)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)，在(zai)實(shi)現(xian)對(dui)數(shu)據(ju)的(de)高(gao)速(su)采(cai)集(ji)的(de)同(tong)時(shi)，能(neng)保(bao)證(zheng)數(shu)據(ju)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)實(shi)時(shi)性(xing)
，並(bing)對(dui)各(ge)幀(zhen)數(shu)據(ju)嵌(qian)入(ru)時(shi)間(jian)標(biao)誌(zhi)為(wei)後(hou)續(xu)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)做(zuo)好(hao)準(zhun)備(bei)，最(zui)後(hou)能(neng)將(jiang)數(shu)據(ju)及(ji)時(shi)準(zhun)確(que)地(di)存(cun)儲(chu)到(dao)移(yi)動(dong)存(cun)儲(chu)設(she)備(bei)和(he)服(fu)務(wu)器(qi)上(shang)。該(gai)裝(zhuang)置(zhi)包(bao)括(kuo)現(xian)場(chang)監(jian)控(kong)模(mo)式(shi)和(he)服(fu)務(wu)器(qi)監(jian)控(kong)模(mo)式(shi)。

1 係統簡介

    本裝置由硬件和軟件兩部分組成
，如圖1所示。係統硬件由高速數據采集平台和采集模塊構成。采集模塊根據設計要求，采用DMM一32一AT采集板。采集平台采用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，當工作頻率為180 MHz時性能高達200 MIPS。帶有10／100 MB Base―T型以太網卡接口，USB 2．0全速(12 Mbps)主機／設備接口。內含內存管理單元MMU，含有調試通道的內部仿真器，便於開發調試。由於AT91RM9200具有功能全
、功耗低和工業級等優點，可以使係統能運用到各種環境中。

     係統的下位機軟件選擇嵌入式Linux操作係統。嵌入式Linux是將日益流行的Linux操cao作zuo係xi統tong進jin行xing裁cai剪jian修xiu改gai
，使shi之zhi能neng在zai嵌qian入ru式shi計ji算suan機ji係xi統tong運yun行xing的de一yi種zhong操cao作zuo係xi統tong，它ta既ji有you無wu限xian的de開kai放fang源yuan代dai碼ma資zi源yuan，又you有you嵌qian人ren式shi操cao作zuo係xi統tong的de特te性xing。通tong過guo對dui內nei核he的de重zhong新xin配pei置zhi、編譯
，即可將其移植到Aqgl RM9200中
；再建立BootLoader和文件係統，形成基於ARM的嵌入式Linux操作係統，最後在此平台上開發運用程序
，實現裝置的各個功能。

 2 TCP／IP協議

    在因特網上，TCP／IP協議每時每刻保證了數據的準確傳輸。參考開放係統互連(OSI)模型，TCP／IP通常采用一種簡化的四層模型
，分別為：

① 應用層。網絡應用層要有一個定義清晰的會話過程，如通常所說的Http、Ftp
、Telnet等。在本係統中
，下位機係統傳遞來自Ethernet和數據終端的數據
，應用層隻對大的數據報進行打包拆包處理。

② 傳輸層。傳輸層讓網絡程序通過明確定義的通道及某些特性獲取數據，如定義網絡連接的端口號等
，實現該層協議的傳輸控製協議TCP和用戶數據協議UDP。TCP服務提供了數據流傳輸、可靠性、有效流控製、全雙工操作和多路複用技術等，在本係統中使用TCP數據報協議。

③ 網絡層。網絡層讓信息可以發送到相鄰的TCP／IP網絡上的任一主機上，IP協議就是該層傳送數據的機製。同時建立網絡間的互連
，提供ARP地址解析協議，從而實現從IP地址到數據鏈路物理地址的映像。

④ 鏈路層。由控製同一物理網絡上的不同機器間數據傳送的底層協議組成，實現這一層的協議並屬於TCP／IP協議組。在本係統中這部分功能由ARM控製網卡芯片DM9161E實現。

     在本係統中，利用TCP／IP協議中的TCP(傳輸控製協議)、IP(網絡報文協議)、ARP(地址解析協議)及簡單的應用層協議成功地實現了ARM裝置和服務端的網絡互聯。既提高了數據傳輸的速度
，又保證了數據傳輸的正確性，同時也擴展了數據傳輸的有效半徑。

3 下位機的通信實現

    下位機作為客戶端，它和服務器的TCP／IP通信是通過對套接字編程實現的。套接字是網絡通信的基本操作單元，最早是作為BSD規範提出來的，現已成為Linux操作係統下TCP／IP網絡編程標準。套接字提供了不同主機間進程雙向通信的端點，這些進程在通信前各自建立一個Socket
，並通過對Socket的 寫操作實現網絡通信功能。下文將討論的Winsock也是一個用於Windows係列操作係統的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型
，其傳輸特點為：麵向鏈接、無差錯
、發送先後順序一致、包長度不限和非重複的網絡信息包。TCP／IP協議簇中的TCP協議使用此類接口。下位機與服務器通信實現如圖2所示。

① Socket()函數：用於創建一個套接字描述符。

#include

#include

Socket

― ID=socket(AF_INET，SOCK_STREAM，0)；

ff PF―INET OR AF―INET Intemet IP Protocal SOCK―STREAM選擇流式套接字

② Connect()函數：用於與遠端服務器建立一個TCP連接請求。

Status=connect(Socket―ID，(struc sockaddr})&Server―Addr，sizeof(struct sockaddr))

；

∥ 一定要指定服務器的IP地址和端口號，可帶參數運行程序時指定，也有默認的lP和端口號

if(status!= 一1)∥ 一1：連接過程出錯

{．⋯ ．．}

③ Write()函數：從套接字緩衝區寫數據。

int Net― Send― SysConfig(int Conn―ID，char Cmdname)

∥向服務器反饋工作狀態即執行服務器下達的命令情況

∥Conn―ID為已經建立的套接字描述符

{

status=write(Conn―ID，sendbuff，len)
；

∥向服務器發送信息

}

④ Read()函數：從套接字緩衝區讀取數據

int Receive_ Command(int Conn―ID)

{⋯

return len=read(Conn―ID，NetBuf
，REC―BUFF_SIZE)
；

∥成功返回實際收到的字節總數
，出錯返回一1

}

⑤ Close()函數：用於關閉一個套接字描述符。

close(Socket―ID)； ／／關閉連接下位機的開發都是在Linux環境下用交叉編譯器ARM．Linux―gcc編譯通過。

4 上位機的通信實現

    服務器監控軟件是用Visual Basic 6．0來編寫的。在Visual Basic(以下簡稱VB)中
，進行網絡通信開發是非常方便的。VB除了提供豐富的控件外，還提供了各種API來進行更為高級的運用程序的開發。本裝置通過Winsock控件進行網絡開發。Winsock控件對用戶是不可見的
，它提供了訪問TCP和UDP網絡服務的方便途徑。在編寫客戶或服務器運用程序時
，不必了解TCP的細節或低級的Win―sock API。通過設置控件的屬性並調用其方法就可連接到一個遠程客戶／服務器端，並且雙向交換數據。

在本係統中作為服務器的運用軟件，在Winsock控件的屬性設置上要注意：

① Protocol屬性。返回或設置Winsock控件所使用的協議(TCP或UDP)。

UDPFrmMain．Winsock― Server．Protocol：sckTCPProtocol

∥選擇TCP協議，提高數據傳輸的可靠性

② LocalPort屬性。返回或設置所用到的本地端口。對客戶來說，該屬性指定發送數據的本地端口
；對於服務器來說
，是指定偵聽的本地端口。

FrmMain．W insock― Server．LocalPort=LocalPort― ID∥服務器端口號，最好大於1 000

③ State屬性。返回控件的狀態，設計時隻讀。用在判斷監控網絡狀態，根據狀態改變各個按鍵指示

燈的狀態
，提高操作安全性。其設置如下：

Connected― State=FrmMain．W insock― Server．State

Select Case Connected― State

Case 0 StatusBar1．Panels(3)．Text= “關閉”

Case 1 StalusBar1．Panels(3)．Text=“打開”

Case 2 StatusBar1．Panels(3)．Text=“偵聽”

4．1 Winsock控件方法

Winsock控件方法主要有以下幾種：

① Listen方法。在運用程序初始化時創建套接

字並將其設置為偵聽狀態，等待客戶機的連接請求。

Private Sub Form_ Load()

FrmMain．Winsock― Server．Listen

End Sub

② Accept方法。當有新連接時就會出現ConnectionRequest

事件，處理該事件時

，運用程序應該用Accept方法接收連接。

∥當遠程客戶機(AT91RM9200)發出請求連接時發生

Private Sub Winsock

―

Server

― Connecti0nRequest( ByVal

requestID As Long)

If W insock

― Server．State < > sckClosed Then W insock―

Server．Close保證Winsock控件不是處於Close狀態

W insock― ―

Server．Accept requestlD

∥服務器接收客戶機(A'I-91 RM9200)的請求

End Sub

③ SendData方法。服務器給客戶機發送控製命

令，如開始執行、停止、數據的轉存等，實現對客戶機的

遠程控製。

本函數按TCP模式按二進製方式發送數據包給

客戶機
，函數成功返回true，出錯返回false。

Public Function Send― Data―

To― kehu(Winsock―Server As

Winsock，Data―

Buff()As Byte)As Boolean

On Error GoTo Er

_

Part

Send― Data― To―

kehu ： False

If Connect Then ／／Connect是一個定義的全局變量
，

保證在Winsock控件在連接狀態

W insock― ． Server．Se ndData Data_ Buf

End If

Send― Data― To― kehu=True

Exit Function

Err_ Pa~：

Send― Data― To― kehu = False

MsgBox“發送數據出錯!錯誤代碼=”+CStr(Er)+

“ ：”+Error，vbExclamation，“錯誤提示”

Exit Function

End Function

4．2 Winsoek控件事件

Winsock控件事件分為以下2種。

① DataArrival事件：gaishijianshitongxindehexinbufen。danggeikehuduanfasongwanminglinghou，jieshoukehuduanfanhuideminglingzhixingqingkuang，shixianduikehujiyunxingzhuangtaidejiancha。ruguoshishujuzhuancunminglingshi，haiyaowanchengjieshoukehujishangchuandecaijishujuheduishujudefuwuqicunchu，jinyibutigaoxitongdekekaoxing
，qiliuchengrutu3所示。接收到FTP頭數據包後， P傳輸數據的格式定義如圖4所示。

② Error事件：隻要後台處理中出現錯誤(例如連接失敗、收發數據失敗)事件都會出現
，方便我們對程序的監控和調試。

在後台處理中出現錯誤時發生：

Private Sub W insock― Server_

Eror(ByVal Number As Inte．

ger，Description As String
，ByVal Se ode As Long，ByValSource As String
，ByVal HelpFile As String，ByVal Help―Context As Long，CancelDisplay As Boolean

MsgBox“網絡運行出錯!代碼=”+CStr(Err)+“：”

+Error，vbCritical
，“錯誤信息”

Exit Sub

End Sub

5 結束語

    基於ARM的高速數據采集zhuangzhideyuanchengjiankongdesheji，congyingjianheruanjianliangfangmiankanshikexingde，shijizhibantiaoshijieguohenhaodiwanchengleyuanchengtongxinrenwu。duigongyexianchangdeyuanchengjiankongtigonglexindejiejuefangan。suizheyitaiwangderiyipuji
，gaifanganyouzhehenqiangdeshijianyiyi。