设计、实现高速ARM处理器的数据采集和控制系统原型

r·拉克希斯瓦米博士k Nagabhushan拉

研究学者,仪器称,斯里兰卡克利须那德瓦拉亚的统治大学Ananthapuramu,印度安得拉邦
斯克利须那德瓦拉亚的统治大学教授,系仪表Ananthapuramu,印度安得拉邦

文摘

以太网控制设备有自己的需求和技术的快速发展和应用。数据采集和控制系统的设计是基于Cortex-M3处理器的研究活动。该活动的目的是将安全问题添加到任何一般的前提。它实现了嵌入式web服务器,使数据采集和状态监测的帮助下任何标准web浏览器。在这篇文章中,设备控制和数据采集系统是基于嵌入式以太网平台支持设计。处理器内置以太网优化了硬件系统的复杂性。通过互联网可以透明地传送一个数据是内置cortex-m3处理器到远程桌面计算机。这种设计的优点是低功耗,成本效益,容易实现,稳定和可靠的传输。

关键字

手臂cortex-m3,嵌入式web服务器,远程监控。

介绍

嵌入式系统是一种特殊的电脑系统是基于计算机技术,侧重于应用程序,软件和硬件定制,适合应用系统的严格要求对功能、可靠性、成本、体积和力量。嵌入式以太网是一个单片机实现以太网标准。简而言之,通过嵌入以太网到一个设备,它能够通过以太网通信不使用电脑。但大多数嵌入式系统都是独立使用在当前阶段,可以,rs - 232和rs - 485是最常用的技术来处理多个微处理器之间的通信在工业控制领域,缺点如传输速率低,覆盖范围有限,相对较少的通信协议,等等,导致很难执行灵活的远程访问和管理。以太网(IEEE 802.3)是最成熟和广泛使用的局域网技术,连接等嵌入式设备网络设备中心,开关从而实现灵活的实时控制和监控已经成为一个不可避免的嵌入式技术的发展趋势。结合网络的成熟的技术与嵌入式和充分利用的优点[6]。在本研究论文中,远程监控和控制系统的设计和实现是基于ARM处理器cortex-M3 [2]。处理器板有一个以太网端口发送远程计算机的传感器参数值。传统的硬件功能的逻辑传感器和控制装置与德州仪器设备结合lm3s9b96 [3]。这个处理器是计算机编程接口与远程控制台WEB页面,监控传感器的状况,和生产控制行动,以确保设备的安全。 The user select buttons for sensor have been interfaced to the processor through analog to digital converters and device controls are digital I/O lines. The monitoring and controlling functionalities [1] have been realized with Keil-4 (IDE) software targeted onto ARM Cortex-M3 based device are connected using a crossover ethernet cable RJ45. On the transmission side, user-entered data is compiled into an IEEE 802.3 frame; on the reception side, data is extracted from the frame and displayed through the embedded web page.

二世。系统设计

Stellaris以太网控制器由一个完全集成的媒体访问控制(MAC)和网络物理(体育)接口。以太网控制器符合IEEE 802.3规范和完全支持10 base - t和100年base-tx标准。以太网控制器功能分为两层:媒体访问控制(MAC)层和网络物理(体育)层。这些层对应于OSI模型层2和1,分别。CPU访问通过MAC层以太网控制器。MAC层提供了以太网帧传送和接收处理。MAC层还提供了接口PHY层通过内部媒体独立接口(MII)。PHY层与以太网总线通信。

在这里,与注册插孔- 45 lm3s9b96板连接器接口。实现单片机以太网,单片机将以太网MAC层和物理层在单个芯片上,从而消除更多的外部组件。这使MAC层和物理层的匹配,减少了整体销数和芯片足迹。它还可以更低的能耗,尤其是如果断电模式实现。MAC媒体访问控制器。以太网MAC是由ieee - 802.3以太网标准定义的。它实现了一个链路层。最新的苹果电脑支持操作10 mbit / s和100 mbit / s。这通常作物实现了信息产业部。媒体独立接口(MII)是一个以太网工业标准IEEE 802.3中定义。 It consists of a data interface and a management interface between a MAC and a PHY shown in Fig. 1. The data interface consists of a channel for the transmitter and a separate channel of the receiver. Each channel has its own clock, data, and control signals. The MII data interface requires a total of 16 signals. The management interface is a two-signal interface, one signal for clocking and the other for data. With the management interface, upper layers can monitor and control the PHY. The PHY is the physical interface transceiver. It implements the physical layer. PHY incorporates a significant amount of analogy hardware, while the MAC is typically having all digital components. The chip footprint and the mixed analog/digital architecture are why MACs were first incorporated in microcontrollers, leaving the PHY off-chip. More flexible, higher-density chip technology has allowed both the MAC and PHY to reside on the same chip.

OSI模型的数据传输需要一个简短的讨论,由七层为了从顶层到底层:计算机网络协议栈包括模块参与网络。图2显示了一个网络协议栈的计算机连接到以太网网络,支持常见的互联网协议。底部的堆栈是网络电缆的硬件接口。顶部的层是应用程序层的顶层是OSI(开放系统互连)服务器层模型。这一层处理网络透明性等问题,资源分配和分区问题。应用程序层关注的用户的视图网络(例如电子邮件消息格式)。表示层为应用层提供了一个熟悉的地方表示的数据独立于网络上使用的格式。传输控制协议,作为单独的字母发音,TCP是一种主要在TCP / IP网络协议。而IP协议只处理数据包,TCP允许两个主机建立连接和交换的数据流。TCP保证交付的数据并保证数据包将被交付在同一顺序发送。 The number of layers a message passes through can vary. For some messages that travel only within a local network, the application layer can communicate directly with the Ethernet driver.

在以太网中,独特的硬件地址识别网络上的每个接口[4]。IP地址更灵活,因为他们没有特定的网络类型。使用IP的消息可以通过不同类型的网络,包括以太网、令牌环网,和无线网络,只要所有的IP网络支持。通信的本地网络不使用TCP或UDP可能不需要IP。旅行的消息在互联网上必须使用IP。使用互联网协议的消息还可以使用用户数据报协议(UDP)或传输控制协议(TCP)添加错误检查或流控制功能。的Cortex-m3 Lm3s9b96单片机板使用一个内置的特性实时工业连接,10/100以太网MAC /体育。应用程序通常有一个用户界面,允许用户请求数据从网络上的计算机或网络上提供数据发送。它使用一个标准协议,如超文本传输协议(HTTP)请求和发送Web页面。

三世。硬件设计

系统主要由以太网接口是一个内置的核心部分的设计,在手臂Cortex-M3芯片(Lm3s9b96)。单片机核心操作在80 MHz, 256 kB的flash, 96 kB SRAM, 32-ch DMA,一个32位的外部的外围接口,一个16兆赫内部精密振荡器,和罗预装StellarisWare驱动程序库,引导加载程序,AES加密查找表,一个循环冗余校验(CRC)功能,SafeRTOS通用RTOS内核和安全关键应用。LM3S9B96也特性实时工业连接,10/100以太网MAC / PHY, 2可以控制器,USB 2.0全速OTG /主机/设备,2 SSI / SPI控制器,2 I2C接口,i2接口,和3 uart,以及借助硬件支持工业网络利用IEEE 1588精密时间同步协议(PTP)。LM3S9B96单片机拥有先进的运动控制,包括8与死区控制型PWM输出,两个正交编码器输入精确位置监控、和4故障保护输入为低延迟关闭。微控制器还提供智能的模拟功能,包括3模拟比较器和16通道的高度准确的10位模拟数字转换——样本两个渠道的能力同时速度每秒1米的样品。最后,它提供了16个数字比较器,一个24位systick计时器,4个32位或8个16位通用定时器,2个看门狗定时器,一个低开断电压调节器,因此只有一个电源电压是必需的,灯火重置,加电复位控制器,65 GPIOs [3]。LM3S9B96董事会有内置的以太网接口模块提供和收集的数据上传到PC机通过以太网接口。图5显示了硬件接口的外部传感器对ADC和GPIO单一连接器和JTAG接口连接器用于调试的手臂Cortex-M3单片机板。

图3显示了功能块的系统。手臂cortex-m3微控制器用于控制一盏灯和监控一个被动红外传感器(PIR)运动检测。一扇门打开传感器和温度传感器也被整合,使其在其他应用程序使用。PIR传感器是一个热电装置,检测运动通过测量周围的物体发出的红外线水平的变化。这个运动可以通过检查发现高信号在一个I / O销,在当前的发展。和控制设备我们使用ULN2003继电器驱动电流放大[7]。

四、软件设计

嵌入式C编程语言的软件实现控制和监视事件,驻留在ARM微控制器。图6显示了流程的软件在目标系统上运行。设计来编译程序产生一个映射文件可以加载到目标板。在PC上运行时,凯尔可以直接编译存储器,加入BIOS在编译用户程序。随着网络技术的发展,TCP / IP协议已经写入了嵌入式系统,因此,嵌入式系统成为嵌入式网络系统,相应的控制器的嵌入式系统变成一个小型的网络服务器。直到那时底层设备的无缝链接与互联网变得真实,实现远程监控。LM3S9B96控制器安装了TCP / IP协议,所以很容易实现连接到互联网。

图6显示了流程的软件在目标系统上运行。设计来编译程序产生一个映射文件可以加载到目标板。在PC上运行时,凯尔可以直接编译存储器,加入BIOS在编译用户程序。随着网络技术的发展,TCP / IP协议已经写入了嵌入式系统,因此,嵌入式系统成为嵌入式网络系统,相应的控制器的嵌入式系统变成一个小型的网络服务器。直到那时底层设备的无缝链接与互联网变得真实,实现远程监控。LM3S9B96控制器安装了TCP / IP协议,所以很容易实现连接到互联网。

诉结果和讨论

该系统用于远程监视和控制的设备了。网络TCP / IP协议实现建立嵌入式web服务器和远程客户端之间的通信。远程监督控制器的目的是改善系统的性能,降低人工负担。Stellaris仪软件工具是用于查找IP地址、MAC地址、客户端IP和设备上运行的应用程序的名称。输入IP地址URL在任何标准的Web浏览器,可以找到这个Web页面,检查传感器值和I / O控制。在图中。7,ADC通道1到8连接到相应的传感器。在网页的左边有一个杂项设置由IP地址和端口的设置。这个示例页面有一个继电器控制选项用于控制电子/电气设备连接到目标板。每10秒钟,传感器的数据值更新。

六。结论

基于网络技术的远程监控和控制系统为嵌入式设备在这个研究项目的设计和实现。RMC系统采用浏览器/服务器模式,实现嵌入式设备的互连ARM处理器目标板。因此,远程用户可以访问,控制和管理嵌入式设备(ARM处理器通过远程监视和控制设备)使用一个标准的Web浏览器在互联网上。它有许多优点关于体积小,数据记录器,系统维护,工作时间长、性能稳定。它适用于各种工业控制、工业自动化、医疗仪器和反之亦然。

引用

王静,他惠明,基于arm的嵌入式视频监控系统的研究,2010年IEEE 978-1-4244-5540。
ARMCortex-M3Processorreferencemanual;http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0337e/DDI0337E_cortex_m3_r1p1_trm.pdf彼得森,l . l . 1993。
Stellaris单片机设备LM3S9B96数据表;http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3s9b96.pdf。
弗雷德Halsall、数据通信、计算机网络和开放系统[M]。北京:机械工业出版社,2004年,pp.572·580。
Keil-4IDEUser手动http://www.keil.com/support/man/docs/uv4/。
斯拉贾。b等。“基于web的远程嵌入式监控系统的设计”。国际期刊的技术和工程系统(它),2011 - vol.2.no.2 Jan-March。
拉克希斯瓦米R et al .,“嵌入式实时的基于Web的应用程序的远程监测和控制MST雷达发射机”(2012),传感器和传感器日报,Vol.136,问题1,2012年1月,pp.96 - 104, ISSN 1726 - 5479。