基于ARM處理器和Linux操作系統(tǒng)的電磁流量計設(shè)計方案

　　基于系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)的啟動過程中有3 個主要軟件組件參與其中：引導(dǎo)加載程序、Linux 內(nèi)核和Init進(jìn)程。其啟動過程如下:

　　(1) 系統(tǒng)在上電或Reset 之后，A T91RM9200 開始執(zhí)行存放在NOR FLASH( 系統(tǒng)將0x10000000 映射到0x 00000000，即ARM 的復(fù)位向量) 中的引導(dǎo)加載程序。

　　(2) 引導(dǎo)加載程序初始化CPU 和內(nèi)存控制器，對系統(tǒng)外設(shè)做最小程度的初始化，如初始化LED 和串口等，檢測內(nèi)存并匯報啟動中的診斷信息，然后將Linux內(nèi)核映像解壓到SDRAM 中的某個位置并跳轉(zhuǎn)到這個地址，把控制權(quán)交給Linux 內(nèi)核。

　　(3) Linux 的內(nèi)核接管執(zhí)行權(quán)后完成一系列的系統(tǒng)初始化和設(shè)置，包括設(shè)置中斷向量，啟動內(nèi)存管理，初始化各個硬件設(shè)備，初始化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，最后建立根文件系統(tǒng)并生成系統(tǒng)進(jìn)程之父Init 進(jìn)程。

　　(4) Init 進(jìn)程負(fù)責(zé)啟動所有必要的服務(wù)和用戶應(yīng)用程序，并進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

　　在嵌入式Linux 系統(tǒng)中，必須有固態(tài)存儲設(shè)備來存儲可執(zhí)行的代碼，本系統(tǒng)中采用了FLASH 存儲器。

　　在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)的存儲設(shè)備空間分配結(jié)構(gòu)如表1所示。

　　表1 系統(tǒng)存儲空間分配結(jié)構(gòu)

　　電磁流量計的應(yīng)用軟件設(shè)計是根據(jù)系統(tǒng)需求，以嵌入式Linux 內(nèi)核為基礎(chǔ)，通過Linux 內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用接口函數(shù)并按照模塊化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)的最大特色在于提供了人性化的彩色液晶顯示操作界面和以太網(wǎng)功能，因此在應(yīng)用軟件中是基于MiniGU 1 進(jìn)行設(shè)計的,同時基于Modbus 協(xié)議實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)功能。

　　電磁流量計的應(yīng)用軟件整體構(gòu)架需要考慮多任務(wù)和實(shí)時性兩個方面問題。首先是A/ D 采樣和勵磁信號輸出必須要保證實(shí)時性和同步性，這一點(diǎn)可通過AT91RM9200 的兩個定時器來保證，其中一個定時器用于控制D/ A 輸出三值矩形方波，另一個定時器用于控制A/ D 采樣; 考慮到硬件電路的干擾，在應(yīng)用中首先啟動D/ A 定時器，然后延遲1/ 8 勵磁周期再啟動A/ D定時器。對于嵌入式Linux 下應(yīng)用軟件的多任務(wù)，可以采用多進(jìn)程或多線程的方式來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用軟件的主程序流程圖如圖4 所示。

　　圖4 應(yīng)用軟件的主程序流程圖

　　4 系統(tǒng)測試

　　由于采用了嵌入式系統(tǒng)的新技術(shù)，特別是引入了32 位高性能ARM 處理器和嵌入式Linux 操作系統(tǒng),系統(tǒng)除了具備電磁流量計的基本功能外，還具有更強(qiáng)大的功能如流量數(shù)據(jù)文件存儲、TFT 彩屏顯示以及以太網(wǎng)通訊等傳統(tǒng)儀表無法完成的功能。它可以顯示實(shí)時流量曲線和年、月、日、時、分、秒的實(shí)時時間; 采用FLASH 存儲器，測量和運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲保護(hù)安全可靠;使用Modbus 通訊協(xié)議和TCP/ IP 協(xié)議，提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化程度。

　　分別對系統(tǒng)的圖形用戶顯示操作界面、大容量的數(shù)據(jù)存儲以及基于Modbus/ TCP 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠诌M(jìn)行功能測試。對嵌入式電磁流量計進(jìn)行了系統(tǒng)測試和實(shí)驗。結(jié)果表明嵌入式電磁流量計不僅具有傳統(tǒng)電磁流量計的功能，而且具有流量曲線顯示的TFT 彩屏顯示操作界面、流量數(shù)據(jù)文件斷電存儲和管理以及基于Internet 的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制功能。

　　5 結(jié) 語

　　儀器儀表的發(fā)展建立在新型檢測系統(tǒng)軟硬件平臺性能提高基礎(chǔ)之上。在傳統(tǒng)檢領(lǐng)域應(yīng)用很廣的8 位單片機(jī)系統(tǒng)由于其性能和資源的局限性，只能完成儀器儀表的基本功能。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展及集成電路制造工藝的大幅提高，以高性能、低功耗、低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)的32 位ARM 處理器的出現(xiàn)及其在儀器儀表中的應(yīng)用，使得儀器儀表更具智能化、人性化和網(wǎng)絡(luò)化。流量檢測儀表的顯示方式、通訊方式和數(shù)據(jù)存儲是儀表的重要組成部分。傳統(tǒng)電磁流量計在顯示方式上一般采用LED 或段式LCD，只能顯示數(shù)字、字母、漢字和一些粗糙的圖案; 在數(shù)據(jù)存儲方面，信息存儲一般以二進(jìn)制方式存儲，不具有通用性且存儲容量小; 在通訊方式上，一般采用RS 232 或RS 485，其開放性不高。

　　為了解決了上述不足，本文采用32 位的ARM 處理器和嵌入式Linux 操作系統(tǒng)研制出了具有信息化、圖形化和網(wǎng)絡(luò)化的電磁流量計。它采用T FT 彩色液晶屏顯示方式，不僅可以顯示流量數(shù)據(jù)還可以顯示流量曲線，提高了顯示的質(zhì)量和內(nèi)容; 通過JFFS2 文件系統(tǒng)采用文件的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，且存儲容量可達(dá)1 MB。同時可以使用U 盤導(dǎo)出數(shù)據(jù)文件，增強(qiáng)了用戶的信息存儲和管理功能; 采用以T CP/ IP 協(xié)議為基礎(chǔ)的工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式，使得電磁流量計成為Internet 網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)基于Internet 的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制。