基于 ARM 和 Linux 通用工控平臺設(shè)計與實現(xiàn)

2 PC模擬器開發(fā)環(huán)境搭建
建立自己的開發(fā)目錄，解壓文件libminigui-1.3.3.tar.gz和minigui-res-1.3.3.tar.gz；編譯安裝MiniGUI運行所需庫文件libminigui；安裝資源文件minigui-res-1.3.3；修改/etc/ld.so.conf 文件，加入一行/usr/local/lib，然后執(zhí)行[root]# ldconfig 按照硬件平臺配置與開發(fā)環(huán)境的設(shè)置修改minigui配置文件，包括修改路徑，屏幕分辨率等。

PC模擬器開發(fā)環(huán)境搭建完畢后，就可在 PC上開發(fā)應(yīng)用程序，在 qvfb中執(zhí)行，驗證程序的正確后，就可以進行交叉編譯下載運行。

3 交叉編譯Minigui1.3.3
解壓arm-Linux-2.95.3.bz2文件安裝交叉編譯工具?cross-2.95.3，安裝之后修改.bashrc腳本，設(shè)置環(huán)境變量：PATH=$PATH:/sbin:/usr/local/arm/2.95.3/bin:/usr/local/bin:/usr/local。

接下來依次安裝 zlib庫，png庫、libttf庫，它們的作用分別是：其他的庫的編譯基礎(chǔ)、顯示PNG圖形、顯示文字。完成以上附加庫的交叉編譯工作后就可以編譯libminigui了。把/usr/local/arm/2.95.3/arm-Linux/lib中相應(yīng)的庫拷到目標(biāo)板/usr/lib目錄下，拷貝時先對庫文件執(zhí)行arm-Linux-strip命令，去除文件中的調(diào)試信息。同時把資源文件復(fù)制到目標(biāo)平臺的/usr/local/lib目錄下。這樣就完成了交叉編譯工作，可以將PC上調(diào)試好的應(yīng)用程序下載到目標(biāo)硬件平臺下進行應(yīng)用了。

通用工控平臺人機界面開發(fā)
1 人機交互界面需求分析及總體設(shè)計
通用工控平臺通信人機交互界面是集功能演示、信息采集、設(shè)備狀態(tài)、通信交互等功能于一身的人機交互平臺，可以高效、直觀的顯示通用工控平臺的基本信息，同時有效的指導(dǎo)用戶的操作，提高使用效率，是用戶和通用工控平臺交互的主要方式。

該人機交互界面顯示器選用PHILIPS公司的14英寸彩色顯示屏，軟件運行環(huán)境選用嵌入式操作系統(tǒng)Linux 2.6.21和GUI開發(fā)環(huán)境MiniGUI 1.3.3構(gòu)成，整個軟件的設(shè)計過程需要完成以下功能：

(1) 實時顯示該平臺具體信息，及本網(wǎng)內(nèi)在線的其他工控設(shè)備的信息；

(2) 以該平臺為控制器實現(xiàn)對本網(wǎng)內(nèi)在線的其他常見設(shè)備的多線程信息采集與控制；

(3) 以UDP及RS485兩種通信方式實時控制工控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部；

(4) 對工控設(shè)備掉線自動斷開連接，防止用戶誤操作；

通用工控平臺通信人機交互界面主要是針對UDP和RS485兩種組網(wǎng)方式基于Modbus協(xié)議完成工控系統(tǒng)中功能演示、信息采集、設(shè)備狀態(tài)、通信交互的功能，設(shè)計上要求簡單實用，操作方便，而復(fù)雜的界面會帶來不必要的開銷并影響性能。根據(jù)需求分析設(shè)定人機交互界面整體設(shè)計方案及效果圖如圖3、圖4所示。

圖3 人機交互界面整體設(shè)計方案

圖4 總體效果圖

2 界面設(shè)計流程
利用MiniGUI進行界面設(shè)計流程如圖5所示。

圖5 界面設(shè)計流程

基于工業(yè)測控Modbuss協(xié)議的通信實現(xiàn)方案
一個好的工控平臺必須具備高效通信的功能，才能跟上工業(yè)發(fā)展的要求。本文所設(shè)計的通用工控平臺，可以作為控制中心對通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集和控制，包括工控現(xiàn)場典型意義上的數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備，模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，數(shù)字量設(shè)備等，隨時掌握各個工作現(xiàn)場的情況。由于Modbus協(xié)議是工業(yè)測控領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，協(xié)議簡單，應(yīng)用廣泛，因此本平臺通信軟件的設(shè)計就采用Modbus協(xié)議。

工業(yè)測控領(lǐng)域常見的組網(wǎng)方式主要有UDP方式和RS485方式，分別以自身獨特的優(yōu)勢在工業(yè)組網(wǎng)占據(jù)著一定地位。為實現(xiàn)工控平臺通用性的設(shè)計目標(biāo)，本平臺將兩種組網(wǎng)方式融合在通信人機交互界面中，圖6為本平臺通信的拓撲結(jié)構(gòu)圖。

圖6 通信拓撲結(jié)構(gòu)

結(jié)語
在基于ARM和Linux的通用工控平臺的研制過程中，硬件平臺選擇合適的ARM微處理器AT91RM9200，并對其外圍部件進行擴展，以適應(yīng)當(dāng)前工控現(xiàn)場更加豐富的技術(shù)要求，并結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)，擴展多種通信接口，滿足用戶的通信需求；軟件平臺采用嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用最廣的Linux為操作系統(tǒng)，同時構(gòu)建交叉編譯環(huán)境，并充分利用開源軟件，基于圖形界面開發(fā)的MiniGUI，針對工控領(lǐng)域的總線協(xié)議Modbus設(shè)計出基于UDP和RS485兩種通信結(jié)構(gòu)的工控人機交互界面，實現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)溝通能力強、接口豐富為技術(shù)指標(biāo)的基于ARM和Linux的通用工控平臺。

本通用工控平臺的主要特色有：

(1)硬件接口豐富，適應(yīng)工業(yè)測控領(lǐng)域各種需求；

(2)使用3U插槽，增強通用性及擴展性；

(3)基于Linux操作系統(tǒng)及MiniGUI圖形界面開發(fā)環(huán)境，人機交互界面友好便捷；

(4)采用工業(yè)測控Modbus通信協(xié)議，基于串行RS485及網(wǎng)絡(luò)UDP構(gòu)建通信拓撲結(jié)構(gòu)，應(yīng)用范圍廣泛、性能可靠、實時性高。