隨著信息化的不斷發(fā)展，在工業(yè)自動化、電力設(shè)備、通信管理、智能終端、智能小區(qū)等領(lǐng)域，對數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、可靠性的要求也不斷地提高。隨著采集卡的采集頻率不斷地提升，其所屬平臺的工作頻率也應(yīng)跟上時(shí)代的步伐。在各種設(shè)備的通信方式中，由于以太網(wǎng)具有速度快、通用性好、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已13漸成為設(shè)備之間進(jìn)行通信的主要方式。本文提出了基于ARM的高速數(shù)據(jù)采集裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速采集的同時(shí)，能保證數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)時(shí)性，并對各幀數(shù)據(jù)嵌入時(shí)間標(biāo)志為后續(xù)數(shù)據(jù)處理做好準(zhǔn)備，能將數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地存儲到移動存儲設(shè)備和服務(wù)器上。

　　遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以維護(hù)社會公共安全和預(yù)防災(zāi)害事故為目的的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在銀行、智能小區(qū)、金融系統(tǒng)、大型商場中都有廣泛地應(yīng)用。把監(jiān)控系統(tǒng)中存儲的圖片傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的PC機(jī)，以前是通過Modem串口傳輸。串口傳輸有一個(gè)缺點(diǎn)是速率太慢，而且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容易出錯(cuò)。相對于串口傳輸來說，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)出錯(cuò)幾率低，因?yàn)樗哂屑m錯(cuò)機(jī)制。

　　ARM（Advanced RISC Machines）是，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。ARM公司以及ARM芯片的現(xiàn)狀和發(fā)展，從應(yīng)用的角度介紹了ARM芯片的選擇方法，并介紹了具有多芯核結(jié)構(gòu)的ARM芯片。列舉了目前的主要ARM芯片供應(yīng)商，其產(chǎn)品以及應(yīng)用領(lǐng)域。舉例說明了幾種嵌入式產(chǎn)品的ARM芯片選擇方案。

　　系統(tǒng)簡介

　　本裝置由硬件和軟件兩部分組成，如圖1所示。系統(tǒng)硬件由高速數(shù)據(jù)采集平臺和采集模塊構(gòu)成。采集模塊根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用DMM一32一AT采集板。帶有10／100 MB Base—T型以太網(wǎng)卡接口，USB 2.0全速（12 Mbps）主機(jī)／設(shè)備接口。內(nèi)含內(nèi)存管理單元MMU，含有調(diào)試通道的內(nèi)部仿真器，便于開發(fā)調(diào)試。由于AT91RM9200具有功能全、功耗低和工業(yè)級等優(yōu)點(diǎn)，可以使系統(tǒng)能運(yùn)用到各種環(huán)境中。

　　系統(tǒng)的下位機(jī)軟件選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)，它既有無限的開放源代碼資源，又有嵌人式操作系統(tǒng)的特性。通過對內(nèi)核的重新配置、編譯，即可將其移植到Aqgl RM9200中；再建立BootLoader和文件系統(tǒng)，形成基于ARM的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，在此平臺上開發(fā)運(yùn)用程序，實(shí)現(xiàn)裝置的各個(gè)功能。

　　系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

　　聯(lián)調(diào)工具：萬用表，信號發(fā)生器，數(shù)字示波器，仿真軟件，ARM小系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)

　　硬件測試：檢查電路板是否有虛焊，短路，短路，無誤后通電，萬用表檢測電源是否正常，示波器檢測FPGA和ARM的時(shí)鐘信號。

　　MAXPLUS 2 ，Quartus 2

　　TCP／IP協(xié)議

　　在因特網(wǎng)上，TCP／IP協(xié)議每時(shí)每刻保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。參考開放系統(tǒng)互連（OSI）模型，TCP／IP通常采用一種簡化的四層模型，分別為：

　　應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層要有一個(gè)定義清晰的會話過程，如通常所說的Http、Ftp、Telnet等。在本系統(tǒng)中，下位機(jī)系統(tǒng)傳遞來自Ethernet和數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)，應(yīng)用層只對大的數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行打包拆包處理。

　　傳輸層。傳輸層讓網(wǎng)絡(luò)程序通過明確定義的通道及某些特性獲取數(shù)據(jù)，如定義網(wǎng)絡(luò)連接的端口號等，實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議的傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDP。TCP服務(wù)提供了數(shù)據(jù)流傳輸、可靠性、有效流控制、全雙工操作和多路復(fù)用技術(shù)等，在本系統(tǒng)中使用TCP數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議。

　　網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層讓信息可以發(fā)送到相鄰的TCP／IP網(wǎng)絡(luò)上的任一主機(jī)上，IP協(xié)議就是該層傳送數(shù)據(jù)的機(jī)制。同時(shí)建立網(wǎng)絡(luò)間的互連，提供ARP地址解析協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)從IP地址到數(shù)據(jù)鏈路物理地址的映像。

　　鏈路層。由控制同一物理網(wǎng)絡(luò)上的不同機(jī)器間數(shù)據(jù)傳送的底層協(xié)議組成，實(shí)現(xiàn)這一層的協(xié)議并屬于TCP／IP協(xié)議組。在本系統(tǒng)中這部分功能由ARM控制網(wǎng)卡芯片DM9161E實(shí)現(xiàn)。

　　下位機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)

　　下位機(jī)作為客戶端，它和服務(wù)器的TCP／IP通信是通過對套接字編程實(shí)現(xiàn)的。套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元，早是作為BSD規(guī)范提出來的，現(xiàn)已成為Linux操作系統(tǒng)下TCP／IP網(wǎng)絡(luò)編程標(biāo)準(zhǔn)。套接字提供了不同主機(jī)間進(jìn)程雙向通信的端點(diǎn)，這些進(jìn)程在通信前各自建立一個(gè)Socket，并通過對Socket的 寫操作實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。下文將討論的Winsock也是一個(gè)用于Windows系列操作系統(tǒng)的Sockets版本 。TCP／IP協(xié)議簇中的TCP協(xié)議使用此類接口。

　　在Linux提供的3種套接字中，本文選擇流式套接字。流式套接字是常用的套接字類型，其傳輸特點(diǎn)為：面向鏈接、無差錯(cuò)、發(fā)送先后順序一致、包長度不限和非重復(fù)的網(wǎng)絡(luò)信息包。TCP／IP協(xié)議簇中的TCP協(xié)議使用此類接口。下位機(jī)與服務(wù)器通信實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

　　Socket（）函數(shù)：用于創(chuàng)建一個(gè)套接字描述符。

　　#include<sys／types.h>

　　#include<sys／soc ket.h>

　　Socket

　　— ID=socket（AF_INET，SOCK_STREAM，0）；

　　ff PF—INET OR AF—INET Intemet IP Protocal SOCK—STREAM選擇流式套接字

　　Connect（）函數(shù)：用于與遠(yuǎn)端服務(wù)器建立一個(gè)TCP連接請求。

　　Status=connect（Socket—ID，（struc sockaddr}）&Server—Addr，sizeof（struct sockaddr））；

　　∥ 一定要指定服務(wù)器的IP地址和端口號，可帶參數(shù)運(yùn)行程序時(shí)指定，也有默認(rèn)的lP和端口號

　　if（status!= 一1）∥ 一1：連接過程出錯(cuò)

　　{.? }

　　Write（）函數(shù)：從套接字緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)。

　　int Net— Send— SysConfig（int Conn—ID，char Cmdname）

　　∥向服務(wù)器反饋工作狀態(tài)即執(zhí)行服務(wù)器下達(dá)的命令情況

　　∥Conn—ID為已經(jīng)建立的套接字描述符

　　{

　　status=write（Conn—ID，sendbuff，len）；

　　}

　　Read（）函數(shù)：從套接字緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)

　　int Receive_ Command（int Conn—ID）

　　{?

　　return len=read（Conn—ID，NetBuf，REC—BUFF_SIZE）；

　　∥成功返回實(shí)際收到的字節(jié)總數(shù)，出錯(cuò)返回一1

　　}

　　Close（）函數(shù)：用于關(guān)閉一個(gè)套接字描述符。

　　close（Socket—ID）； ／／關(guān)閉連接下位機(jī)的開發(fā)都是在Linux環(huán)境下用交叉編譯器ARM.Linux—gcc編譯通過。

　　上位機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)

　　服務(wù)器監(jiān)控軟件是用Visual Basic 6.0來編寫的。在Visual Basic（以下簡稱VB）中，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信開發(fā)是非常方便的。VB除了提供豐富的控件外，還提供了各種API來進(jìn)行更為的運(yùn)用程序的開發(fā)。在編寫客戶或服務(wù)器運(yùn)用程序時(shí)，不必了解TCP的細(xì)節(jié)或低級的Win—sock API。通過設(shè)置控件的屬性并調(diào)用其方法就可連接到一個(gè)遠(yuǎn)程客戶／服務(wù)器端，并且雙向交換數(shù)據(jù)。

　　Protocol屬性。返回或設(shè)置Winsock控件所使用的協(xié)議（TCP或UDP）。

　　UDPFrmMain.Winsock— Server.Protocol：sckTCPProtocol

　　∥選擇TCP協(xié)議，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/P>

　　LocalPort屬性。返回或設(shè)置所用到的本地端口。對客戶來說，該屬性指定發(fā)送數(shù)據(jù)的本地端口；對于服務(wù)器來說，是指定偵聽的本地端口。

　　FrmMain.W insock— Server.LocalPort=LocalPort— ID∥服務(wù)器端口號，大于1 000

　　State屬性。返回控件的狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)只讀。用在判斷監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)改變各個(gè)按鍵指示

　　燈的狀態(tài)，提高操作安全性。其設(shè)置如下：

　　Connected— State=FrmMain.W insock— Server.State

　　Select Case Connected— State

　　Case 0 StatusBar1.Panels（3）。Text= “關(guān)閉”

　　Case 1 StalusBar1.Panels（3）。Text=“打開”

　　Case 2 StatusBar1.Panels（3）。Text=“偵聽”

　　Winsoek控件事件

　　Winsock控件事件分為以下2種。

　　　　DataArrival事件：該事件是通信的部分。當(dāng)給客戶端發(fā)送完命令后，接收客戶端返回的命令執(zhí)行情況，實(shí)現(xiàn)對客戶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)察。如果是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存命令時(shí)，還要完成接收客戶機(jī)上傳的采集數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的服務(wù)器存儲，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。其流程如圖3所示。接收到FTP頭數(shù)據(jù)包后， P傳輸數(shù)據(jù)的格式定義如圖4所示。

    Private Sub W insock— Server_

　　Eror（ByVal Number As Inte.

　　ger，Description As String，ByVal Se ode As Long，ByValSource As String，ByVal HelpFile As String，ByVal Help—Context As Long，CancelDisplay As Boolean

　　MsgBox“網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行出錯(cuò)！代碼=”+CStr（Err）+“：”

　　+Error，vbCritical，“錯(cuò)誤信息”

　　Exit Sub

　　End Sub

　　結(jié)束語

　　基于ARM的高速數(shù)據(jù)采集裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)計(jì)，從硬件和軟件兩方面看是可行的，實(shí)際制板調(diào)試結(jié)果很好地完成了遠(yuǎn)程通信任務(wù)。對工業(yè)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了新的解決方案。隨著以太網(wǎng)的日益普及，該方案有著很強(qiáng)的實(shí)踐意義。