遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式Linux

作者：時(shí)間：2004-12-14 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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工業(yè)嵌入式系統(tǒng)（INES：Industrial Embedded Systems）是由歐盟（EU：European Union）設(shè)立的用來(lái)促進(jìn)使用開放源碼軟件的項(xiàng)目。INES自建立以來(lái)，已經(jīng)有大量使用嵌入式Linux的應(yīng)用和報(bào)告出現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中。這些應(yīng)用和報(bào)告使我們看到了使用嵌入式Linux實(shí)現(xiàn)工業(yè)項(xiàng)目的希望。同時(shí)，也使我們看到了嵌入式Linux在一些意想不到地方的使用。

下面是三個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例。

智能化的監(jiān)視和控制遠(yuǎn)程點(diǎn)―BIRD2

網(wǎng)絡(luò)通信功能已經(jīng)成為嵌入式設(shè)備的發(fā)展必然。由于因特網(wǎng)的普及和飛速發(fā)展，使用基于TCP/IP的通信機(jī)制顯得更具實(shí)用性。

BIRD2用戶試驗(yàn)的目標(biāo)是：使用基于嵌入式TCP/IP通信機(jī)制、在GSM（目前最大的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)）基站將開放源碼操作系統(tǒng)用做遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可行性。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以通過TCP/IP兼容的傳輸通道，用各種通信方式如PSTN、ISDN、Ethernet或者通過GSM移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)等多種途徑進(jìn)行傳輸。

BIRD2采用ULTRA進(jìn)行研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn),其目標(biāo)是開發(fā)出用于電子、通信以及石油工業(yè)的高技術(shù)解決方案，旨在成為使用邊緣技術(shù)的端到端的供應(yīng)鏈管理以及其他移動(dòng)解決方案，從而為其顧客和合作伙伴提供最高性能的遠(yuǎn)程監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制產(chǎn)品。

ULTRA工業(yè)部分為監(jiān)視機(jī)控制系統(tǒng)，引入技術(shù)是Modular Linux Data Acquision System。

經(jīng)濟(jì)效益
BIRD2項(xiàng)目約18個(gè)月償還期，使用新技術(shù)節(jié)約了70%的成本，顧客購(gòu)買價(jià)格降低了30%，每3年銷售成倍增長(zhǎng)。

產(chǎn)品的新特性
產(chǎn)品新特性或新功能有：使用TCP/IP作為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、通過撥號(hào)連接或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、提供商進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問、用使用Linux操作系統(tǒng)的嵌入式計(jì)算機(jī)代替桌面計(jì)算機(jī)和具有遠(yuǎn)程診斷及升級(jí)的能力。

技術(shù)上的選擇
經(jīng)過幾年的成長(zhǎng)，Linux逐漸發(fā)展并得到廣泛認(rèn)可。對(duì)嵌入式PC的應(yīng)用，目前Linux具有諸多優(yōu)勢(shì)：
◆ 具有正常運(yùn)行于較小內(nèi)存的能力；
◆ 一個(gè)多任務(wù)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必須包括對(duì)授權(quán)的保護(hù)和控制方法；
◆ Linux是Free的；
◆ 許多主要的公司，都有廣泛Linux工具支持（部分免費(fèi)），包括C、C++編譯器以及Java環(huán)境。通過在ULTRA技術(shù)上采用Internet網(wǎng)絡(luò)通訊以及開放源碼操作系統(tǒng)，BIRD2將有很大的改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)
由于系統(tǒng)必須將分部在全國(guó)各地的基站加以連接，惟一切實(shí)可行的連接選擇是使用TCP/IP。TCP/IP允許將存在的各種不同的操作系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)透明連接，同時(shí)還允許遠(yuǎn)程診斷和目標(biāo)SW的升級(jí)。對(duì)Internet相關(guān)的SW的廣泛使用使得選擇這種解決方案成為必然。

網(wǎng)絡(luò)化的稱重系統(tǒng)

Bilatron是一個(gè)建立于1984年的有著13個(gè)員工的公司，位于意大利中心。此公司的主要業(yè)務(wù)是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售工業(yè)應(yīng)用的稱重系統(tǒng)。

在Bilatron公司的定制工業(yè)稱重系統(tǒng)中，使用了uClinux以及一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)功能的控制器，以便為顧客提供新的售后服務(wù)，這些技術(shù)的使用也減少了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)時(shí)間。

Bilatron公司的產(chǎn)品包括：用于火車車廂、客車、坦克的稱重系統(tǒng)；為殘疾人提供的個(gè)人用品、醫(yī)療以及運(yùn)動(dòng)器械；為動(dòng)態(tài)稱重提供的特殊稱重設(shè)備。

由于新的基于uClinux的具有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的控制器的使用，Bilatron公司為用戶提供了新的售后服務(wù)。該控制器還使得定制具有廣泛復(fù)雜度的工業(yè)稱重系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)時(shí)間有所減少。

Bilatron還參與安裝和維護(hù)稱重系統(tǒng)產(chǎn)品、校準(zhǔn)并為其產(chǎn)品頒發(fā)合格證。

Bilatron公司的專用稱重設(shè)備（動(dòng)力的、批量的、快速運(yùn)行的稱重儀、重量校準(zhǔn)儀、crane-scales）占公司產(chǎn)量的60%；標(biāo)準(zhǔn)稱重系統(tǒng)（稱車輛及其載重、平臺(tái)、油箱、青貯塔用的臺(tái)稱）占公司產(chǎn)量的35%；個(gè)人用品（殘疾人、醫(yī)療及運(yùn)動(dòng)器械）占公司產(chǎn)量的5%。

經(jīng)濟(jì)效益
在過去的三年里，Bilatron公司的售后服務(wù)的經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)增長(zhǎng)。計(jì)劃新設(shè)備WISE將進(jìn)一步提高公司的銷售額。這是因?yàn)樵O(shè)備在刻度校準(zhǔn)監(jiān)控上具有的遠(yuǎn)程控制能力。

三年內(nèi)的期望投資回報(bào)率為204%，能夠提供遠(yuǎn)程的售后刻度校準(zhǔn)服務(wù)減少定制稱重系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)時(shí)間，新設(shè)計(jì)面世時(shí)間加快。

產(chǎn)品的新特性

增強(qiáng)的控制器的主要新特性如下：
◆ 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口。
◆ 使用嵌入式動(dòng)態(tài)Web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程配置和監(jiān)控。
◆ 縮短了定制工業(yè)稱重系統(tǒng)的安裝時(shí)間。
◆ 遠(yuǎn)程的售后刻度校準(zhǔn)服務(wù)。
◆ 使用能夠快速載入、評(píng)估的簡(jiǎn)單的類C語(yǔ)言的腳本引擎處理產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)，不需要在整個(gè)工作鏈上工作、不需要涉及運(yùn)行于系統(tǒng)上的主要應(yīng)用就可以更改決定重量的啟發(fā)式算法。
◆ 圖形化的液晶顯示管理。

技術(shù)上的選擇

他們選擇使用TCP/IP通信機(jī)制原因是：
◆ 他們可從其意大利基地將其業(yè)務(wù)拓展到世界范圍內(nèi)，并提供維護(hù)服務(wù)。
◆ 為顧客提供廣泛的售后服務(wù)。其中最重要的是遠(yuǎn)程監(jiān)控稱重系統(tǒng)的刻度校準(zhǔn)情況的能力。
◆ 使用標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議，使其稱重設(shè)備能夠與工業(yè)控制系統(tǒng)集成。
◆ 使公司能夠在較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)和遞送定制的分布式稱重系統(tǒng)。
◆ 選擇采用嵌入式開放源碼的操作系統(tǒng)（源自Linux）是因?yàn)榭稍诙虝r(shí)期內(nèi)集成TCP/IP通訊機(jī)制（Linux的網(wǎng)絡(luò)連接功能是自帶的）；可減少產(chǎn)品的面世時(shí)間及風(fēng)險(xiǎn)；可減少組件成本。這是由于Linux在沒有MML的低成本控制器免費(fèi)的可用性和集成性較少在組件中集成新設(shè)備的設(shè)計(jì)開銷和較少新的SW應(yīng)用開發(fā)的設(shè)計(jì)開銷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)
在Consorzio Roma Ricerche的技術(shù)支持下，該增強(qiáng)設(shè)備的開發(fā)僅僅用了10個(gè)月時(shí)間。

該增強(qiáng)設(shè)備負(fù)責(zé)處理并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為重量值。改進(jìn)的控制器（基于一個(gè)ARM7 Netsilicon NET+50 處理器及uC Linux操作系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了一個(gè)腳本引擎用于處理產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)。組件還包括下面的外圍部分：一個(gè)圖形化的液晶顯示屏；一套用于與用戶交互的按鈕；用于測(cè)試瞬時(shí)重量的高效的A/D轉(zhuǎn)換器；用于估計(jì)測(cè)量物速度的計(jì)數(shù)器；一個(gè)提供最終測(cè)量的類似版本的D/A。設(shè)計(jì)時(shí)使用的開放源碼SW為操作系統(tǒng)uClinux 2.4.1；本地腳本編輯器是LUA；HTTP服務(wù)器為THTTPD。

圖1 Bilatron公司設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化的稱重系統(tǒng)

圖2 增強(qiáng)的控制器的重要組件

自動(dòng)生物監(jiān)測(cè)和控制使用OSS

自動(dòng)生物監(jiān)測(cè)和控制（Automatic Biological Monitoring and Control）為OSS（Open Source Software）的使用開發(fā)了新的市場(chǎng)。

Biotrace有限公司在其新一代的CFL（Continuous Flow Luminometer）上應(yīng)用開放源碼軟件（OSS），從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷卻水塔的生物活動(dòng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制。目前，如果生物活動(dòng)過高，技術(shù)人員必須親臨每一個(gè)水塔，然后取樣、檢測(cè)，然后向水中引入biocide。改進(jìn)的、使用遠(yuǎn)程監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制的系統(tǒng)減少了操作成本。

Biotrace有限公司目前正致力于開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)用于食品制備、保健產(chǎn)品、工業(yè)及軍用市場(chǎng)的衛(wèi)生監(jiān)控系統(tǒng)的化學(xué)產(chǎn)品和設(shè)備。公司的產(chǎn)品包括化學(xué)產(chǎn)品及其相關(guān)包裝用品、取液體化驗(yàn)的試紙及其相關(guān)的一次性用具、用于檢測(cè)發(fā)生化學(xué)或微生物反應(yīng)的熒光或顏色變化的測(cè)量?jī)x器。

經(jīng)濟(jì)效益
Biotrace有限公司在其“不間斷流監(jiān)控系統(tǒng)”中引進(jìn)了基于嵌入式Internet技術(shù)的OSS，為可能的用戶減少了水塔監(jiān)控的操作成本。該項(xiàng)系統(tǒng)就為公司開發(fā)了超過45000個(gè)水塔的市場(chǎng)，為銷售額的增長(zhǎng)打下了基礎(chǔ)。

使用OSS，大約用了預(yù)計(jì)開發(fā)時(shí)間的80%完成原型開發(fā)。這使得Biotrace公司的項(xiàng)目開發(fā)成本得以降低。操作系統(tǒng)代碼的重用、操作系統(tǒng)社區(qū)提供的代碼行支持、高質(zhì)量的軟件代碼也使得其開發(fā)成本得以降低。

產(chǎn)品新特性：
◆ 基于OSS的嵌入式Internet技術(shù)的引進(jìn)。
◆ 實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣本測(cè)試結(jié)果的遠(yuǎn)程訪問。
◆ 實(shí)現(xiàn)了取樣的遠(yuǎn)程控制。
◆ 增強(qiáng)了取樣及凈化過程的控制。
◆ 較少了消耗。

Biotrace公司的工程師將有規(guī)律地對(duì)自測(cè)路線和錯(cuò)誤信息進(jìn)行收集，這定會(huì)改進(jìn)系統(tǒng)的服務(wù)和維護(hù)服務(wù)。

圖3“不間斷流監(jiān)控系統(tǒng)”應(yīng)入OSS技術(shù)減少了水塔監(jiān)控的操作成本

圖4 Biotrace公司在其產(chǎn)品上引進(jìn)了一塊嵌入式x86板

技術(shù)實(shí)現(xiàn)

Biotrace公司之前的Continuous Flow Luminometer（CFL）設(shè)備在提供反饋和控制功能時(shí)，需要使用者在一個(gè)集成的控制面板上進(jìn)行手工操作。對(duì)此，Biotrace公司在其產(chǎn)品上引進(jìn)了一塊嵌入式x86板，使得獨(dú)立操作和基于Internet的報(bào)告和控制不再需要親臨現(xiàn)場(chǎng)。組件中引入GPS接收器能夠精確地記錄取樣時(shí)間和取樣位置，這使得公司能夠從不同的地點(diǎn)收集信息而不存在任何的不必要的配置問題。

在產(chǎn)品的PC和嵌入式平臺(tái)上，Biotrace公司使用了普通版本的Linux版本。這獲得了巨大的效益，并使得可以將比PC版本更新的軟件下載到嵌入式控制器上。這讓來(lái)自于嵌入式軟件提供者以及開放源碼社區(qū)的支持都唾手可得，再加上可用于關(guān)鍵部分的開放源碼代碼的高質(zhì)量，使得公司的產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間從計(jì)劃的202天縮短為166天（這意味著節(jié)約了20%的開發(fā)成本）。

在該項(xiàng)目的開發(fā)過程中，他們?nèi)〉玫慕?jīng)驗(yàn)說明了采用開放源碼軟件技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。他們了解到：軟件包的正確選擇、正確的設(shè)計(jì)方法以及采用高質(zhì)量的開放源碼代碼帶來(lái)了高質(zhì)量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)