1 引 言
單片機和微控制器在工業(yè)現(xiàn)場控制領域已得到廣泛的應用，但這些控制系統(tǒng)通常采用RS232或RS485組網(wǎng)，作用距離短。如今，Internet飛速發(fā)展，已成為信息交流的重要渠道。而且，基于Web的B／S遠程監(jiān)控模式技術也越來越成熟。如果將這種模式應用于工業(yè)現(xiàn)場控制領域，則用戶只要在有Internet接入的地方，就可以對工業(yè)現(xiàn)場設備進行遠程監(jiān)控。將其應用于家庭，則可以朝家電信息化邁出關鍵的一步。
上述系統(tǒng)的實現(xiàn)離不開嵌入式操作系統(tǒng)" title="嵌入式操作系統(tǒng)" target="_blank">嵌入式操作系統(tǒng)。后PC時代，隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛應用，嵌入式操作系統(tǒng)也越來越受到重視。嵌入式操作系統(tǒng)具有結構小巧、實時性強、穩(wěn)定性高等特點。目前，商用嵌入式操作系統(tǒng)比較多，如Vxworks，QNX，Nucleaus，WinCE等，但價格都很昂貴，并不適合廣泛應用。
嵌入式Linux為這個問題提供了良好的解決方案，其開放的源代碼、強大的技術支持、良好的可擴展性及對眾多硬件的支持都是它嵌入化的優(yōu)勢。所以我們選擇嵌入式linux為操作平臺，結合成熟的Web技術來進行遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計。
2 系統(tǒng)結構
該遠程控制系統(tǒng)利用Internet／Intranet網(wǎng)絡資源，只需一臺聯(lián)網(wǎng)的PC客戶機，就可實現(xiàn)對遠程設備狀態(tài)的監(jiān)視和控制。這里，我們提出系統(tǒng)結構的兩種設計方案，如圖1、2所示。
兩種方案都利用了Internet／Intranet網(wǎng)絡資源。不同的是，在方案一中，使用了一臺PC機作為代理服務器接入Internet網(wǎng)絡，這樣便可利用代理服務器提供強大的數(shù)據(jù)庫功能。該方案適用于測量設備較多，相對集中的場合。嵌入式設備可通過以太網(wǎng)線直接與服務器相連，這樣，嵌入式設備實際上只需要實現(xiàn)一個以太網(wǎng)到RS232的轉換。但是，在某些嵌入式的應用環(huán)境中，并不適合單獨使用一臺PC機作服務器，因此，我們提出方案二，嵌入式設備作為Web Server直接接入Internet／Intranet。嵌入式設備運行一個操作系統(tǒng)并在此基礎之上實現(xiàn)WebServer的功能，這對系統(tǒng)硬件要求比較高，再加上小型嵌入式數(shù)據(jù)庫技術的不成熟，使得它在數(shù)據(jù)管理方面稍有欠缺。盡管如此，我們仍采用方案二，因為我們認為它代表著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向，其應用范圍更為廣泛，并且，隨著軟硬件水平的不斷提高，上述的缺點都是可以克服的。
我們的方案中，硬件上采用32位Motorola微處理器，2M Flash，16M SDRAM，及必要的外圍設備即可滿足系統(tǒng)的要求。
3 系統(tǒng)軟件設計
3．1 Linux的選擇
由于Linux過于龐大，要將它應用于小巧的嵌入式系統(tǒng)，首先必須將其小型化。目前，出現(xiàn)了各種不同的嵌入式Linux版本，有一些還具有一定的實時性。我們首先依據(jù)自己所選擇的CPU類型，以公開的嵌入式Linux源代碼為基礎，根據(jù)自己設計的主板情況編寫相應的bootloader程序或BIOS，運行自己的系統(tǒng)。一旦加載上了嵌入式Linux，則對于上層應用軟件的編程與在運行普通Linux的PC機上一樣，所有的程序都可以先在Linux的PC機上調試通過，然后只需要修改MakeFile文件，就可以完全移植到嵌入式Linux設備上運行。如果編譯嵌入式Linux時選擇網(wǎng)絡文件系統(tǒng)（NFS），則調試的時候可利用gdbserver，省去了無數(shù)次下載程序的麻煩。這種方法有很大的靈活性與自由度，但也要注意到，由于硬件的配置不同，或程序本身原因，網(wǎng)上下載的源代碼未必都合適，這需要自己對照源碼去調試與發(fā)現(xiàn)。
3．2 應用程序設計
3．2．1 C／S（Client／Server）模式與B／S（Browser／Server）模式傳統(tǒng)的C／S模式采用兩層設計，客戶應用層負責提供交互界面，實現(xiàn)應用邏輯以發(fā)送數(shù)據(jù)、請求并處理返回數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫服務器層負責處理客戶數(shù)據(jù)請求并返回結果，有效管理系統(tǒng)資源。該模式需獨立開發(fā)和安裝每個應用，系統(tǒng)升級維護困難，客戶機負擔重。此外，與數(shù)據(jù)庫的直接交互導致應用程序對數(shù)據(jù)結構有很強的依賴性，且浪費數(shù)據(jù)庫連接資源。
基于二層結構的C／S模式無法適應Internet網(wǎng)絡的特性，因此出現(xiàn)了一種新的體系結構——B／S模式。B／S是一種基于Hyperlink，HTML，Java的三級或多級C／S，客戶端僅需要單一的瀏覽器軟件，其它大量工作都由Web Sever完成。B／S模式使用簡單、易于維護、擴展性好，已逐漸成為主流。
3．2．2 客戶端工作過程
該系統(tǒng)使用的是B／S模式，對客戶端幾乎沒有特別要求?？蛻舳酥灰谄胀╓indows視窗系統(tǒng)，安裝IE或Netscape即可。換句話說，任何一臺上網(wǎng)的計算機，都可能成為客戶端。
客戶端的工作過程如下：通過Internet／Intranet網(wǎng)絡訪問監(jiān)控中心的主頁，根據(jù)需要輸入用戶名和密碼，檢驗成功則進入Web Server系統(tǒng)的監(jiān)控界面，點擊相應的設備按鈕可以獲得該設備的運行狀態(tài)并可以對設備的參數(shù)進行設置。