基于Linux和s3C2440的GPC控制器设计

　　近年来，基于Internet的网络化控制系统已成为国内外测控领域研究的热点，在石油勘探开发、钢铁化工等领域有着广阔的应用前景。而控制器的设计和研发是整个网络控制系统的关键和核心。在一些地域高度分散以及环境恶劣的控制现场，使用嵌入式系统作为控制器节点，可更有利于多点分布式综合布控及并行处理，实现更好的测控效果。然而由于网络传输本身的特点，网络时延会不可避免地影响网络控制系统的控制性能和稳定性，因此本文提出基于S3C2440A及嵌入式Linux的GPC(Generalized PredictiveControl)控制器的设计方案，具有一定的通用性。

　　1 控制器硬件平台设计

　　控制器节点是嵌入式网络化测控系统的中心。在测控系统中，主控制器承担着控制算法的实现和数据采集两大任务，这要求控制器节点的硬件平台有更强的计算能力，以及更好的网络性能。本文中控制器的硬件平台采用三星公司的S3C2440，外围设备主要有RAM、Flash等。控制器的硬件平台结构如图1所示。

　　(1)S3C2440处理器简介

　　本系统采用三星公司的16/32位RISC微处理器S3C2440AL作为控制器核心。S3C2440AL的一大特点是其核心处理器(CPU)采用16/32位ARM920T的RISC微处理器。ARM920T实现了MMU、AMBA BUS和Har-vard高速缓冲体系结构。系统资源和外围接口丰富，包括电源管理器、外部存储器控制器、4通道DMA、3通道UART、8路10位ADC和GPIO等。

　　(2)外围电路简介

　　控制器外围电路主要由存储器电路模块、通信模块以及JTAG调试电路等构成。其中存储器电路模块采用2片HY57V561620FTP芯片作为外扩SDRAM;采用1片SST39VF1601(2 MB)芯片作为NOR Flash，用于存放bootloader程序;采用1片K9F1208芯片(64 MB)作为NAND Flash，用于存放操作系统以及文件系统。在通信模块中采用DM9000网卡芯片和网络变压器HR911103A，以实现以太网接口的设计;同时设计了USBhost接口电路，为下一步实现WLAN通信提供接口。A/D和D/A接口电路实现数据的采集和控制信号的发出。

　　2 控制器软件平台设计

　　2.1 软件平台整体结构

　　控制器节点软件体系结构如图2所示。其中最底层为设备驱动程序层，主要进行处理器初始化和驱动各外设电路模块;第2层为嵌入式Linux操作系统，主要管理系统的软硬件资源、上层应用，以及操作底层驱动接口;第3层为Web服务器，以实现控制器的：Browser/Server访问控制;第4层为应用程序，主要包括实时数据库、GPC控制算法和时钟同步应用程序。

　　2.2 bootloader的配置和编译

　　首先在宿主机的Linux下建立arm-linux-gcc-2.95.3交叉编译环境，将vivi.tgz解压缩到Linux的相应目录下，进入vivi目录，执行make menuconfig命令进入vivi配置界面，对vivi的参数进行配置。完成配置之后，进行编译，此时已经在当前目录下生成了vivi。可使用H-JTAG将vivi烧写到NAND Flash运行。

　　2.3 Linux的移植

　　(1)编译Linux内核

　　首先在宿主机的Linux下建立arm-linux-gcc-3.4.1交叉编译环境，然后将Liunx-2.6.13.tgz解压缩到Linux的某一目录下，执行make menuconfig命令进入内核配置界面，定制Linux内核，包括配置CPU选项、网卡声卡驱动、串口、对yaffs文件系统的支持等选项。完成定制之后，保存设置退出。然后对内核进行编译，即可生成内核映像文件zImage。

　　(2)制作yaffs文件系统

　　制作yaffs文件系统映像需要使用mkyaffsimage工具程序。首先将其解压缩到/usr/sbin目录下，然后将文件系统解压缩到Linux某一目录下，此时用户可以将自己编写的应用程序或其他文件添加到文件系统中。添加完毕后使用mkyaffsimage命令即可得到root.img镜像文件。最后可使用H-JTAG将生成的映像文件烧写到NAND Flash运行。

　　2.4 Boa服务器的移植和构建

　　在网络化测控系统中，每个测控节点都需要使用Web浏览器进行监控和数据交互。Web服务器作为一个数据载体，可以将本地的信息和数据通过网络传递给远端发出请求的客户，这对远程网络化监控的实现有重要意义。因此Web Server的移植成为一项必不可少的工作。Boa的优点在于其源代码开放、性能好和可靠性高。本文中Web Server的构建也是基于Boa展开的。

　　首先在官方网站上下载Boa的源码boa-0.94.13.tar.gz，解压缩到Linxu宿主机的某一目录下，然后进入src目录，执行./congfig命令，生成Makefile.in文件。由于生成的Makefile文件是针对X86平台的，为了生成能够在ARM上运行的Boa，需要修改Makefile文件。找到CC=gcc，CPP=gcc-E这两行，并修改为CC=arm-linux-gcc，CPP=arm-linux-gcc-E;然后使用make命令进行编译，编译成功后会在src目录下生成1个可运行在ARM平台下的Boa可执行文件，然后将编译好的Boa程序放入，/sbin目录下。

　　在目标板上运行Boa之前，还需要对boa.conf文件进行配置。boa.conf文件主要包含的boa基本参数：Port，boa服务器监听的端口;User，连接到服务器的客户端的身份;DocumentRoot，HTML文件的根目录。用户可以根据自己的需要进行设置，设置完毕后进入sbin目录，直接运行Boa就可以直接启动Web服务器。