基于ARM處理器S3C2440的無紙記錄儀的設計

江蘇省淮安生物工程高等職業學校 陳友明

1.概述

隨著電子技術及工業自動化的快速發展，無紙記錄儀的發展也應運而生，對于以往的操作單一、存儲容量小、實時性差及精度不高的記錄儀，已不能滿足當今企業的發展需求。嵌入式ARM處理器具有強大的硬件接口，大容量存儲以及處理速度快等特點，為無紙記錄儀的發展帶來了無限的發展空間。

無紙記錄儀摒棄了傳統有紙記錄儀中使用的記錄筆和記錄紙，提高了記錄儀本身的質量，增強了記錄儀的穩定性和可靠性，更重要的是降低了記錄儀的運行成本。無紙記錄儀是將工業現場的各種需要監視記錄的輸入信號，比如流量計的流量信號、壓力變送器的壓力信號、熱電阻和熱電偶的溫度信號等，通過高性能32位ARM微處理器進行數據處理，一方面在大屏幕液晶顯示屏幕上以多種形式的畫面顯示出來，另一方面把這些監察信號的數據存放在本機內的大容量存儲芯片內，以便在記錄儀上直接進行數據和圖形查詢、翻閱和打印。無紙記錄儀主要應用場合為：冶金、石油、化工、建材、造紙、食品、制藥、熱處理和水處理等各種工業現場。

2.無紙記錄儀的系統結構

目前ARM嵌入式芯片以它的功能強大，處理速度快及可移植操作系統統等功能特點受到了廣泛關注。以ARM作為記錄儀的核心控制器，將為無紙記錄儀的發展提供了一個更高的平臺。

Samsung S3C2440是一款輕量級微處理器，價格便宜、內部資源豐富。基本參數：ARM920T內核，400M主頻，最高可達到533M，支持NAND FLASH、NORFLASH、SDRAM、支持STN/TFT LCD、4通道DMA、3通道UART、2通道SPI、IIC總線、IIS/AC97音頻控制器、SD/MMC控制器、2通道USB HOST 1通道USB DEVICE、4通道PWM、8通道A/D轉換、觸摸屏控制器、RTC、CMOS攝像頭、多功能I/O及多種電源管理。

系統框圖如圖1所示。

3.嵌入式Linux系統及用戶界面設計

在眾多嵌入式操作系統中，Linux目前發展最快、應用最為廣泛。性能優良、源碼開放的Linux具有體積小、內核可裁減、網絡功能完善、可移植性強等諸多優點，非常適合作為嵌入式操作系統。一個最基本的Linux操作系統應該包括：引導程序、內核與根文件系統三部分。

圖1 系統結構框圖

圖2 RS-485總線通訊結構圖

Linux對S3C2440處理器支持得相當好，操作系統內核和應用程序都是開放源碼的。因此，Linux可以完全按照自己的需要裁減配置系統，使得尺寸更小，而且Linux操作系統性能比Windows操作系統性能更優越。另外，可以避免支付Windows產品的版稅。S3C2440在Linux社區有龐大的用戶群，可以獲取豐富的開發調試信息。我們選擇Linux作為記錄儀的操作系統。

由于圖形界面要求并不復雜，可以選擇Qt/Embeded圖形系統。Qt/Embeded是面向嵌入式系統的Qt版本，是Qt的嵌入式Linux窗口，是完整的自包含C++ GUI和基于Linux的嵌入式品臺開發工具。Qt/Embeded API可用于多種開發項目。許多基于Qt的X Window程序可以非常方便地移植到嵌入式版本。

Qt/Embedded的底層圖形引擎基于framebuffer。framebuffer是一種驅動程序接口，它將顯示設備抽象為幀緩沖區。該驅動程序的設備文件一般是/dev/fb0、/dev/fb1等。對用戶而言，它和/dev下的其他設備沒有什么區別，用戶可以把framebuffer看成一塊內存，既可以從這塊內存中讀取數據，也可以向其中寫入數據，而寫操作立即反應在屏幕上。為運行Qt/Embedded，嵌入式Linux內核要支持framebuffer。

Qt/Embedded是Qt的面向嵌入式應用的簡化版本，它包括一組完備的GUI類、操作系統封裝、數據結構類、功能類和組合類。大部分Qt的應用程序可以經過簡單的編譯與重設窗口大小移植到Qt/Embedded。

4.Linux環境下RS485通訊設計

RS485總線通訊結構如圖2所示，主站是一臺主機，從站是多臺智能儀表。從站通訊端口為RS-485物理協議，每臺儀表分配唯一的地址，通訊總線接至控制室后經232/485適配器轉換為RS-232物理接口接入主。

在Linux環境下，串口等終端設備都被當做文件來看待，串口文件名為ttys0，后面是ttys1、ttys2等，在Linux中，打開串口設備和打開普通文件一樣，使用的是open()系統調用；fd=open(“/dev/ttys0”，O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK)；該函數打開串口COM1，并返回一個整型值的串口文件描述符fd。函數的第二個參數用來說明此函數的多個選型，它是定義在＜fcntl．H＞頭文件中的一個或多個常量的或運算：O＿RDONLY只讀打開、O＿WRONLY只寫打開、O＿RDWR讀寫打開，這三個常量必須指定一個且只能指定一個。

5.Linux環境下Qt串口通信編程

6.結束語

本文較全面地描述了基于ARM的無紙記錄儀的設計思路，系統地闡述了無紙記錄儀的硬件和軟件設計。隨著嵌入式系統的發展和嵌入式ARM芯片在工業現場儀表上的不斷應用，功能更強大的新型工業智能儀表將不斷涌現。

[1]周立功.ARM嵌入式系統基礎教程(第二版)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008.

[2]孫瓊.嵌入式Linux應用程序開發詳解[M].

[3]楊兆光.基于ARM的無紙記錄儀系統設計[J].微型計算機信息,2005.