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基于嵌入式Ethernet结构的网络测试系统 |
| 摘 要：本文阐述了嵌入式Ethernet结构的特点，设计了一种新的网络测试系统。该系统包括嵌入式Ethernet控制板的开发以及外围电路的网络拓扑结构，它提供了一个网络测试环境，能够更快速、多任务地实现数据采集的传输和处理，该系统已经在空调生产检测上得到了很好的应用。 关键词：嵌入式系统 Ethernet mClinux 检测 1 引言 嵌入式系统的开发与应用是目前发展的一个热点，随着嵌入式技术的发展，它所带来的应用使得小型化、多任务化的嵌入式控制器开发成为可能。本文结合Ethernet结构的特点，自主研制开发了一种以ARM和mClinux为开发环境的嵌入式控制器，成功地应用到空调电控板的各项性能参数在线实时检测。 2 嵌入式Ethernet系统结构【1】 系统结构如图1所示。  嵌入式Ethernet系统大致为三层架构： 1） 远程终端 主要用于远程数据管理，一般企业高层管理层可以通过Internet调用在线检测数据以便做决策分析，也可以发送指令给本地终端，实时控制检测流程。 2） 本地服务器或终端 现场车间或者检测中心可以通过本地Ethernet网关，及时地调用数据以及将有效数据存入本地数据库服务器。 3） 现场检测 通过自主研发的嵌入式控制器，可以将检测对象的参数（例如电流、电压、脉冲以及温度）采集进来，并可以根据需求调整检测精度和进行数据处理。该环节本文将在后面做详细说明。 3 嵌入式Ethernet控制器设计【2】【3】【5】 如图2所示为控制器的硬件结构图。  嵌入式Ethernet控制器的开发，CPU是系统的核心部分，负责内存的分配、线程调用以及所有设备的控制。RAM和FLASH是系统的存储部分，用于数据的存储以及地址的分配。端口含概了目前最为流行的以太网接口、USB接口和RS232/485接口。另外，总线技术采用了当前最为先进的PXI总线标准，能够实现现场数据的高速采集和可靠输出。此外，还配备了HMI（人机操作界面），便于现场检测的参数调整以及流程的控制。 控制器的操作系统采用ARM装载mclinux架构。 选用mClinux是因为mClinux具有以下特点： 1） 取消了内存管理单元MMU，具有完整的网络功能。 2） 完备的文件系统支持，采用了romfs文件系统作为根文件系统，相对于一般的ext2文件系统要求更少的空间。 3） 使用了flat可执行文件格式：elf格式有很大的文件头，flat文件对文件头和一些段信息做了简化。 4） 体积小，可移植性强。 在开发过程中，还建立了一种交叉编译环境，既基于以太网下的调试将本地终端和控制器接入到局域网中，做法是在本地终端上安装RedHat Linux9.0操作系统，并同时安装针对ARM开发的工具链arm-elf-tools。这样，在本地终端上编辑和编译好的用户程序，就可以通过以太网，将编译后的可执行文件下载到控制器的CPU里来运行。 此嵌入式Ethernet控制器已调试通过正常运行，具有很高的集成度和实时性等特点。 4 应用方案【4】  商用空调网络测试系统图如图3所示，商用空调一般是由一台主机和若干分体机构成，结构较一般家用空调复杂，需要测量的参数很多，包括各机的整机电流、电压、压缩机电流、风速脉冲、温度和频率以及它们之间的通讯协议等。通过本地的工控机上的数据采集卡将所有的这些参数采集进来，在经过PXI总线将数据实时下载到嵌入式控制器的CPU进行计算和数据分析。数据库服务器可以通过Ethernet存储控制器传输过来的数据，也同时可以响应远程服务器发来的指令，根据流程来进行检测和数据调用，同时可以生成报表打印，供用户管理层做决策分析。 另外，图2中所示，嵌入式控制器还兼容了很多接口，如USB接口、RS232/485接口等可以满足不同型号空调所需要的各种特殊数据通讯接口。也可以通过控制器外围的HMI人机界面来进行本地操作，比如参数的设定和校准、测试流程控制以及数据监控等。 5 结束语 Ethernet以太网应用到嵌入式领域，进入到控制网络是当前智能检测的趋势。本文的创新点是以嵌入式技术为核心，采用高速、多通道的数据采集系统，高精度、高抗干扰、模块式信号采集解析技术及故障诊断技术，具有技术新颖性;通过数据融合技术，结合Ethernet技术将生产现场的智能家电控制主板自动测试装置连接到嵌入式控制器，组成一个统一的自动测控系统。该系统自投入运行，工作性能可靠，运行稳定，满足了厂家对空调产品质量的测试要求，使网络测试工作的效率提高了30%-40%。 另外，本文通过将嵌入式Ethernet技术应用到网络测试系统中，以及探索了一种有益的应用方案，为嵌入式以太网的深入研究有很好的借鉴意义和参考价值。 |