华中科技大学硕士学位论文基于uClinux的嵌入式远程监控终端设计姓名：黄俊桥申请学位级别：硕士专业：控制科学与工程指导教师：王仲东20060510I摘 要 随着嵌入式技术的进一步发展，嵌入式系统已经广泛应用于智能家电、通信、工业控制、汽车等多个领域。好的嵌入式系统是能完成目标功能的最小系统。高性能、高可靠性、低成本、低功耗都是嵌入式系统设计时力求达到的目标。 嵌入式系统的开发包括：系统需求分析、系统硬件选型、硬件设计、操作系统选型、设备驱动程序开发、上层应用开发等。本文以中央储备粮武汉直属库远程监控系统项目为背景，介绍了嵌入式远程监控终端的设计和实现。 UML(Unified Modeling Language) 是一种定义良好、 易于表达、 功能强大的系统建模语言，支持用统一的形式表现软件和硬件，可实现软硬件协同设计。本文结合UML，将其实际运用到了嵌入式远程监控终端系统的开发过程中。 系统硬件平台选用 Samsung 公司的 AM7TDMI 系列处理器 S3C44B0， 扩展了 8M RAM 和 16 M NAND FLASH，同时扩展了外围通信设备接口包括通用串行口、网络接口和人机交互接口等。 嵌入式 Linux 以其稳定、高效、硬件支持广泛等特点，结合其所独具的免费、开放源代码等特征，成为嵌入式操作系统的首选。系统软件设计基于 uClinux 操作系统，采用了模块化程序设计方法，根据功能的不同进行模块的划分。 本系统在系统需求分析、硬件选型、标准工业通信协议应用、无线网络互连、人机交互模式、仓储专家知识系统应用等方面均有创新之处。本系统基于 UML，实现了系统的可视化开发；基于 MiniGUI 和触摸屏，实现了人机交互；基于仓储专家知识系统，实现了粮库温度的智能控制；基于 GPRS 无线网络，实现了粮库的分散控制与集中管理。本系统大大的提高了粮库的自动化水平，具有较高的市场推广价值。 关键词：关键词：嵌入式终端;UML; ARM7; uClinux; 驱动; MiniGUI; GPRS. IIAbstract With the development of embedded technology, embedded system has been widely used in intelligent household electrical appliances, telecommunication, industry control, and automobile area. An excellent embedded system is the minimum system which can meet the goal. High quality, high reliability, low cost and low power loss are the main goals which are needed to achieve in the greatest scope during the embedded system design. Embedded system developing includes: system requirements analysis, system hardware choosing, hardware design, operating system choosing, device driver design, and user application developing. This paper introduces the design and implementation of the embedded remote monitoring terminal based on the remote control system project in the WuHan Grain Depot of the State Grain Reserves. UML is a system modeling language which can be easily defined and expressed and streamlines system programming. It supports unified format to express hardware and software, and implements hardware and software design simultaneous. The system used UML in the embedded remote monitoring terminal design. The hardware platform includes: the micro processor unit S3C44B0 which is an ARM7TDMI series CPU produced by the Samsung Corporation, system memory device such as 8M RAM and 16M NAND FLASH, peripheral interface such as serial port interface, network interface and man-machine interactive interface. Embedded Linux operating system has many features such as stability, high performance, and wide hardware support. Because of these features, embedded Linux is the main choice in the embedded operation system field. Module programming is used in the system software design which makes the system software design more structural. The system has many innovations including system requirements analysis, hardware choosing and integration, industry standard communication protocol application, wireless network and man-machine interactive interface design. The system used UML to accomplish requirements analysis, achieved man machine interchange based on MiniGUI and touch pad, finished scattered control and concentration management in the grain depot based on the GPRS wireless network. It enhanced the automatic level of the grain depot, and can be popularized in other homogeneous system. Key words: Embedded terminal; UML; ARM7; uClinux; Driver; MiniGUI; GPRS. 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本论文属于11 绪 论 1.1 监控系统简介 1.1.1 监控系统的发展历史 工业现场的监控管理系统的发展大致经历了以下三个阶段： 第一代监控系统是为不同的且相互独立的设备和电路分别配备各自独立的监控装置。然而随着设备的分布越来越复杂，单一的各自独立的监控装置造成现场的维护管理效率低下，往往由于同一原因产生的报警事件而引起的响应，但又无从分析诸多报警现象的内在关系，难以尽快地排除故障和恢复业务。 第二代监控系统是将各类设备和电路的监控管理物理地综合为一个集中监控管理系统，利用一套显示装置对全网进行集中监控。由于目前大多数分布式监测系统只是在局域网上，由于各个系统的逻辑功能仍旧是相互分离的，难以具备较强的故障管理和系统维护功能。 第三代监控系统是基于 Internet 的远程监控， 它将工业现场的一切监控和管理的功能综合于一个公共的智能平台上，全方位地检测整个网络的运行状态。能够提供具有高级自动化水平的报警分析和故障定位功能，支持维护控制行动的决策，预测网络异常情况对业务性能的冲击并做出相应的应急对策。 1.1.2 远程监控系统研究的意义 以往工业现场的监控系统每台设备都伴以测试仪器及仪表，不仅传统的仪器、仪表系统布线复杂，而且需要大量的人力、物力来记录、维护、维修，当设备出现预料不到的故障和报警事件都不能及时地反应给现场管理人员，致使损失的进一步扩大。 随着计算机网络以及智能仪表技术的发展，使得远距离地进行监测和控制成为可能。远程监控技术是故障监测与诊断技术和计算机通信技术相结合的高级诊断技术，提供故障诊断服务的远程客户端和服务器端通过计算机通信网络连接起来。当2现场设备出现故障时，系统可以通过计算机通信网络将现场设备状态信息传输到远程诊断专家中心，由专家对设备故障进行诊断。 1.2 嵌入式系统概述 嵌入式系统(Embedded System)指的是以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件软件可裁减，适应系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统1。嵌入式系统广泛应用于过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、智能家电等领域。嵌入式系统的广泛应用前景和发展潜力使其成为 21 世纪的应用热点之一。 1.2.1 嵌入式系统的组成 嵌入式系统通常由嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件等几大部分组成2。 (1) 嵌入式处理器 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用处理器的最大不同点在于嵌入式 CPU 大多工作在特定用户设计的系统中。它通常把通用 CPU 中许多板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，并且具有高效率、高可靠性等特征。 嵌入式系统处理器可分为嵌入式微控制器(Micro Controller Unit, MCU)、 嵌入式微处理器(Micro Processor Unit