鶴壁恒科完成：新型嵌入式工控量熱儀
1 引言
現在大多數的發電廠、煤炭礦廠以及各大小級別實驗室中所使用的工控量熱儀都是這樣的一個框架：完成儀器試驗測試控制的下位機控制模塊；提供人機交互，傳輸和接收命令、數據的上位機模塊；以及兩模塊間的連接通信設備。在此系統中下位機通常使用的是單片機來完成對試驗儀器的控制，并負責從通信設備 usb68013接收到數據，提取相應的試驗控制命令來控制儀器試驗。這里主要討論的是系統上位機的構建和實現，對下位機不做進一步的討論了。那么對于系統的上位機通常的做法就是使用pc機，當然，通用pc機有著豐富的資源，不管是它的 cup時鐘頻率、內存資源、以及對系統各種軟硬件管理的能力等，都有著其它替代品不可比擬的優勢。但是，使用 pc作為設備的上位機，一個昀大的缺點就是它體積大、不便攜等，同時，隨著儀器生產商為了能降低生產成本，因此，在能完成儀器整體功能的同時，極力的去尋找使儀器體積小、便攜、近似 pc機功能的上位機系統。因此，基于 arm嵌入式系統應用于這樣的儀器上就是個非常好的方案。
2 系統設計方案
嵌入式工控量熱儀必須要在追求儀器設備體積小、便攜的基礎上，力求實現原來量熱儀設備相應的功能，因此，得到下面幾點設計方案：
①使用主頻盡可能高的微處理芯片，同時具有很好的內存管理功能；
②對于片上資源和各種外設的接口的擴展。考慮到數據存儲、內核、文件系統、圖形庫及應用程序在系統中所占資源，選用合適的 Flash閃存和 SDRAM;同時，與外圍儀器的連接通信擴展出一個 USB Host接口、一個網口 RJ45、一個標準串口等；
③為了實現人機交互和儀器的便攜，系統中設計出觸摸屏式高級用戶交互圖形操作界面；
2.1系統硬件框架圖
如上圖，系統上位機中使用的微處理芯片是三星公司的 arm920T S3C2410A;Flash存儲器采用 Samsung公司的 K9F1208U0M Nand Flash存儲器，存儲容量為 64MB,這種非易失性存儲器是高數據存儲密度的理想解決方案，它能擦寫一百多萬次，具有很長的使用壽命； SDRAM存儲器采用 HY57V561620CT,在此使用兩塊，每塊大小為 32MB;為了實現人機交互，以及從系統便攜等方面考慮，系統使用了觸摸屏，當然還擴展出串口、網口等，以上就是整個系統上位機的硬件框架。上位機和下位機間的通信設備使用的是 EZ-USB68013,它負責從上位機接受數據和命令，并把下位機實驗數據以及各種狀態返回到上位機，而它在 linux下驅動編寫和移植留到下面再討論。
2.2系統上位機軟件組成
2.2.1嵌入式操作系統設計與移植
在整個系統的設計與實現中內核的配置和移植是非常重要的，本系統使用的是韓國 mizi公司免費提供的嵌入式 linux操作系統，本操作系統體積小、方便剪裁，同時它又包含了現有使用的大部分外圍設備的驅動，因此，使用此操作系統可以降低開發成本、加快系統的開發。Arm-linux嵌入式操作系統的移植主要包括如下幾步：①建立交叉編譯環境。交叉編譯環境的建立是進行 arm嵌入式項目開發的基礎，它的搭建主要需要三個軟件包：binutils、 gcc、glibc.其中 binutils主要用于生成一些輔助工具，如 objdump、as、ld等；gcc是用來生成交叉編譯器 arm-linux-gcc;glibc主要提供用戶程序所使用的一些基本的函數庫。當然，交叉環境的搭建是比較復雜的，很多步驟都涉及到硬件平臺的選擇，因此，本系統使用的是成都博睿公司所提供的交叉編譯器，而對交叉環境的具體搭建這里就不作進一步的討論了。
②修改配置文件，配置內核。修改配置文件使系統啟動時自動掛載 devfs文件系統，配置內核使內核支持 yaffs文件系統。
③根據系統需求添加相應的外圍設備的驅動。本系統中使用了 EZ-usb68013來實現上、下位機的數據通信，那么就必須要在上位機中添加該通信設備的驅動。
2.2.2圖形庫 qte的配置和移植
Qte是荷蘭 Trolletch公司的圖形化界面開發工具Qt的嵌入式版本，它通過QtAPI與Linux I/O直接交互，擁有較高的運行效率，而且整體采用面向對象編程，擁有良好地體系架構和編程模式，它采用 framebuffer作為底層的圖形接口，并使用 c++進行封裝，具有良好的移植性，同時，我們可以把用 Qt的Designer開發出來的GUI應用程序，通過交叉編譯后可直接移植到Qte嵌入式平臺。
3 Qte平臺上用戶系統實現及測試
通過上面的討論，本系統的各模塊都已經成功的設計出并得以實現。由于系統基于QTE設計出圖形用戶界面，則提供良好的人機交互，使系統更易于操作和管理。經過試驗測試，本系統上位機各模塊能夠很好的達到設計的目標，整個上位機系統控制下位機試驗，并把結果正確顯示出。
4 結論
本文根據需要對嵌入式工控量熱儀的上位機軟、硬件平臺設計和構建進行了深入的討論，并得出了方案的詳細實現過程，昀終還給出了系統試驗測試框圖，從而驗證了嵌入式工控量熱儀的可行性、實用性。本系統的創新點有以下幾點：①系統上位機利用arm嵌入式平臺來代替原來的pc機，這樣使成本降低了，昀重要就是嵌入式平臺相比于pc機體積更小，這樣設備就越便攜、實用；②系統使用QT跨平臺語言來編寫系統的應用程序，這樣程序具有良好的移植性，同時，系統設計開發出用戶界面，并用觸摸屏代替傳統的鼠標和鍵盤，具有友好的人機交互。