CN104516839B - 一种嵌入式应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌入式应用系统，其包括实时操作系统、嵌入式ARM微处理器、驱动程序接口、时间同步电路、以太网通信接口、通信扩展容错处理器和图形用户界面，本发明能够实现对嵌入式应用系统的实时操作，通过设置驱动程序接口，能够大大的提高图形加速的速度，使得嵌入式应用系统具备了硬件图形加速能力，通过设置时间同步电路，能够使得指两个或两个以上嵌入式应用系统的绝对时间信息始终保持同步，通过设置以太网通信接口，能够实现快速的通信，而设置通信扩展容错处理器和图形用户界面，能够使得嵌入式设备在运行过程中出现故障时，能够及时无法恢复或告警，以免影响日常生产。

Description

一种嵌入式应用系统

技术领域

本发明所涉及一种应用系统设备，具体为一种嵌入式应用系统，属于计算机设备及系统技术领域。

背景技术

嵌入式应用系统是嵌入到其他产品内部的计算机，是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专业计算机。嵌入式应用系统是面向用户、面向产品、面向应用的，常见的PDA、手机、路由器、DVD VCD播放机、MP3播放器、HDTV、自动取款机等都是很好的嵌入式应用系统的例子。嵌入式系统的发展有很长的历史。从上个世纪70年代第一片微处理器问世以来，嵌入式系统一直由应用推动着发展。20世纪90年代后，硬件平台不断更新，不断有新技术，新产品在嵌入式系统中得到应用，嵌入式应用系统的研究出现了质的飞跃。因此，面对各种应用需求的不断涌现，形成一种或几种在某一领域或范围内通用的系统平台成为可能，更具有重要的现实意义。

发明内容

本发明为了解决现有嵌入式应用系统的不足，在此基础上，提供了一种使用更加方便、性能更加可靠，通信功能更加方便、强大，处理能力更加突出的嵌入式应用系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种嵌入式应用系统，其包括实时操作系统、嵌入式ARM微处理器、驱动程序接口、时间同步电路、以太网通信接口、通信扩展容错处理器和图形用户界面，其特征在于，所述的实时操作系统中设置有CUP时间计时器、中断器、I/O接口、定时器、设备驱动程序存储器、中断服务程序执行器和存储分配器；所述的嵌入式ARM微处理器为EP9315微处理器，所述的嵌入式ARM微处理器与所述驱动程序接口相连接，所述驱动程序接口为能够获得显示内存大小、显示分辨率、显示像素结构、每扫描线的字节宽度以及伪彩色模式下的调色板信息的FrameBufer设备；所述时间同步电路的时间精度误差不大于1ms，且所述时间同步电路与嵌入式应用系统的接口采用8位数据总线、3位地址总线、1位读控制线、1位片选线、2为状态线的并行接口；所述以太网通信接口采用W5300固件网络控制接口芯片构成的网络接口电路，所述网络接口电路包括S3C2440A芯片、W5300芯片、网络状态指示LED灯、网络变压器以及RJ-45接口元器件；所述通信扩展容错处理器包括进程状态检测模块、故障处理模块、通信模块、故障报告模块和控制模块；所述图形用户界面采用服务器体系结构的GUI系统，其包括三层结构，最底层为面向图形输出和键盘、鼠标或触摸屏的驱动，中间层提供底层硬件的接口，并进行窗口管理，最高层分别提供兼容于X Window和Windows CE的API。

进一步，作为优选，所述通信扩展容错处理器的状态监测模块用于收集、记录任务状态信息，作为故障处理的依据；所述故障处理模块为根据监测模块收集的任务运行状态信息，判断任务故障的类型，并选择相应的故障恢复策略进行处理，恢复系统正常运行状态；所述故障报告模块将故障的相关信息以日志的形式组织起来，一份保存在本机，一份通过网络上传给远程服务器，为开发或维修人员分析故障原因提供依据；所述通信模块通过网络与服务器之间建立通信，提供一组通信接口，实现本机和远程之间的信息交互；所述控制模块用于建立与硬件层看门狗的单点通信，周期性地检测进程其他模块运行状态并进行喂狗。

进一步，作为优选，所述时间同步电路包括FPGA EPM240T1100C3芯片、MCU芯片AT89C2051和GPS GSU-25芯片，且所述时间同步电路提供的并行接口可与任何嵌入式应用系统进行连接。

进一步，作为优选，本发明还包括降额模块和电磁兼容模块，所述的降额模块的元器件应力分析的功率和耐压系数选取为0.35-0.4之间。

进一步，作为优选，本发明还包括电源模块、RS422模块、时钟模块和USB模块。

本发明的有益效果在于，本发明采用实时操作系统和嵌入式ARM微处理器，能够实现对嵌入式应用系统的实时操作，通过设置驱动程序接口，能够大大的提高图形加速的速度，使得嵌入式应用系统具备了硬件图形加速能力，通过设置时间同步电路，能够使得指两个或两个以上嵌入式应用系统的绝对时间信息始终保持同步，使这些嵌入式应用系统在长期运行过程中彼此间的相对时间误差始终小于系统允许的误差，通过设置以太网通信接口，能够实现快速的通信，而设置通信扩展容错处理器和图形用户界面，能够使得嵌入式设备在运行过程中出现故障时，能够及时无法恢复或告警，以免影响日常生产，甚至造成企业损失，有效的降低了设备数量庞大时维护过程繁琐且费用昂贵的问题。

附图说明

图1是本发明的一种嵌入式应用系统的结构原理示意图；

图2是本发明的一种嵌入式应用系统的时间同步电路原理示意图；

图3是本发明的一种嵌入式应用系统的以太网通信接口电路原理示意图；

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种嵌入式应用系统，其包括实时操作系统、嵌入式ARM微处理器、驱动程序接口、时间同步电路、以太网通信接口、通信扩展容错处理器和图形用户界面，实时操作系统中设置有CUP时间计时器、中断器、I/O接口、定时器、设备驱动程序存储器、中断服务程序执行器和存储分配器；嵌入式ARM微处理器为EP9315微处理器，EP9315是Cirrus Logic公司推出的嵌入式ARM微处理器，它内嵌一个类似于协处理器的硬件图形加速引擎，承担系统处理器的图形处理操作，通过处理块复制、块填充和硬件画线操作提高图形处理能力。该图形加速器最高可支持1280×1024的分辨率，支持4、8、16或24bpp(bitpixel)的象素深度，能够完成象素组织、块宽度、透明度以及1bpp到较高的4、8、16、24bpp的映射。它的块拷贝操作很类似于DMA传输，画线操作同时支持实画线和点画线，线的颜色可以选择前景颜色和背景颜色、或有透明背景的前景颜色，还可以用一个中断来表明错误命令所导致的异常终止或结束。嵌入式ARM微处理器与驱动程序接口相连接，驱动程序接口为能够获得显示内存大小、显示分辨率、显示像素结构、每扫描线的字节宽度以及伪彩色模式下的调色板信息的FrameBufer设备；FrameBufer是出现在Linux内核2.2.xx及其以上版本当中的一种驱动程序接口，一般作为一种构建图形系统的基础。这种接口将显示设备抽象为帧缓冲区，用户可以将它看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地址空间之后，就可以直接进行读写操作，而写操作可以立即反应在屏幕上。在应用程序中，一般通过将FrameBufer设备映射到进程地址空间的方式使用，操作为：打开dev fb设备，并通过mmap系统调用进行地址映射，随后用memset将其所对应的屏幕清空。FrameBufer设备还提供一些ioctl命令，通过这些命令，可以获得显示设备的一些固定信息(比如显示内存大小)、与显示模式相关的可变信息(比如分辨率、象素结构、每扫描线的字节宽度)，以及伪彩色模式下的调色板信息等等。在获得了加速芯片类型之后，应用程序就可以将PCI设备的控制寄存器映射到进程的地址空间。通过对这些寄存器的操作，应用程序就可以控制特定显卡的加速功能。

时间同步电路的时间精度误差不大于1ms，且时间同步电路与嵌入式应用系统的接口采用8位数据总线、3位地址总线、1位读控制线、1位片选线、2为状态线的并行接口；以太网通信接口采用W5300固件网络控制接口芯片构成的网络接口电路，如图3所示，网络接口电路包括S3C2440A芯片、W5300芯片、网络状态指示LED灯、网络变压器以及RJ-45接口元器件；通信扩展容错处理器包括进程状态检测模块、故障处理模块、通信模块、故障报告模块和控制模块；图形用户界面采用服务器体系结构的GUI系统，其包括三层结构，最底层为面向图形输出和键盘、鼠标或触摸屏的驱动，中间层提供底层硬件的接口，并进行窗口管理，最高层分别提供兼容于X Window和Windows CE的API。

在本实施例中，通信扩展容错处理器的状态监测模块用于收集、记录任务状态信息，作为故障处理的依据；故障处理模块为根据监测模块收集的任务运行状态信息，判断任务故障的类型，并选择相应的故障恢复策略进行处理，恢复系统正常运行状态；故障报告模块将故障的相关信息以日志的形式组织起来，一份保存在本机，一份通过网络上传给远程服务器，为开发或维修人员分析故障原因提供依据；通信模块通过网络与服务器之间建立通信，提供一组通信接口，实现本机和远程之间的信息交互；控制模块用于建立与硬件层看门狗的单点通信，周期性地检测进程其他模块运行状态并进行喂狗。

如图2所示，时间同步电路包括FPGA EPM240T1100C3芯片、MCU芯片AT89C2051和GPS GSU-25芯片，且时间同步电路提供的并行接口可与任何嵌入式应用系统进行连接，GPSGSU-25芯片为一个授时型的GPS模块，该模块定位后的时间精度小于1μs，正常情况下，开机十几秒即可定位，不需要人工调整，没有积累误差。

此外，为了提高嵌入式应用系统的可靠性，本发明还包括降额模块和电磁兼容模块，降额模块的元器件应力分析的功率和耐压系数选取为0.35-0.4之间。本发明还包括电源模块、RS422模块、时钟模块和USB模块。

本发明能够实现对嵌入式应用系统的实时操作，通过设置驱动程序接口，能够大大的提高图形加速的速度，使得嵌入式应用系统具备了硬件图形加速能力，通过设置时间同步电路，能够使得指两个或两个以上嵌入式应用系统的绝对时间信息始终保持同步，使这些嵌入式应用系统在长期运行过程中彼此间的相对时间误差始终小于系统允许的误差，通过设置以太网通信接口，能够实现快速的通信，而设置通信扩展容错处理器和图形用户界面，能够使得嵌入式设备在运行过程中出现故障时，能够及时无法恢复或告警，以免影响日常生产，甚至造成企业损失，有效的降低了设备数量庞大时维护过程繁琐且费用昂贵的问题。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种嵌入式应用系统，其包括实时操作系统、嵌入式ARM微处理器、驱动程序接口、时间同步电路、以太网通信接口、通信扩展容错处理器和图形用户界面，其特征在于，所述的实时操作系统中设置有CPU时间计时器、中断器、I/O接口、定时器、设备驱动程序存储器、中断服务程序执行器和存储分配器；所述的嵌入式ARM微处理器为EP9315微处理器，所述的嵌入式ARM微处理器与所述驱动程序接口相连接，所述驱动程序接口为能够获得显示内存大小、显示分辨率、显示像素结构、每条扫描线的字节宽度以及伪彩色模式下的调色板信息的FrameBufer设备；所述时间同步电路的时间精度误差不大于1ms，且所述时间同步电路与嵌入式应用系统的接口采用8位数据总线、3位地址总线、1位读控制线、1位片选线、2位状态线的并行接口；所述以太网通信接口采用W5300固件网络控制接口芯片构成的网络接口电路，所述网络接口电路包括S3C2440A芯片、W5300芯片、网络状态指示LED灯、网络变压器以及RJ-45接口元器件；所述通信扩展容错处理器包括进程状态检测模块、故障处理模块、通信模块、故障报告模块和控制模块；所述图形用户界面采用服务器体系结构的GUI系统，其包括三层结构，最底层为面向图形输出和键盘、鼠标或触摸屏的驱动，中间层提供底层硬件的接口，并进行窗口管理，最高层分别提供兼容于X Window和Windows CE的API；所述通信扩展容错处理器的状态检测模块用于收集、记录任务状态信息，作为故障处理的依据；所述故障处理模块为根据监测模块收集的任务运行状态信息，判断任务故障的类型，并选择相应的故障恢复策略进行处理，恢复系统正常运行状态；所述故障报告模块将故障的相关信息以日志的形式组织起来，一份保存在本机，一份通过网络上传给远程服务器，为开发或维修人员分析故障原因提供依据；所述通信模块通过网络与服务器之间建立通信，提供一组通信接口，实现本机和远程之间的信息交互；所述控制模块用于建立与硬件层看门狗的单点通信，周期性地检测进程其他模块运行状态并进行喂狗。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式应用系统，其特征在于，所述时间同步电路包括FPGA EPM240T1100C3芯片、MCU芯片AT89C2051和GPS GSU-25芯片，且所述时间同步电路提供的并行接口可与任何嵌入式应用系统进行连接。

3.根据权利要求1所述的一种嵌入式应用系统，其特征在于，还包括降额模块和电磁兼容模块，所述的降额模块的元器件应力分析的功率和耐压系数选取为0.35-0.4之间。

4.根据权利要求1所述的一种嵌入式应用系统，其特征在于，还包括电源模块、RS422模块、时钟模块和USB模块。