摘要：介紹了基于arm9硬件平臺和嵌入式linux系統(tǒng)的多功能綜合通信控制系統(tǒng)的框架設(shè)計及各模塊的功能。系統(tǒng)采用符合posix．1標準的c語言編寫，實現(xiàn)了對下位機傳送數(shù)據(jù)幀的采集、分析和存儲，并能根據(jù)上位機的配置指令和數(shù)據(jù)傳輸指令分別對串口波特率、數(shù)據(jù)時間及手機短信號碼等參數(shù)進行配置和存儲數(shù)據(jù)的傳輸。
關(guān)鍵詞arm9；linux；通信控制系統(tǒng)
伴隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)數(shù)據(jù)采集已由傳統(tǒng)的測控電路發(fā)展為由微型計算機、接口電路、外部通用設(shè)備和工業(yè)生產(chǎn)對象等組成的現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。但是以微型計算機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也逐漸暴露出許多缺陷：體積大，不易攜帶；擴展性差、成本高等。因此，以嵌入式系統(tǒng)為平臺的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備可靠性高、體積小、易擴展、開發(fā)周期短、成本低的特點使其的成為未來的通信控制發(fā)展趨勢。
1、系統(tǒng)工作原理及框架
存儲板通電后，程序自啟動首先用socket建立服務(wù)器等待pc端的配置信息，pc端按順序發(fā)送時間幀和幀，當其中任何一個不滿足幀格式或者校驗錯誤時，存儲板都會向pc端發(fā)送相應(yīng)的重傳指令，兩個配置幀都得到正確的解析后打開與下位機通信的串口ttys1，與gsm模塊通信的串口ttys2和與pc端通信的串口ttys3，然后設(shè)定內(nèi)核定時器，將超時消息的處理設(shè)置為發(fā)送數(shù)據(jù)短信的程序，這樣就實現(xiàn)了定時發(fā)送短信通知的功能，然后用異步i／o函數(shù)select監(jiān)聽所有的輸入輸出，某個端口若有消息就會跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的消息處理函數(shù)中，處理完后返回select函數(shù)繼續(xù)監(jiān)聽。
2、程序模塊說明
該系統(tǒng)主要由配置幀處理模塊，定時短信群發(fā)模塊3部分組成。
2．1配置幀處理模塊
配置幀處理模塊主要功能為接收并解析pc端的配置幀。首先程序用socket建立滿足tcp協(xié)議的服務(wù)器等待pc端發(fā)起的連接，若收到連接首先自定義握手協(xié)議。檢查正常后開始接收配置幀，程序根據(jù)接收配置幀的幀頭和幀尾來判斷為時間幀還是幀，若確定為時間幀，在做完和校驗檢查數(shù)據(jù)后，提取出數(shù)據(jù)時間和與pc通信的串口波特率放在相應(yīng)的全局變量，若校驗發(fā)生錯誤則向pc端發(fā)送time指令表明時間幀格式錯誤需要重發(fā)，若正確則向pc發(fā)送success指令表明時間幀接收成功。pc端接收到success指令后開始發(fā)送幀，若和校驗錯誤則向pc發(fā)送phone指令，若正確將轉(zhuǎn)入5byte的轉(zhuǎn)換成11位用ascii碼表示的，此后向pc端發(fā)送success指令表明幀接收成功。
2．2定時短信群發(fā)模塊
定時短信群發(fā)模塊的主要功能是將采集的數(shù)據(jù)解析后通過短信的模式通知用戶，其又分為：gsm初始化模塊和短信群發(fā)模塊。程序通過串口將at指令發(fā)送給gsm模塊達到對其控制的目的。
2．2．1gsm初始化模塊
此模塊的主要功能為初始化gsm模塊的短信功能并群發(fā)信息給用戶通知其gsm模塊正常工作。根據(jù)mg323的操作手冊在正常發(fā)送信息前依次執(zhí)行以下步驟：（1）發(fā)送“at”確認arm與gsm模塊連接的串口正常。（2）發(fā)送“ate0”關(guān)閉回顯，這樣在調(diào)試程序時輸入的命令不會在由gsm模塊返回而打印在屏幕上。（3）發(fā)送“at+cpin”確認sim卡鑒權(quán)成功。（4）發(fā)送“at+cnmi=1，1，2”設(shè)置短信通知方式。（5）發(fā)送“at+cmgf’=0”，設(shè)置短信格式為pdu。（6）發(fā)送“at+csca=+86”，設(shè)置短信息中心號碼。（7）發(fā)送“”at+cscs=＼“ucs2＼”，設(shè)置字符編碼為usc2。
在gsm對每條命令都回復(fù)ok表明設(shè)定成功后就表明gsm模塊可以按照設(shè)定的功能工作，短信采用pdu格式的編碼，一般的pdu編碼由a～m13項組成：a：短信息中心地址長度，2位16進制數(shù)（1byte）；b：短信息中心號碼類型，2位16進制數(shù)；c：短信息中心號碼，b+c的長度將由a中的數(shù)據(jù)決定；d：文件頭字節(jié)，2位16進制數(shù)；e：信息類型，2位16進制數(shù)；f：被叫號碼長度，2位16進制數(shù)；g：被叫號碼類型，2位16進制數(shù)，取值同b；h：被叫號碼，長度由f中的數(shù)據(jù)決定；i：協(xié)議標識，2位16進制數(shù)；j：數(shù)據(jù)編碼方案，2位16進制數(shù)；k：有效期，2位16進制數(shù)；l：用戶數(shù)據(jù)長度，2位16進制數(shù)；m：用戶數(shù)據(jù)，其長度由l中的數(shù)據(jù)決定。
分別按照要求填充a～k字段，用戶數(shù)據(jù)為“gsm模塊初始化成功”，通過漢字unicode轉(zhuǎn)換工具查找每個字符對應(yīng)的usc2編碼值填充到m字段，然后以byte為單位計算器長度填充到l字段，至此將pdu格式編碼的at指令發(fā)送給gsm模塊便能實現(xiàn)短信通知用戶初始化成功的功能。
2．2．2短消息群發(fā)模塊
由于gsm初始化模塊已將其配置好，所以短信群發(fā)模塊的主要功能就是提取當前主數(shù)據(jù)文件中存儲的一幀數(shù)據(jù)，和校驗正確后將其解析成數(shù)據(jù)并填充成pdu格式的短信群發(fā)給用戶。這里主要的難點在于將二進制表示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成usc2編碼的字符，因為文件中的數(shù)據(jù)以byte存儲，每個數(shù)據(jù)占2byte，所以首先將2byte型合并成一個短整型來表示一個完整數(shù)據(jù)，通過轉(zhuǎn)換將二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成usc2編碼的數(shù)據(jù)，其中頁面高度系數(shù)共占6位，小數(shù)點占1位，小數(shù)占1位，溫度系數(shù)共占6位，小數(shù)點占1位，小數(shù)部分占1位，以上兩個系數(shù)的整數(shù)部分不滿6位都在左側(cè)補0。
為zui終在短信上收到的數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)如0123．1m這樣格式的數(shù)據(jù)，要將其左側(cè)的“0”去除，同時也要注意不要將0．01℃前面的“0”去除，這樣處理后便會使手機短信上的數(shù)據(jù)達到良好的效果。
2．3i／o控制模塊
i／o控制模塊的主要功能是接收和存儲下位機數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)同時響應(yīng)pc端的指令，通過網(wǎng)口和串口發(fā)送數(shù)據(jù)。
由于在linux中對如串口和網(wǎng)絡(luò)這些i／o操作的系統(tǒng)函數(shù)均為阻塞函數(shù)，若隨意使用將導(dǎo)致程序阻塞在某個i／o中，用多線程實現(xiàn)雖然可以解決阻塞問題，但同時帶來的代碼復(fù)雜度和多線程的同步處理問題會加大代碼設(shè)計難度。系統(tǒng)采用單進程設(shè)計，采用異步監(jiān)聽函數(shù)select此函數(shù)可以對所有輸入和輸出端口的監(jiān)聽，若對應(yīng)端口有消息便跳入消息處理函數(shù)中，處理完后繼續(xù)監(jiān)聽，達到了單進程處理阻塞函數(shù)的目的。
i／o控制模塊的主體是select函數(shù)，按輸入輸出分為下位機串口接收模塊，上位機網(wǎng)口發(fā)送模塊和上位機串口發(fā)送模塊。
2．3．1下位機串口接收模塊
串口從下位機接收的數(shù)據(jù)首先經(jīng)過和校驗，校驗正確后首先存儲在緩沖數(shù)據(jù)文件中并對其計數(shù)，達到緩沖數(shù)據(jù)文件的上限后，將緩沖文件的數(shù)據(jù)向主數(shù)據(jù)文件拷貝，主數(shù)據(jù)文件以追加寫的方式打開，緩沖數(shù)據(jù)文件在拷貝后清空，采用主數(shù)據(jù)和緩沖數(shù)據(jù)交替拷貝的方法能提高存儲效率并防止意外斷電造成的數(shù)據(jù)損失。主數(shù)據(jù)文件設(shè)置存儲軟上限，待主數(shù)據(jù)文件存儲滿后采用fifo方案，從緩沖文件新接收的數(shù)據(jù)卸載主數(shù)據(jù)文件尾并將文件前移，把起始數(shù)據(jù)“擠出”，以確保數(shù)據(jù)文件的時間順序且不超出存儲軟上限。
2．3．2上位機網(wǎng)口發(fā)送模塊
上位機的網(wǎng)口發(fā)送模塊主要為服務(wù)器端，在和pc建立連接前先進行軟件協(xié)定的握手，這樣確保了應(yīng)用層的連接正常。服務(wù)器對于pc端發(fā)送的連接請求采用“一次連接，多次處理，一次釋放”的原則，用單進程便能完好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的通信，在收到pc端“transmit”指令后便從主數(shù)據(jù)文件開始以2048byte的偏移量將數(shù)據(jù)發(fā)送給pc端，等到數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后，向pc端發(fā)送“over”指令表明數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。
2．3．3上位機串口發(fā)送模塊
上位機的串口發(fā)送模塊和網(wǎng)口發(fā)送數(shù)據(jù)模塊類似，只是將建立服務(wù)器用socket發(fā)送換成普通的串口讀寫，同樣發(fā)送完數(shù)據(jù)后要發(fā)送“over”指令表明數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。
3、結(jié)束語
在嵌入式linux系統(tǒng)上實現(xiàn)了綜合通信控制系統(tǒng)，他完成了對下位機數(shù)據(jù)采集以及對上位機的指令響應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鳎瑫r利用gsm無線通信模塊實現(xiàn)了定時短消息群發(fā)的功能。此系統(tǒng)功能強大，性能穩(wěn)定接口簡單，是一種高準確性、高實時性、小型化、智能化的新型發(fā)展平臺。考慮到工業(yè)控制系統(tǒng)對系統(tǒng)可靠性、靈活性及成本和經(jīng)濟效益的要求，將嵌入式系統(tǒng)用于通信控制和數(shù)據(jù)采集具有廣闊的應(yīng)用前景。