linux寫上位機

『壹』 linux操作系統在工業生產中的應用

摘要：針對嵌入網路設備的應用特點，介紹了嵌入式linux的主要技術及在工業控制領域的應用方法。結合硬體平台詳細說明了嵌入式linux系統的主要實現方法?同時也簡要介紹了該嵌入式系統的實時內核、內存機制和文件系統的設計等內容。
關鍵詞：嵌入式系統；嵌入式linux；工業控制

1 前言

隨著Internet的飛速發展，網路應用越來越廣泛，對各種工業控制設備的網路功能要求也越來越高。當前的要求是希望工業控制設備能夠支持TCP／IP以及其它Internet協議，從而能夠通過用戶熟悉的瀏覽器查看設備狀態、設置設備參數，或者將設備採集到的數據通過網路傳送到Windows或Unix／Linux伺服器上的資料庫中。這就要求工控系統必須具備兩方面的功能：一是要在現場完成復雜的測控任務，因為通常一些任務都具有一定的實時性要求；二是要求測控系統能夠與某一類型的控制網相連，以實現遠程監控。在目前應用的大多數測控系統中，嵌入式系統的硬體採用的是8／16位單片機；軟體多採用匯編語言編程，由於這些程序僅包含一些簡單的循環處理控制流程。因此，單片機與單片機或上位機之間的通信通常通過RS232、RS485來組網。這些網路存在通信速度慢、聯網功能差、開發困難等問題。工業乙太網已逐步完善，在工業控制領域獲得越來越多的應用。工業乙太網使用的是TCP／IP協議，因而便於聯網，並具有高速控制網路的優點。

現在，32位嵌入式CPU價格的下降和性能指標的提高，為嵌入式系統的廣泛應用提供了可能。那麼，限制嵌入式系統發展的瓶頸就突出地表現在軟體方面。盡管從上世紀八十年代末開始，已經陸續出現了一些嵌入式操作系統（比較著名的有Vxwork、pSOS、Neculeus和Windows CE等），但這些專用操作系統都是商業化產品，其高昂的價格使許多生產低端產品的小公司望而卻步；而且，源代碼的封閉性也大大限制了開發者的積極性。嵌入式系統需要的是一套高度簡練、界面友善、質量可靠、應用廣泛、易開發、多任務，並且價格低廉的操作系統。如今，業界已經達成共識：即嵌入式linux是大勢所趨。 嵌入式Linux操作系統以價格低廉、功能強大、易於移植等特點而正在被廣泛採用，並已成為一種新興力量。

2 嵌入式linux技術

嵌入式Linux是按照嵌入式操作系統的要求而設計的一種小型操作系統，它由一個Kernel（內核）及一些根據需要進行定製的系統模塊組成。Kernel一般只有幾百kB左右，即使加上其它必須的模塊和應用程序，所需的存儲空間也很小。它具有多任務、多進程的系統特徵，有些還具有實時性。一個小型的嵌入式Linux系統只需要引導程序、Linux微內核、初始化進程3個基本元素。運行嵌入式Linux的CPU可以是x86、Alpha、Sparc、MIPS、PPC等。與這些晶元搭配的主板都很小，通常只有一張PCI卡大小，有的甚至更小。嵌入式Linux所需的存儲器不是軟磁碟、硬碟、Zip盤、CD－ROM、DVD這些眾所周知的常規存儲器，它主要使用Rom、CompactFlash、M－Systems的DiskOnChip、Sony的MemoryStick、IBM的MicroDrive等體積極小（與主板上的BIOS大小相近），且存儲容量不太大的存儲器。它的內存可以使用普通的內存，也可以使用專用的RAM。

與其它嵌入式操作系統相比，Linux的源代碼是開放的，不存在黑箱技術。Linux作為一種可裁剪的軟體平台系統，很可能發展成為未來嵌入式設備產品的絕佳資源。Linux與生俱來的優秀網路血統更為今後的發展鋪平了一條寬廣平坦的大路。因此，在保持Linux內核系統更小、更穩定、更具價格競爭力等優勢的同時，對系統內核進行實時性優化，更加使之能夠適應對工業控制領域高實時性的要求。這也正是嵌入式linux操作系統在嵌入式工控系統中的發展所在。同時也使Linux成為嵌入式操作系統中的新貴。

標準的Linux內核通常駐留在內存中，每一個應用程序都是從磁碟運到內存上執行。當程序結束後，它所佔用的內存就被釋放，程序就被下載了。而在一個嵌入式系統里，可能沒有磁碟。有兩種途徑可以消除對磁碟的依賴，一是在一個簡單的系統里，當系統啟動後，內核和所有的應用程序都存在內存里。這是大多數傳統的嵌入式系統的工作模式，同樣Linux。第二種就是linux所特有的功能，因為Linux已經有能力「載入」和「卸載」程序，因此，一個嵌入式系統就可以利用它來節省內存。一個比較典型的系統有大約8MB到16MB的快閃記憶體和8MB RAM?而快閃記憶體可以被用作文件系統。用快閃記憶體驅動程序作為從快閃記憶體到文件系統的界面就是一種選擇。當然，也可以用一個快閃記憶體磁碟。用快閃記憶體來擺脫系統對一個磁碟的需求(依賴)具有DiskOnChip技術以及CmopactFlash卡等方式。

用來連接Flash Memory和文件系統的程序都以文件形式存儲在Flash文件中，需要時可以裝入內存，這種動態的、根據需要載入的能力是支持其它一系列功能的重要特徵。它能使初始化代碼在系統引導後被釋放。實際上，Linux同樣還有很多內核外運行的公用程序，這些程序通常在初始化時運行一次，以後就不再運行。而且，這些公用程序可以用它們相互共有的方式一個接一個地按順序運行。這樣，相同內存空間可以被反復使用以「召入」每一個程序，就象系統引導一樣。這樣可以節省內存，特別是那些配置一次以後就不再更改的網路堆棧。如果將Linux可載入模塊的功能包括在內核里，驅動程序和應用程序就都可以被載入。由於它可以檢查硬體環境並且為硬體裝上相應的軟體，從而消除了用一個程序佔用許多Flash Memory來處理多種硬體的復雜性。另外，軟體的升級更加模塊化，可以在系統運行時在Flash上升級應用程序和載入驅動程序，其配置信息和運行時間參數可以作為數據文件儲存在Flash中。

3 嵌入式工業控制網路的實現方案

基於嵌入式linux的工控系統以嵌入式微處理器為核心來運行嵌入式Linux操作系統。應用程序可通過網路進行更新，並可通過鍵盤進行人機對話，數據可通過LCD現場顯示，重要數據可用文件形式保存在Flash等快閃記憶體存儲器中；數據和報警信息可通過串口向上位機傳輸，也可以通過乙太網向工業乙太網或Inernet發布，用戶還可通過網路實現遠程監控和遠程維護。更為關鍵的是，可充分利用Internet上已有的軟體和協議（如：ftp，http以及Apache?PHP?MySQL等應用程序）迅速搭建前台數據採集系統，以實現測控系統和後台管理系統的通訊。圖1所示是這種實現方案的系統框圖。這種方式的優點有：

（1）不需專用的通信線路即可用現成的INTER-NET網路將數據傳送到任何地方。

（2）不僅能夠傳遞數據信號，也可以傳遞音頻和圖像信號。

（3） 由於目前的INTERNET協議是現成和公開的，因此，利用大到幾十兆的 Microsoft IE瀏覽器，或小到只有600kB的Mosaic瀏覽器都可以對網路數據進行讀取。

4 系統設計

4．1 硬體設計

嵌入式系統的硬體運行平台是開發應用程序的基礎，整個開發板可基於IntelR SA－1110 微處理器架構。

圖2所示是一個嵌入式系統的硬體結構框圖。該硬體針對網路服務的應用選擇了Intel系列中的strongARM MCU。StrongARM SA－1110是一款高性能、低價位、高集成度微處理器。SA－1110晶元內部集成有能以206MHz運行的32－bit IntelR Stron-gARM＊ RISC處理器，以及速度可達100 MHz 的存儲器匯流排和靈活的存儲器控制器，可支持SDRAM、 SMROM 以及variable－latency I／O 設備，並可為系統設計提供較高的存儲帶寬。由於SA－1110可以適應較大流量的網路應用，因而可為運行Linux提供硬體上的支持。此外，SA－1110還在開發板上集成有32MB的SDRAM、8 MB的FLASH、10 baseT乙太網介面、RS232／RS485串口、I／O介面以及擴展FLASH卡存儲器等。有關SA－1110更詳細的資料可參考有關資料。

4．2 軟體設計

嵌入式操作系統是整個嵌入式系統的核心。如前面所述，嵌入式系統在內存容量和存儲容量不足的情況下，必須對linux進行裁減設計。在裁剪過程中，所涉及的主要技術有下面幾種。

（1）內核的精簡

標准Linux是面向PC的，它集成了許多PC所需要而嵌入式系統並不需要的功能。因此，對一些可獨立加上或卸下的功能塊，可在編譯內核時，僅保留嵌入式系統所需的功能模塊，而刪除不需要的功能塊。這樣，重新編譯過的內核就會顯著減小。

（2）虛擬內存機制的屏蔽

經過分析發現，虛擬內存是導致Linux實時性不強的原因之一。在工業控制中，一些任務要滿足一定的實時性要求，屏蔽內核的虛擬內存管理機制可以增強Linux的實時性。當要更改內核的某項機制時，一般不必大規模地寫代碼，可採用條件編譯的方法。同時由於linux系統對應用進程採用的是公平的時間分配調度演算法，但這一演算法也不能保證系統的實時性要求，因此要求對其進行更改。更改途徑有兩種：一是通過POSIX，二是通過底層編程。筆者是通過linux的實時有名管道（FIFO）的特殊隊列來處理實時任務的先後順序。實際上，實時有名管道就象實時任務一樣從不換頁，因而可以大大減少由於內存翻頁而造成的不確定延時。

圖3給出了Linux的工作原理框圖。

（3）設備驅動程序的編寫

確定了內核的基本功能後，就要為特定的設備編寫驅動程序，可按照在Linux下編寫驅動程序的規則進行編寫。編寫的設備驅動程序應當具有以下功能：

●對設備進行初始化和釋放；

●完成數據從內核到硬體設備的傳送和從硬體讀取數據兩項功能；

●讀取應用程序傳遞給設備文件的數據以及回送應用程序請求的數據；

●檢測和處理設備出現的錯誤。

（4）開發基於快閃記憶體的文件系統JFFS

應用程序和重要數據通常以文件的形式被存放在快閃記憶體文件系統中。JFFS2 文件系統是日誌結構化的，這意味著它基本上是一長列節點。每個節點包含著有關文件的部分信息。JFFS2 是專門為象快閃記憶體晶元那樣的嵌入式設備創建的，所以它的整個設計提供了更好的快閃記憶體管理，因而具有其它文件系統不可比擬的優點。具體如下：

●JFFS2 在扇區級別上執行快閃記憶體擦除／寫／讀操作要比 Ext2 文件系統好。

●JFFS2 提供了比 Ext2fs 更好的崩潰／掉電安全保護。當需要更改少量數據時，Ext2 文件系統會將整個扇區復制到內存（DRAM）中，並在內存中合並成新數據再寫回整個扇區。而JFFS2則可以隨時更改需要的（不是重寫）整個扇區，同時還具有崩潰／掉電安全保護功能。

實現上述幾個步驟後，一個小型的Linux操作系統就構造完成了。構造後的Linux包括進程管理、內存管理和文件管理等三部分。它支持多任務並行，有完整的TCP／IP協議，同時Linux內建有對乙太網控制器的支持，可以通過乙太網口連到乙太網上，以實現遠程配置與監控。

將裁剪好的內核移植到所用的目標板上時，首先應將內核編譯成針對該處理器的目標代碼。由於不同硬體體系的移植啟動代碼會有所不同，因此，一些內核程序可能要改寫。涉及到編寫Linux的引導代碼和修改與體系結構相關部分的代碼主要是啟動引導、內存管理和中斷處理部分。將M－System公司的DOC2000作為系統的啟動設備時，引導代碼可以放在DOC上。這樣?系統加電後，引導代碼即可進行基本的硬體初始化，然後把內核映象裝入內存並運行,最後，再將調試好的內核和應用程序燒錄到快閃記憶體中。由於此時裁剪後的Linux已成功移植到目標平台上,因此,在啟動可運行的開發系統時,就可以根據具體的應用來開發應用程序。如數據採集模塊、數據處理模塊、通信和數據發布模塊等等。

5 結束語

如今，互聯網應用正在轉到以嵌入式設備為中心，因此,用工控系統與Internet相結合來實現網路化已是一種必然的趨勢。而把嵌入式linux微處理器內核嵌入到基於StrongARM SA1110 的32位MCU系統中，然後通過構造TCP／IP多種網路協議和基本網路通信協議，再利用嵌入式操作系統對底層硬體和網路協議的支持，以及對工控系統實時性要求的lin-ux內核和虛擬內存機制進行改造，即可保證測控任務完成的實時性和可靠性。可以預見，這種方案在工業控制領域具有很好的應用前景，而且具有開發周期短、系統性能穩定可靠、適應性強等特點。

『貳』 如何查看linux下串口是否可用串口名稱等

分析如下：

1、查看串口是否可用，可以對串口發送數據比如對com1口，echo lyjie126 > /dev/ttyS0。

2、查看串口名稱使用ls-l/dev/ttyS* 一般情況下串口的名稱全部在dev下面，如果你沒有外插串口卡的話默認是dev下的ttyS* ,一般ttyS0對應com1，ttyS1對應com2，當然也不一定是必然的；

3、查看串口驅動：cat /proc/tty/drivers/serial。

4、查看串口設備：dmesg | grep ttyS*。

(2)linux寫上位機擴展閱讀

串口控制器顧名思義，就是可通過串口實現控制功能的一台控制器。即由上位機通過串口發送特定協議格式的指令給控制器，進而來控制外圍設備或器件，也叫單片機串口控制器。

串口控制器就是1台寫入了串口通信程序的單片機控制器，有2種工作模式:

1)上位機監控模式:可由上位機串口控制，實現串口監控;

2)離線控制模式:在通過上位機設置好相關參數後，也可脫離上位機進行獨立控制。

串口控制器就是1台寫入了串口通信程序的單片機控制器，有2種工作模式：

1）上位機監控模式：可由上位機串口控制，實現串口監控；

2）離線控制模式：在通過上位機設置好相關參數後，也可脫離上位機進行獨立控制。

『叄』 ARM嵌入式開發上位機為什麼要裝linux

如果你的ARM上沒裝嵌入式系統，或者裝的是UCOS之類的系統，那IAR，ADS之類編譯都是沒問題的，你的開發上位機裝WINDOWS就可以了。
但現在看來，嵌入式系統改為LINUX是嵌入式開發很大的一個分支。因為在ARM上裝的系統就是LINUX，你這時候應該把ARM板子看成是一個小電腦了，而不再是一塊開發板。既然是電腦，那它就只能運行它認識的程序，你見過哪個程序的Windows版本能直接在Linux上運行的。所以你必須在上位機上裝Linux環境，你的程序必須在這個環境下編譯，arm板子才會認識啊。

『肆』 上位機用什麼編程

上位機的編程語言很多啊，VC，C++，C#，VB，VB。NET等等，關鍵是看你熟悉哪種編程語言了，這幾種語言都是面向對象的編程語言。VB入門比較容易，而且比較容易掌握，VB。NET是VB的升級版本，現在也比較流行。跟C有關的都需要有C語言的基礎。

如果對上位機的控制要求不是很高的話，或者說對技術先進性上沒有太高要求，建議用VB，比較好掌握！

(4)linux寫上位機擴展閱讀：

幾種程序語言的區別：java語言、python語言、C語言、PHP語言。

1、java語言

java語言曾一度家喻戶曉，如今雖然潮流已過，但java跨平台的優勢以及強大的類庫著實不容小覷，其他語言很難超越，java衍生除了非常多周邊產品（如jsp），非常多的開源系統都是基於java（hadoop、hive、hbase、lucene等）。

java和c一樣也是編譯執行的語言，區別在於java編譯出的位元組碼文件運行在一層java虛擬機之上，而虛擬機可以架設在各種操作系統上，所以java也就有了跨平台的優勢，一處編譯多處執行。

2、python語言

python的強大在於它的多功能性，既是解釋執行，又可以編譯成文件，既是腳本語言，又具有面向對象的所有性質，如今python開源的類庫已經非常強大了，什麼功能都有，python也成了大數據方向必要的工具。

3、C語言

C語言是編譯執行的語言，是萬物之源。linux下常用的編譯器是gcc，c語言源代碼可以直接被編譯成可執行程序（機器碼），被稱為萬物之源是因為各種語言都是用C語言寫的，如java、php、python等。

4、PHP語言

PHP巨大的生態系統使得在未來幾年裡全世界需要大量的開發人員對其提供支持。排名前三的內容管理系統－WordPress、Drupal和Joomla都是使用PHP構建的，而且迄今大概有80%的網站運行在PHP之上。