CN1901453A - 嵌入式远程集中维护设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式远程集中维护设备及方法，它包括一个系统控制微处理器；一个通过数据总线和地址总线与微处理器相连接的外围存储扩展电路；一个网络接口电路和一个串行通信接口电路。在上述硬件平台上运行uclinux操作系统，uclinux操作系统自带完整的TCR/IP协议栈。启动过程中，系统从存储芯片中读取IP地址和MAC地址数据，然后进行IP地址和MAC地址网络参数的配置。启动完成后，自动运行系统核心软件。通过网络接口与现场被维护主机、中心监控主机进行数据传输，完成集中维护软件下载运行和参数配置，然后中心主机即可进行远程集中维护工作。本发明能够实现跨平台、多系统，基于网络的远程集中维护的任务。

Description

嵌入式远程集中维护设备及方法

技术领域

本发明涉及一种对工业生产系统进行管理、监测和控制的计算机信息系统及方法。

背景技术

随着信息技术的普及，计算机的应用越来越广泛。在工业生产中，基于计算机的信息系统和各种生产管理、监测和控制系统种类多样，在企业的生产和管理中起着越来越重要的作用。这种多系统并行工作在提高效率的同时，也对高效率地维护工作提出了更高的要求。传统方式都是采用现场维护的方式，每个系统一套维护设备和人员，这样需要大量的人力、物力，不但管理效率低下，而且成本高。近期国内只出现了一些基于软件的远程维护系统，但是这些系统都存在需要在现场被监控主机上安装后台服务程序，且不能对多系统进行同时监控和维护。而国外某些基于硬件的产品，不仅价格非常高，且无法针对用户的特殊要求进行必要的功能增补，在实际运用中存在着很大的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种嵌入式远程集中维护设备及方法，以嵌入式技术和网络技术为核心，解决跨平台、多系统的，基于网络的远程集中维护的技术问题。

本发明所述嵌入式远程集中维护设备包括：

一个系统控制微处理器：

一个通过数据总线和地址总线与上述微处理器相连接的外围存储扩展电路，该电路包括一个存放bootloader、kernel、root文件系统的永久数据存储芯片、一个存放远程集中维护软件及IP、MAC地址数据的大容量存储器和一个存储运行过程中的监时数据的动态存储芯片；

一个由以太网控制器、网络隔离变压器和KJ45接口组成的网络接口电路，该电路通过数据总线和地址总线与微处理器相连接，将微处理器传送过来的数据通过网络发送给现场主机，并从网络接收现场主机传输过来的数据，传送给微处理器进行处理；

一个串行通信接口电路，与微处理器相连，运行嵌入式系统中参数设置软件，并完成参数设置；

一个电源电路。

本发明所述嵌入式远程集中维护方法，其硬件设备包括：微处理器、外围存储扩展电路、网络接口电路、串行通过接口和电源电路，其中外围存储数据扩展电路包括永久数据存储芯片、存放远程集中维护软件及IP、MAC地址数据的存储器和一个动态存储芯片；所述微处理器通过数据总线和地址总线与外围存储扩展电路和网络接口电路实现连接；其步骤如下：

(1)在永久数据存储芯片中存储bootloader、kernel、root文件系统，系统上电后启动执行过程，首先从永久数据存储芯片的oxoooooooo地址开始执行，先运行bootloader，然后将linux系统的kernel调入动态存储芯片继续执行；

(2)linux系统的init过程执行完毕后，进行系统初始参数的设置，从存放远程集中维护软件及IP、MAC地址数据的存储器读入IP地址数据和Mac地址数据，进行IP地址数据和Mac地址设置；

(3)启动集中维护主应用程序；

(4)侦听网络端口，等待现场被维护设备的连接请求，主要通过读取网络控制器接收缓冲区中的数据实现；

(5)接收到现场设备的连接请求后，建立网络连接，开启一个新进程进行与现场设备的数据通信；开始现场设备和嵌入式集中维护设备两者之间的数据通信过程；集中维护设备不断从网络控制器接收缓冲区中读取数据，对接收到的数据进行分析，根据现场设备的请求的类型从存放远程集中维护软件及IP、MAC地址数据中读出要下载文件数据，通过网络控制器发送给现场设备；

(6)数据通信结束后，主侦听进程一直处于运行状态。

本发明具有如下优点和积极效果：以嵌入式技术和网络技术为核心，实现跨平台、多系统，基于网络的远程集中维护。系统中每个现场被维护系统的主机都配有一个嵌入式集中维护设备，通过以太网络控制器和接口连接到局域网，与现场被维护主机和中心维护机相连，方便地通过网络完成三者之间的数据相互验证传输。支持现场主机操作系统有多种，可以为Windows、Linux、unix等。用户无需在现场主机安装后台服务程序，只需安装驱动程序即可。中心主机可以同时监控多个系统的主机，及时发现各种故障报警，并可以对各系统的现场主机进行操作和维护。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理实施例图。

图2是本发明的嵌入式远程集中维护设备软件流程图。

图3是本发明的现场主机软件流程图。

图4是本发明安装于系统中的结构示意图。

具体实施方式

本发明的具体电路结构请参见附图。图1给出了一个电路原理框图，整个电路由五部分组成：

第一部分：包括微处理器S3C44B0(U19)、以及复位电路、时钟电路等外围附属电路。该部分是整个嵌入式系统的核心模块，给核心处理器供给时钟和复位信号。整个设备的运行都将由本部分的微处理器来完成，进行系统的参数配置，自动启动核心应用软件。

第二部分：该部分是嵌入式系统的外围存储扩展电路，扩展了有线性FLASH芯片、固态硬盘和动态RAM。线性FLASH芯片为SST39VF160(U12)、固态硬盘为K9F2808(U13)、动态RAM芯片HY57V641620(U17)的存储扩展电路。线性FLASH中存放bootloader、kene0、root文件系统；固态硬盘中存放远程集中维护软件，供现场主机下载运行。动态RAM用于系统运行过程中的临时数据保存。

第三部分：该部分为网络接口电路，由以太网控制器RTL8019AS(U15)及其相关电路组成。该部分电路完成网络数据的发送和接收，以太网控制器将微处理器传送过来的数据通过网络发送给现场主机，并从网络接收现场主机传输过来的数据，然后传送给微处理器进行处理。

第四部分：该部分为串行通信接口电路，该部分是设备的配置接口，可以通过串行口进行系统参数配置工作。

第五部分：该部分为电源电路，完成为核心微处理器、存储芯片、网络芯片、串行通信芯片的电源供电。(图1中省略)

本发明的内部接口、按钮和指示灯包括：

1)J1

JTAG系统调试接口。在系统调试时，用于接入仿真器。

2)SB1

复位按钮，按它可以实现对整个系统板上主要芯片的复位操作。

3)指示灯

WORK为系统运行指示灯。

RXF分别为以太网控制器U5的信息接收指示灯。

TXF分别为以太网控制器U5的信息发送指示灯。

本发明的对外接口包括：

1)RJ45

RJ45是连接以太网的局域网接口。以太网上的信息帧通过RJ45的RX+、RX-(3、6端)，经过耦合隔离变压器的9和7端将信息送入以太网控制器U15的接收缓冲区。进而实现微处理器对信息的接收处理。发送时将信息实时地送入以太网控制器(U15)的发送缓冲区，通过TPOUT+、TPOUT-；从而实现信息的发送处理。

2)串行通信接口

串行通信接口是系统参数配置接口，通过与微机相连，运行微机系统中的超级终端软件，运行嵌入式系统中的参数设置软件完成参数设置。

3)电源输入(PWR)

外接DC 5V电源，向模块提供电源。

本发明的芯片选用和工作原理：

硬件核心采用三星公司推出的32位嵌入式ARM微处理器S3C44B0，工作主频达66MHz，芯片中集成了大量的外围设备。外围扩展的存储芯片SDRAM为现代公司的8M字节容量的HY57V641620。永久数据保存存储芯片采用SST公司的大容量FLASH存储芯片SST39VF160，容量为2M字节，还有三星公司的大容量FLASH芯片K9F2808，容量为16M字节。以太网接口芯片采用了RealTek公司出品的一种全双工以太网控制器RTL8019AS。它自带16KB的SRAM，工作在Ethernet II、IEEE802.3、10Base2、10BaseT下，与NE2000兼容。它具有全双工(fu00-dup0ex)及下电(power dowm)的特点，它可满足10Mb的需求。

硬件平台上运行uclinux操作系统，uclinux操作系统自带完整的TCP/IP协议栈。启动过程中，系统从存储芯片中读取IP地址和MAC地址数据，然后进行IP地址和MAC地址网络参数的配置。启动完成后，自动运行系统核心软件。通过网络接口与现场被维护主机、中心监控主机进行数据传输，完成集中维护软件下载运行和参数配置，然后中心主机即可进行远程集中维护工作。

本发明的嵌入式远程集中维护设备工作流程如图3：

嵌入式远程集中维护设备上运行了嵌入式操作系统UCLINUX，系统默认IP地址为192.168.0.1。系统启动后可通过串行接口与微机相连完成系统IP地址和MAC地址的设置。

系统参数设置完成后，自动启动设备服务程序，侦听现场被维护主机和中心监控主机的连接请求，然后与现场主机和中心主机进行参数传输、远程维护软件下载和验证。嵌入式集中维护设备的主软件流程如附图三的流程图1，其中嵌入式集中维护设备中现场主机的参数设置验证主要软件流程如图4的流程。

其硬件数据流如下：

1)在线性flash SST39VF160(U12)芯片上存储着bootloader、kernel、root文件系统。系统上电后启动执行过程，首先从线性flash的0x00000000地址开始执行，先运行bootloader，然后将linux的kernel调入sdramHY57V641620(U17)继续执行。

2)linux系统的init过程执行完毕后，进行系统初始参数的设置。从固态硬盘K9F2808(U13)读入ip地址数据和mac地址数据，进行ip地址和mac地址设置。

3)启动集中维护主应用程序。

4)侦听网络端口，等待现场被维护设备的连接请求。主要通过读取网络控制器rt18019as(U15)接收缓冲区中的数据实现。

5)接收到现场设备的连接请求后，建立网络连接，开启一个新进程进行与现场设备的数据通信。开始现场设备和嵌入式集中维护设备两者之间的数据通信过程。集中维护设备不断从网络控制器rt18019as(U15)接收缓冲区中读取数据，对接收到的数据进行分析，根据现场设备的请求类型从nand flash中读出要下载文件数据，通过网络控制器rt18019as(U15)发送给现场设备。

6)数据通信结束后，结束该通信进程。主侦听进程一直处于运行状态，这样系统可以同时支持多个现场设备的连接请求。

本发明的嵌入式远程集中维护设备使用方法：

1、连接

设备提供了一个RJ45网络接口，用于通过局域网与现场主机、中心主机相连进行数据通信。还提供了一个串行通信接口，用于与配置主机直接相连，完成系统的网络参数设置。DC5V接口是系统的电源接口，接上电源后，电源显示灯亮，即开始工作。

2、配置

将系统的串行通信接口与微机的串行口相连，开启微机系统的超级终端软件，设置好串行通信的参数，然后启动远程集中维护设备。在超级终端软件中会显示系统的启动信息。启动完成后，运行系统中的MYIP和MYMAC等软件进行IP地址和MAC地址的修改。即可开始正常工作了。系统会在存储芯片中保留设置的参数信息，下次启动会按照设置好的参数进行系统初始化。

3、控制端工作流程

1)用户登陆主控系统

输入用户名、密码，认证通过后，进入系统。

2)连接被管系统

主控系统首先，设置被管系统的初始化连接

系统自动读取配置文件中已设好的被管系统的ip地址，分别与对应的适配器通信，通过适配器与被管系统进行安全认证，认证通过，建立连接会话，适配器进行接口适配。

3)被管系统的监控

连接建立成功后，主控端上将显示所有相连的被管系统的全屏界面，用户可以点击感兴趣的系统进行操作。同时，当被管系统发生告警时，该窗口将闪烁，并声光提示，用户可以及时进行故障的确认。

4、被控端工作流程

1)系统初启。

2)认证

与相连的适配器进行连接，发送认证码，认证通过后，被控端发送接口适配请求，适配器接口适配准备好后，发送确认，表示被控端与适配器间的连接已建立好。

本发明的嵌入式远程集中维护设备的主要技术指标：

可安放于桌面或上机架。主要指标如下：传输速率：10M；工作电压：DC 5V；功耗：3W：接口：RJ45接口；工作环境：工作温度0-40℃：相对湿度：10-85％；外型尺寸：模块(长×宽×高)：220×160×25(单位：mm)。

Claims (2)

1、一种嵌入式远程集中维护设备，其特征在于它包括：

一个系统控制微处理器；

一个通过数据总线和地址总线与上述微处理器相连接的外围存储扩展电路，该电路包括一个存放bootloader、kernel、root文件系统的永久数据存储芯片、一个存放远程集中维护软件及IP、MAC地址数据的大容量存储器和一个存储运行过程中的监时数据的动态存储芯片；

一个由以太网控制器、网络隔离变压器和KJ45接口组成的网络接口电路，该电路通过数据总线和地址总线与微处理器相连接，将微处理器传送过来的数据通过网络发送给现场主机，并从网络接收现场主机传输过来的数据，传送给微处理器进行处理；

一个串行通信接口电路，与微处理器相连，运行嵌入式系统中参数设置软件，并完成参数设置；

一个电源电路。

2、一种嵌入式远程集中维护方法，其硬件设备包括：微处理器、外围存储扩展电路、网络接口电路、串行通信接口和电源电路，其中外围存储数据扩展电路包括永久数据存储芯片、存放远程集中维护软件及IP、MAC地址数据的存储器和一个动态存储芯片；所述微处理器通过数据总线和地址总线与外围存储扩展电路和网络接口电路实现连接；其步骤如下：

(1)在永久数据存储芯片中存储bootloader、kernel、root文件系统，系统上电后启动执行过程，首先从永久数据存储芯片的0x00000000地址开始执行，先运行bootloader，然后将linux系统的kernel调入动态存储芯片继续执行；

(2)linux系统的init过程执行完毕后，进行系统初始参数的设置，从存放远程集中维护软件及IP、MAC地址数据的存储器读入IP地址数据和Mac地址数据，进行IP地址数据和Mac地址设置；

(3)启动集中维护主应用程序；

(4)侦听网络端口，等待现场被维护设备的连接请求，主要通过读取网络控制器接收缓冲区中的数据实现；

(5)接收到现场设备的连接请求后，建立网络连接，开启一个新过程进行与现场设备的数据通信；开始现场设备和嵌入式集中维护设备两者之间的数据通信过程；集中维护设备不断从网络控制器接收缓冲区中读取数据，对接收到的数据进行分析，根据现场设备的请求的类型从存放远程集中维护软件及IP、MAC地址数据中读出要下载文件数据，通过网络控制器发送给现场设备：

(6)数据通信结束后，主侦听进程一直处于运行状态。

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