CN109660498A - 基于嵌入式系统的数据采集系统网络 - Google Patents

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Abstract

基于嵌入式系统的数据采集系统网络,设计了适用于数据采集系统的网络传输协议。选择基于传输控制协议/网间协议TCP/IP模型及TCP协议套接字完成以太网通信任务。分析了通过TCP协议套接字在嵌入式监控系统中的传输层完成以太网通信的方法。并结合编程加以实现。这里的讨论为数据采集系统的网络化提供了一个很好的解决方案。由于主从处理器之间接口电路采用了可编程器件FPGA设计,该以太网接入模块的功能结构模型具有一定的通用性,能够满足多种数据采集终端。设计的网络传输协议,通过参数信息来协调连接的双方,达到一定的服务质量保证和传输实时性的权衡,以满足不同需求的应用。

Description

基于嵌入式系统的数据采集系统网络
所属技术领域
本发明涉及一种数据采集系统接入，尤其是数据采集系统网络接入模块是基于以太网的设计。
背景技术
在数据采集、处理和控制系统中,网络化是必然的方向。就数据采集系统的应用而言,数数据采集系统可以被单独设计,以满足环境对其体积、形状、耐一温等各方面的苛刻要求,胜任工作。而后方的监控中心则可以较少考虑甚或不需要考虑这样的苛刻要求。在信号检测、数据采集．处理和控制系统中，对于数据采集系统的应用而言，数据采集终端和嵌入式网络处理控制系统的集成简化了分布采集上网的设备繁琐配置和系统的复杂度。大大降低了成本、功耗和体积，带来了系统的灵活性，使得系统的应用更加广。
数据采集终端和监控中心的分离,还简化了系统的复杂度。在大多数类型的网络结构中,都可以做到一个功能强大的监控中心连接多个以及多种数据采集终端,这些终端一可以位于不同的位置,完成不同的数据采集任务,而一体化的系统一般而言无法做到。标准以太网是比较合适的数据采集系统的联网方式。以太网的数据速率能够满足大多数的数据采集系统的要求,有一定的传输距离,建网非常简单方便,网络协议也很成熟,网络稳定可靠而且易用,也比较廉价。
在基于以太网的信号分析系统中，由于数据的传送可以通过TCP/IP协议进行。其所具有的网络功能并不要求作为上位机的PC机与下位机（数据采集分析仪）处在同一局域网内，只要能连上Internet而且带宽满足要求，便可以在任何地点、任何时间采集和分析数据，并进行远程测试、诊断。基于以上分析，提出了一种基于嵌入式系统的实时数据采集系统网络接入的设计与实现方案。
发明内容
本发明提供一种基于嵌入式的数据采集系统网络接入模块设计，对降低成本，缩小体积，提高灵活性，实现系统的更广泛应用有重要意义。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
这里讨论的网络接入模块即是基于以太网的设计。数据采集终端和远程处理控制中心通过以太网连接，远程诊断控制中心的网络模块一般可以通过一些常规的方式实现,如以计算机为基础的处理中心可以很简便地使用以太网卡接入以太网。而数据采集终端则可能受限于体系结构、实现方式等原因,需要量身定做其以太网接入功能模块。通过对多种数据采集系统的分析研究,适合于一般数据采集终端单元,采用嵌入式系统结构,功能集成在单板(SystemonBoard,SOB)形式的网络模块功能结构模型。数据接口可以将接收到的数据直接写入缓存单元, 或者交由中央控制单元写入缓存。数据接口由中央控制单元所控制。缓存单元缓存数据, 容量可由应用需要所决定。中央控制单元协调各接口的工作, 管理缓存, 实
现网络协议, 将数据交由以太网接口发送, 并从以太网接口获得信息。以太网接口完成以太网的物理接入、发送和接收以太帧。利用Altera公司的FPGA芯片RP1C6器件中的RAM结构，采用了一种高效率实现一步FIFO的方法。
采用嵌入式单片机S3C4510B 作为中央控制单元。嵌入式单片机包含了以太网MAC控制, 只要加上物理层芯片,通过隔离滤波器及RJ45 接口即可方便地接入以太网。该嵌入式的网络单片机能较方便地实现TCP/IP 网络协议栈, 完成与远程诊断控制处理中心交换数据和信息的工作。远程诊断控制处理中心可以通过网络对接入模块以至数据采集终端进行配置。也可以通过RS232 控制接口对接入模块进行配置。从系统硬件采用TI 公司的TMS320C5416 作为数字信号处理器, 用Altera 公司的FPGA 芯片EP1C6 作为系统的逻辑控制单元及主从系统配置电路, 采用EEPROM为FPGA 加载程序; 同时利用HPI 技术, 完成TMS320C5416 与ARM 处理器S3C4510B 的数据交换。本系统还可通过串口与当地PC 进行通信, 增加了系统的通用性、灵活性。
本发明的有益效果是，根据数据采集系统的要求,针对嵌入式网络通信设计的特点,研究并给出了数据采集终端网络接入模块的功能结构模型,设计了适用于数据采集系统的网络传输协议。选择基于传输控制协议/网间协议TCP/IP模型及TCP协议套接字完成以太网通信任务。分析了通过TCP协议套接字在嵌入式监控系统中的传输层完成以太网通信的方法。并结合编程加以实现。这里的讨论为数据采集系统的网络化提供了一个很好的解决方案。由于主从处理器之间接口电路采用了可编程器件FPGA设计,该以太网接入模块的功能结构模型具有一定的通用性,能够满足多种数据采集终端。设计的网络传输协议,通过参数信息来协调连接的双方,达到一定的服务质量保证和传输实时性的权衡,以满足不同需求的应用。测试表明,数据传输实时正确,运行稳定。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是嵌入式网络模块模型结构。
图2是DM9161与S3C4510B的连接框图。
图3是网络通信的编程实现流程框图。
具体实施方式
在图1中，数据接口可以将接收到的数据直接写人缓存单元, 或者交由中央控制单元写人缓存。数据接口由中央控制单元所控制。缓存单元缓存数据, 容量可由应用需要所决定。中央控制单元协调各接口的工作, 管理缓存, 实现网络协议, 将数据交由以太网接口发送, 并从以太网接口获得信息。以太网接口完成以太网的物理接人、发送和接收以太帧。
在图2中，设计采用DM9161为物理层接口，DM9161支持10M/100M以太网传输, 是一款高性能低功耗CMOS器件。其与S3C4510B的连接框图如图所示，信号的发送和接收端通过网络隔离变压器ST451030和RJ45接口传入媒体。
在图3中，在uCLinux中进行socket编程, 按图所示流程编写网络应用程序。通常,在PC机上, 使用gcc对程序进行编译连接, 并运行通过。但若要将某个程序(如客户机端的程序) 写到目标开发板的闪存中去, 因在uCLinux操作系统下仅支持flat格式的文件, 因此需编写makefile文件完成对应用程序的编译和格式转换工作。

Claims (5)

1.基于嵌入式系统的数据采集系统网络,包括功能结构设计、以太网数据通讯设计、网络硬件接口设计和uCLinux环境下的Socket编程设计。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数据采集系统网络，其特征在于适合于一般数据采集终端单元,采用嵌入式系统结构,功能集成在单板(SystemonBoard,SOB)形式的网络模块功能结构模型。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数据采集系统网络，其特征在于，提出了一种基于以太网通信的面向连接的传输控制协议(TCP协议) 的嵌入式系统, 此系统利用单片机直接对Ethernet发来的数据包解包分析, 并能按照TCP/IP协议正确打包和发送。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数据采集系统网络，其特征在于，采用嵌入式单片机S3C4510B作为中央控制单元,嵌入式单片机包含了以太网MAC控制, 只要加上物理层芯片，通过远离滤波器RJ45接口即可方便接入以太网。
5. 根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的数据采集系统网络，其特征在于所在uCLinux操作系统下仅支持flat格式的文件, 因此需编写makefile文件完成对应用程序的编译和格式转换工作。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110958146A (zh) * 2019-11-29 2020-04-03 中国舰船研究设计中心 一种基于fpga的以太网数据实时分析设备
CN114398302A (zh) * 2021-12-13 2022-04-26 中国电子科技集团公司第四十七研究所 Poe供电的自适应协议嵌入式空管设备数据采集单元

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