Linux架構(gòu)下智能門禁控制器以太網(wǎng)接口技術(shù)
RFID世界網(wǎng)
杜明芳
摘要： 論述了在Linux操作系統(tǒng)下開發(fā)基于ARM7TDMI內(nèi)核S3C44B0X微處理器的智能門禁控制器以太網(wǎng)通信接口技術(shù)。設(shè)計了以以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019AS為核心的接口硬件電路，說明了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)、編譯流程，開發(fā)了運行于uCLinux操作系統(tǒng)的服務(wù)器端程序和運行于Windows操作系統(tǒng)的客戶端程序，實現(xiàn)了基于TCP/IP協(xié)議的雙向通信。測試表明，系統(tǒng)通信正常，可以通過以太網(wǎng)進行遠程數(shù)據(jù)傳輸。
Abstract：
Key words :
1 概述
數(shù)字安防系統(tǒng)綜合利用了現(xiàn)代傳感技術(shù)、數(shù)字信息處理技術(shù)、計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)社區(qū)各種安防信息的采集、處理、傳輸、顯示和高度集成共享。數(shù)字安防系統(tǒng)包括門禁、CCTV視頻監(jiān)控及防盜報警3個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)通過監(jiān)控網(wǎng)、信息網(wǎng)、電話網(wǎng)、電視網(wǎng)等不同類型的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，達到協(xié)調(diào)運行、綜合管理的目的。
門禁控制系統(tǒng)主要起到出入口管理的功能，并可將防盜報警信息、CCTV報警信息、消防信號等集成到門禁系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動，因此，門禁系統(tǒng)在數(shù)字安防系統(tǒng)中占有重要地位。門禁控制器作為整個門禁控制系統(tǒng)的核心，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸?shù)戎匾ぷ?。傳統(tǒng)的門禁控制器通常采用單片機開發(fā)，采用串行通信接口向遠程上位機傳送數(shù)據(jù)，多個門禁控制器往往組成RS485網(wǎng)絡(luò)。本文提出的采用嵌入式技術(shù)開發(fā)的帶有以太網(wǎng)通信接口的全新門禁控制器架構(gòu)，其CPU采用基于ARM7TDMI內(nèi)核的三星S3C44B0X，以uCLinux作為嵌入式操作系統(tǒng)，在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下完成應(yīng)用軟件的開發(fā)及交叉編譯。由于網(wǎng)絡(luò)在門禁系統(tǒng)及整個數(shù)字安防系統(tǒng)中起到越來越重要的作用，因此本文重點論述嵌入式智能門禁控制器以太網(wǎng)通信接口的開發(fā)。與目前的基于現(xiàn)場總線的控制網(wǎng)絡(luò)相比，基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò)是一種低成本、高性能的控制網(wǎng)絡(luò)解決方案。以太網(wǎng)應(yīng)用于企業(yè)現(xiàn)場設(shè)備控制層是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，將極大地促進信息從傳感器到管理層的集成[1]。
2 智能門禁控制器的總體設(shè)計
智能門禁控制系統(tǒng)由上位機、控制器、讀卡器、電鎖、門磁、識別卡和出門按鈕等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 門禁控制系統(tǒng)示意圖
門禁控制系統(tǒng)的工作過程是：(1)從控制中心即上位機經(jīng)通信接口向控制器傳輸事先設(shè)置好的各項運行參數(shù)，如使用人員信息、出/入門方式等，完成系統(tǒng)初始化工作；(2)通常情況下門禁控制器處于等待狀態(tài)，當有人刷卡時讀卡器通過標準的Wiegand接口將卡號傳輸?shù)介T禁控制器，控制器中采集數(shù)據(jù)的中斷服務(wù)程序?qū)斍翱ㄌ?、卡片狀態(tài)、當前時間、控制模式等信息與初始化信息進行比較，得出準許與否的結(jié)果，該結(jié)果又被送到讀卡器中，向讀卡人發(fā)出聲光指示[2]。(3)當比較結(jié)果為準許時，控制器通過繼電器驅(qū)動電控鎖使之退出鎖門狀態(tài)。
依據(jù)以上工作過程設(shè)計出的門禁控制器總體框架如圖2所示。
圖2 門禁控制器總體結(jié)構(gòu)
3 智能門禁控制器以太網(wǎng)接口硬件電路
本文采用由S3C44B0X和RTL8019AS組成的智能門禁控制器以太網(wǎng)接口方案。
作為一款優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)控制器，基于S3C44B0X處理器的系統(tǒng)必須要有以太網(wǎng)接口電路才能發(fā)揮其網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特長。以太網(wǎng)接口電路主要由MAC控制器和物理層接口(physical layer, PHY)組成。S3C44B0X片內(nèi)已有帶MII(media independent interface)接口的MAC控制器，故只需再外接一片物理層芯片，以提供以太網(wǎng)的接入通道。這里選擇Realted公司生產(chǎn)的高度集成的以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019AS。此芯片支持IEEE802.3；支持8bit或16bit數(shù)據(jù)總線；內(nèi)置16KB的SRAM，用于收發(fā)緩沖；全雙工，收發(fā)同時達到10Mb/s；支持10Base5、10Base2、10BaseT，并能自動檢測所連接的介質(zhì)。數(shù)據(jù)的發(fā)送校驗，總線數(shù)據(jù)包的碰撞檢測與避免是由RTL8019AS自己完成的。設(shè)計出的以太網(wǎng)接口電路圖如圖3所示。
圖3 以太網(wǎng)接口電路
信號的發(fā)送和接收端通過網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器FC-518LS和RJ45接口接入RTL8019AS，RTL8019AS也帶有MII接口，可通過次接口再與S3C44B0X所帶MII接口相連，從而組成了以太網(wǎng)信號傳輸?shù)挠布ǖ馈?/div>
4 智能門禁控制器的以太網(wǎng)接口軟件
網(wǎng)絡(luò)通信的本質(zhì)是進程間的通信。套接口地址的格式是一個IP地址和一個端口號，套接口是進程間通信的端點，每個套接口的名字都是唯一的，所以依靠套接口來確定整個Internet域中的一個網(wǎng)絡(luò)進程[2]。當服務(wù)器和應(yīng)用程序需要和其他進程通信時就需創(chuàng)建套接口[3]。TCP和UDP是傳輸層協(xié)議，TCP是保證傳輸?shù)拿嫦蜻B接的協(xié)議，而UDP是無連接協(xié)議，不能保證消息傳送到目的地。本設(shè)計選擇TCP協(xié)議，運用套接口編程技術(shù)實現(xiàn)服務(wù)器端、客戶端之間的通信。服務(wù)器端軟件運行在裝有uCLinux內(nèi)核的ARM開發(fā)板上，客戶端可以是Linux或Windows操作系統(tǒng)下的瀏覽器，也可以是專門開發(fā)的基于TCP/IP協(xié)議的客戶端軟件。
本文以門禁控制系統(tǒng)的讀卡器讀卡事件為例，，說明 Linux環(huán)境下服務(wù)器端軟件的開發(fā)。
Linux開發(fā)環(huán)境的建立包括：制作Windows 和 Linux雙啟動系統(tǒng)；給S3C44B0X燒寫B(tài)ootLoader程序blob.bin，燒寫uCLinux內(nèi)核、根文件系統(tǒng)映像文件；對宿主機進行安全級別設(shè)置等步驟。在開發(fā)環(huán)境搭建完畢的情況下編寫服務(wù)器端的網(wǎng)絡(luò)通信程序，流程如圖4所示。
圖4 主程序流程
為編寫好的服務(wù)器端程序編寫Makefile文件，然后在Linux終端下調(diào)用make命令，系統(tǒng)就會根據(jù)Makefile文件所定義的規(guī)則最終生成可執(zhí)行文件。再進入minicom環(huán)境，重啟開發(fā)板，進入指令輸入狀態(tài)。調(diào)用mount指令掛載宿主機上可執(zhí)行文件所在的目錄到uCLinux的/host目錄，掛載成功后就可將/host
下的可執(zhí)行文件用cp命令拷貝到/mnt/yaffs目錄下，這樣uCLinux一啟動就會自動執(zhí)行該程序。程序運行到調(diào)用完accept函數(shù)會阻塞在此處，直到有客戶端的接入。
5 以太網(wǎng)通信測試
為了驗證以上服務(wù)器端程序，用 VC++開發(fā)了Windows平臺上的基于TCP/IP協(xié)議的客戶端程序，通過該客戶端模擬用戶刷卡等事件，可與uCLinux平臺上的服務(wù)器端程序通過以太網(wǎng)進行通信。測試結(jié)果表明，通信正常，程序反應(yīng)速度較快，達到了預(yù)期的設(shè)計目標。仿真測試如圖5所示。
圖5 仿真測試
6 結(jié)束語
本文以Linux 嵌入式操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，同時以嵌入式uCLinux作為板子的操作系統(tǒng)并運行在ARM硬件平臺上。測試與評估表明，本設(shè)計符合高級智能型門禁控制器的軟、硬件需求，具有良好的可裁減性、可擴展性，在未來的發(fā)展中必將贏得廣闊的發(fā)展空間。
以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信接口的設(shè)計與實現(xiàn)解決了門禁系統(tǒng)采用RS485傳輸信號速率較慢的問題，更重要的是它還符合網(wǎng)絡(luò)扁平化的發(fā)展趨勢，即做到了不使用任何網(wǎng)關(guān)就能將控制器網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)無縫地集成在一起，統(tǒng)一到一個都使用TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之中。數(shù)字安防系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是一體化集成，該接口的實現(xiàn)為一體化集成提供了有力的途徑，將會促進數(shù)字安防系統(tǒng)的快速發(fā)展。
作者簡介：杜明芳(1976-)，女，碩士、講師，主研方向：分布式控制系統(tǒng)，智能信息處理
參考文獻
1 李正軍. 現(xiàn)場總線及其應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006: 488.
2 王汝琳. 智能門禁控制系統(tǒng)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004.
3 李駒光. ARM應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)祥解——基于S3C4510B的系統(tǒng)設(shè) 計[M]. 北京: 清華大學出版社, 2003.
4 Wall K. GNU/Linux編程指南[M]. 北京: 清華大學出版社, 2002
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