隨著計算機技術、通信技術、集成電路技術和控制技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的工業(yè)控制領域正經(jīng)歷著一場前所未有的變革，開始向網(wǎng)絡化方向發(fā)展。本文即從未來工業(yè)控制網(wǎng)絡發(fā)展的需要出發(fā)，設計并實現(xiàn)了以S3C2410微處理器為核心的嵌入式網(wǎng)絡控制器。 本文以S3C2410—32位微處理為核心，設計并實現(xiàn)了具有1路以太網(wǎng)接口、1路USB Host接口、1路USB Device接口、3路RS232串口、1個CAN總線擴展卡、1個RS485擴展卡、1個RS422擴展卡使用、8路A/D、1路D/A、4路PWM、一個240×320TFT LCD顯示觸摸屏的功能強大的嵌入式網(wǎng)絡控制器。并在此基礎上，結(jié)合嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE建立了一個嵌入式軟件開發(fā)平臺。
隨著嵌入式技術的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應用越來越廣泛。嵌入式Web服務器EWS(Embedded Web Server)是指將Web服務器引入到現(xiàn)場測試和控制設備中，在相應的硬件平臺和軟件系統(tǒng)的支持下，使傳統(tǒng)的測試和控制設備轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆淞艘訲CP/IP為底層通信協(xié)議、Web技術為核心的基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡測試和控制設備。嵌入式Web服務器簡化了傳統(tǒng)服務器的系統(tǒng)結(jié)構，它在嵌入式設備上同時實現(xiàn)信息傳輸和網(wǎng)絡接口的功能。嵌入式Web服務器基于HTTP協(xié)議運作，有標準的接口形式和通信協(xié)議。它可以向任何接入它所在網(wǎng)絡的合法用戶提供統(tǒng)一的基于瀏覽器方式的操作和控制界面。Web技術的開放性和平臺獨立特性能夠降低開發(fā)難度，減少軟件系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的設計維護工作量，提高了現(xiàn)場測試和控制設備的管理水平。
在工業(yè)設備上嵌入Web服務器，使得設備能與現(xiàn)今最大的網(wǎng)絡Internet無縫連接，無需專用的線路。通信介質(zhì)是以太網(wǎng)為基礎，能有最大的普及范圍;傳輸內(nèi)容不僅限于數(shù)據(jù)，還有圖像、聲音等多媒體信息;通信協(xié)議(HTTP)是標準的而且是公開的，其獨立于系統(tǒng)平臺;所使用的超文本標記語言(HTML)具有統(tǒng)一性，標準化界面獨立于客戶端的軟件硬件平臺，極大地節(jié)省了客戶端的開發(fā)工作;所使用的Web架構具有開放性和平臺獨立性，能夠大大降低系統(tǒng)的設計工作量。同時，還能提供大量工具和函數(shù)庫減少開發(fā)的工作量。在客戶端使用任意與Internet互連的標準PC(標準瀏覽器)就可以實現(xiàn)隨時隨地訪問。嵌入式Web服務器具有通用性，這使得它能夠嵌入到任何設備中。通過應用程序接口，服務器可以運行程序去實現(xiàn)高級功能，這是普通的監(jiān)控方式不能相比的。它具有可擴展的特性，通過應用程序接口實現(xiàn)各種具體的應用。此外，它還具備升級簡單、維護容易等優(yōu)點。
在深入研究和分析CANopen協(xié)議的基礎上，實現(xiàn)了基于Windows CE的嵌入式CANopen協(xié)議棧，大大提高了嵌入式網(wǎng)絡控制器在現(xiàn)場總線上的通信和控制能力，為新型的網(wǎng)絡控制算法研究提供了實驗平臺。在探討了TCP/IP協(xié)議的基礎上研究了基于Windows CE的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧，掌握了Windows CE平臺的網(wǎng)絡Socket通信編程，使控制器能夠通過以太網(wǎng)接到Intranet或Internet上。 在完成嵌入式網(wǎng)絡控制器硬件與軟件設計的基礎上，將控制器應用到了網(wǎng)絡化的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的中央數(shù)控單元中，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)等數(shù)控設備小型化、網(wǎng)絡化和集成化的需要。并以此為基礎，結(jié)合計算機控制實驗室建設，構建了三層(信息層、控制層和設備層)工業(yè)網(wǎng)絡實驗平臺，實現(xiàn)了實驗室設備真正的網(wǎng)絡互連，為網(wǎng)絡控制研究提供了一個高性能的平臺。
嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā) - ARM 架構處理器、RTOS 內(nèi)核及驅(qū)動程序編寫
架構處理器
架構處理器是一種基于RISC指令集架構的處理器，已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)中應用最廣泛的處理器架構之一。與傳統(tǒng)的CISC架構相比，RISC架構設計簡潔，指令集精簡，執(zhí)行效率高，對于資源受限的嵌入式系統(tǒng)更加適用。
處理器的優(yōu)勢在于其低功耗、高性能和強大的可擴展性。在嵌入式系統(tǒng)設計中，我們可以選擇不同性能和功耗的ARM處理器，并根據(jù)實際需求進行定制，從而實現(xiàn)最佳的平衡。
在實際開發(fā)中，我們需要了解具體的ARM處理器型號，掌握其架構特性，以便進行合理的系統(tǒng)設計和優(yōu)化。
內(nèi)核
內(nèi)核是嵌入式系統(tǒng)中常用的操作系統(tǒng)內(nèi)核，其特點是能夠響應實時事件，并能夠保證任務的實時性和可靠性。
嵌入式系統(tǒng)通常需要處理實時性要求較高的任務，如控制、數(shù)據(jù)采集等。RTOS內(nèi)核可以提供任務調(diào)度、事件管理、內(nèi)存管理等功能，幫助我們更好地實現(xiàn)系統(tǒng)的實時性需求。
常見的RTOS內(nèi)核包括FreeRTOS、uC/OS、RTX等，它們具有不同的特點和適用范圍，開發(fā)者可以根據(jù)實際需求進行選擇和定制。
驅(qū)動程序編寫
在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，驅(qū)動程序起著連接硬件和操作系統(tǒng)的關鍵作用。驅(qū)動程序負責與特定硬件進行交互，并向操作系統(tǒng)提供統(tǒng)一的接口，使應用程序能夠方便地訪問硬件資源。
驅(qū)動程序的編寫需要深入了解硬件的特性和操作系統(tǒng)的接口規(guī)范，以及對應的編程技術和工具。不同的硬件平臺和操作系統(tǒng)可能需要采用不同的驅(qū)動開發(fā)方法。
通過合理設計和編寫驅(qū)動程序，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能，為應用程序提供更好的硬件支持。
總結(jié):
通過了解ARM架構處理器、RTOS內(nèi)核及驅(qū)動程序編寫，我們可以更好地開發(fā)嵌入式系統(tǒng)。深入理解這些核心知識點將有助于我們設計出高性能、穩(wěn)定可靠的嵌入式系統(tǒng)，為各行各業(yè)的程序員提供更好的技術支持。
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