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系統集成,是以用戶的應用需要和投入資金的規模為出發點,綜合應用各種計算機相關技術,適當選擇各種軟硬件設備,經過相關人員的集成設計、安裝調試、應用開發等大量技術性工作和相應的管理性及商務性工作,使集成后的系統能夠滿足用戶對實際工作要求,具有良好的性能和適當的價格的計算機網絡系統的全過程。
系統集成要求將各個分離的設備(如個人電腦)、功能和信息等集成到相互關聯的、統一和協調的系統之中,使資源達到充分共享,實現集中、便利、高效的管理。系統集成實現的關鍵在于解決系統之間的互連和互操作性問題,它是一個多廠商、多協議和面向各種應用的體系結構。這需要解決各類設備、子系統間的接口、協議、系統平臺、應用軟件等與子系統等相關的一切面向集成的問題。
二、基于J2EE平臺的系統集成的架構
J2EE旨在為支持Java語言服務器端部署而提供與平臺無關的、可移植的、多用戶的、安全和標準的企業級平臺。
Java具有平臺無關性,可以運行在Windows、Linux、Unix等不同的操作系統上,Java的跨平臺是通過Java虛擬機(JVM)來實現的,Java源代碼被編譯成一種結構中立的中間文件格式,只要有Java運行系統的機器都能執行這種中間代,Java源程序被編譯成一種與機器無關的字節碼格式,在Java虛擬機上運行。
J2EE標準制定了一個開發者編寫企業應用時必須遵守的標準,也制定了各種應用系統服務商必須提供的基于標準的服務,這樣企業應用程序就可以在不同平臺間統一地使用這些服務。就像J2EE是一個工業支持開放標準一樣,應用開發者要確信由應用服務器以統一方式在不同平臺和不同供應商之間提供下層支持服務,這就允許應用開發商集中于業務邏輯的開發而不用在他們的應用代碼里執行這類系統級服務。
另外,一旦建立一個基于Java的組件,就可以在多個軟件系統上重復使用,也可以移植到不同系統上。重用已經建立的組件,企業不需要擁有編寫整個應用系統所需要的所有技術裝備,可以從不同的專門研究某一領域的供應商處購買組件,把這些組件充分利用到自己的應用系統中,這不僅使應用系統開發速度快速增長,而且減少了處理各種技術集的花費。
正是由于諸如以上的眾多優點,J2EE平臺堪稱集成信息系統的“強力粘合劑”,它依靠WEB層和業務層的組件處理事務及安全和擴展性,降低了訪問不同系統的難度。J2EE平臺的架構由客戶層、WEB層、業務層、集成層、數據庫層構成(如圖1):
客戶層是系統的用戶界面,呈現出適當的視圖,以收集查詢,顯示最終結果,它可以是瘦客戶端,胖客戶端這些非瀏覽器的客戶端,也可以是基于瀏覽器的客戶端。客戶層將信息和數據呈現給最終用戶,應用程序用戶與客戶端應用程序交互,客戶端應用程序與企業應用程序的其他組件相連。用戶接口/提供了客戶與信息進行交互的工具和相關的支持服務,它使客戶與系統的交互變得簡單、快捷。J2EE支持的Java客戶端包括Applet、Java應用客戶端、J2ME移動客戶端或MIDlet,瀏覽器是一個瘦客戶端,在J2EE系統的客戶端中應用最廣。客戶端類型多種多樣,容器必須提供組件支持,為客戶端組件提供運行時環境,JVM提供了Java運行時環境,個人桌面系統、工程工作站、Applet和應用客戶端等組件都支持JVM,而MIDlet要求對JVM進行稍加修改。
由于業務需求瞬息萬變,WEB層成了一個動態層,WEB層主要有兩種職責:接收客戶層組件的要求,處理請求,然后將請求路由到業務層的適當組件;接受業務層傳來的結果,計算一個適當的視圖,然后將視圖路由到對應客戶端。客戶層使用瀏覽器應用程序與WEB層組件交互,J2EEWEB層的重要組件有Servlet,ServletFilter和JSP,這些組件部署在高端服務器上,Web服務層和容器提供了事務、命名、目錄和JDBC等服務。其中,MVC模式分開了表示邏輯,業務邏輯和數據。
業務層負責執行必需的業務邏輯,它根據客戶請求計算業務邏輯,但最好將這些組件隱藏起來,不將業務邏輯直接呈現給客戶端。J2EE業務層包括業務邏輯,數據訪問邏輯和相關服務。EJB是運行在業務層的業務組件,EJB具有分布特點,面向事務,其中會話Bean負責創建和維護客戶與服務器組件的對話,實體Bean以適當方式實現數據的持久層,消息驅動的Bean可將J2EE應用程序與基于JMS的中間件集成到一起。業務組件部署在業務服務器上,業務服務器為業務組件提供各種“校準”服務,如事務、命名和目錄等。
EIS層將前端業務邏輯層的組件與后端數據庫層連接起來,這一層的組件應盡量確保數據庫不同資源與業務邏輯層組件的無縫集成。很多信息系統有規模大、技術難度大的特點,若巧妙集成這些信息系統,將能保護現有投資,并有效“重用”信息,流程和工作流。EIS層的集成不是單純的數據集成,還涉及信息集成,對JDBC、JMS、J2EE連接器架構、JNI和JNDI等技術能起到幫助作用,其中J2EE連接器架構對企業最重要,能給J2EE平臺帶來“可插入”行為,廠商的資源適配器允許將信息系統插入J2EE平臺,以實現近乎零障礙的集成。
三、Siebel-基于J2EE平臺的CRM集成解決方案
Siebel是CRM理念與技術應用的最初實踐者,為后來不斷涌現的CRM軟件廠商提供了業界的標準,可以毫不夸張的認為其是CRM的先驅與開創者。到目前為止,Siebel的CRM系統在CRM3個關鍵領域,即銷售、營銷及服務3者之間的數據/流程整合度最高,各種應用界面最為統一。Siebel產品功能齊全,企業更能根據自己的需要選擇相應模塊,有利于系統的集成,并為今后系統的功能擴展提供充足的前提條件。SiebelCRM應用引擎的多層體系如圖2所示:
用戶界面提供個性化用戶界面,管理用戶交互行為,從目標定義庫(SRF)讀取有關用戶界面定義子集并解釋執行。目標管理器(ObjectManager)為Siebel所有企業管理邏輯目標(BusinessObjects)提供完整一致的目標行為,從SRF讀取與企業管理邏輯有關的目標定義子集并解釋執行。數據管理器管理一個獨立于RDBMS邏輯數據映像(DataView),從而使目標管理器功能獨立,企業管理邏輯定義無需因不同的RDBMS而有所改變,并激發實時SQL語句,讀取并解釋SRF中有關數據關系鏈(DatabaseSchema)的定義,與數據交換層(DataExchange)通訊以訪問存于RDBMS的物理數據。數據交換層直接處理與RDBMS相關的交互信息,作為數據管理器和RDBMS的中介橋梁。
客戶端接口提供了用戶界面的簡單整合,利用COM、CORBA、ACTIVEX、XML等技術可以在客戶端進行客戶化整合。服務端的接口為企業邏輯定義目標提供了實時連接,利用COM、CORBA、XML、MQSeries可在服務器端進行整合。數據管理器的接口提供了數據庫與數據庫之間的數據遷移工具,利用數據庫工具在不同的RDBMS之間進行大容量數據交換。
Siebel的企業數據整合管理(EIM)是專門為系統實施所提供的數據整合管理工具,它用來處理Siebel數據庫和企業其他數據庫之間的數據交換。EIM利用系統中介數據庫表(InterfaceTables)暫時存儲輸入輸出數據,開發人員只需直接讀寫中介數據庫表的內容,中介表與Siebel數據庫之間的數據交換與轉換由Siebel服務器的EIM批作業自動完成。使用EIM可以對數據進行批量輸入、輸出、數據整合和刪除。在需要數據輸出到別的應用系統場合,可以用EIM從Siebel數據庫輸出數據供其他系統使用。必要時可以根據對定義對數據庫的紀錄進行整合處理,消除重復紀錄。可以根據定義進行數據刪除工作,EIM將根據要求將各相關的紀錄刪除。
Siebel服務器采取邏輯體系(如圖3):
Gateway服務器也稱名字服務器,作為各企業服務器的單一入口,動態分配注冊Siebel服務器和各應用組件(ServerComponent)的可應用狀態,存儲服務組件定義以及分配連接信息;如安裝第三方負載平衡軟件,則可以根據服務器負載情況動態分配入口請求。Siebel服務器運行一個或多個Siebel服務程序,從名字服務器讀取服務器的配置信息,利用數據接口訪問數據庫服務器。企業服務器(EnterpriseServer)邏輯管理一個或多個Siebel服務器,讀取單個RDBMS。數據庫服務器存儲Siebel數據關系鏈,支持各種流行的數據庫標準接口。Siebel文件系統存儲所有經壓縮的文檔數據及其他非標準數據,以供Siebel應用軟件讀取和存儲。
(1)通訊功能類
配置CAN總線接口,支持標準SAEJ1939從數據鏈路層、網絡層到應用層協議;配置無線數據通訊模塊,具備遠程數據查詢、故障診斷功能;支持實時數據流上傳功能,支持歷史故障信息上傳。
(2)診斷功能類
配置NANDFLASH存儲器,具有本地存儲功能;具有重要數據本地存儲和服務器雙重備份功能;支持遠程監控系統模擬診斷儀對整車CAN網絡進行診斷;支持在整車設計過程中對發動機標定數據檢測與上傳,配合整車設計功能。
2硬件設計
(1)單片機
在該方案設計中使用Cortex-M3內核的單片機STM32F207VCT6。ARM的CORTEX-M3處理器是新一代的嵌入式ARM處理器,它為實現MCU的需要提供了低成本的平臺、縮減的管腳數目、降低的系統功耗,同時提供卓越的計算性能和先進的中斷系統響應。STM32F207VCT6擁有內置的ARM核心,它與所有的ARM工具和軟件兼容。
(2)通信模塊
通信模塊目前采用SIMCOM公司GPRS模塊SIM800A。SIM800A模塊單元支持兩頻GSM900/1800。最大發射功率為EGSM900Class4(2W),DCS1800Class1(1W)。正常上電后,GSM模塊基本在20s連上GSM網絡,30s連上服務器,連上服務器就能建立與服務器的正常數據鏈路。模塊接口方式簡單,使用TTL串口,操作方便。單片機串口與模塊串口連接,即可通過發送AT指令控制GSM模塊,實現GPRS網絡的數據發送。
(3)CAN單元
CAN單元包含兩路CAN接口,一路作為標準車身CAN通信接口,波特率125Kbps,另一路預留。CAN收發器選用NXP公司的車載級收發器TJA1042-3,適用于12V和24V系統,工作溫度-40~125℃。最大傳輸速度為1Mbps。支持SAEJ1939標準的CAN數據接口。芯片內部帶過壓保護,CANH、CANL管腳耐壓值范圍-27V~40V,抗瞬態脈沖電壓范圍達到-200V~200V。
3軟件設計
系統軟件架構為典型的前后臺式架構,整體采用模塊化的軟件設計方法,將系統功能分解為多個子模塊,每個模塊對應一個狀態機,系統在初始化完成之后,即進入主循環,各狀態機依據在程序中的前后位置依次獲得CPU時間循環運行。系統軟件的主要部分分為GSM模塊管理,GPS模塊,電源管理模塊,SAEJ1939協議處理模塊。GSM管理模塊主要處理的內容包括:GSM模塊的電源控制,建立移動網絡的鏈接,與服務器建立數據鏈接,應用層數據包的打包與發送處理,數據包重發處理機制等。GPS模塊主要處理的內容是:GPS模塊的電源控制,NMEA2000GPS數據協議解析,獲取GPS的位置信息、速度信息與時間信息等。電源管理模塊負責管理系統的電源,處理系統不同的工作模式還有各個工作模式之間的切換。SAEJ1939協議處理模塊,包含了SAEJ1939的數據鏈路層、傳輸層、網絡管理層、應用層和故障診斷層的協議的全部內容。
(1)數據鏈路層
STM32F207VCT6集成的CAN控制器芯片基本實現了數據鏈路層的全部內容,但是SAEJ1939對數據鏈路層進行了重新定義,對CAN擴展幀的29位標識符進行了重新編碼。數據鏈路層需要完成29位標識符的編碼和解碼工作。
(2)傳輸層
傳輸層是整個SAEJ1939網絡協議最復雜的一層,主要實現分段傳輸功能。在J1939中要傳輸大于8個字節的報文時,需要采用分段傳輸功能,分段傳輸功能可以拆分為兩個主要的功能塊:報文的分包、重組以及連接管理。分包、重組用于傳輸長度大于8的報文,報文必須被拆分為若干個小書架包,然后使用數據幀將報文逐一傳送。而接收方必須能夠接收這些數據幀,然后解析并且重組成原始的報文。連接管理的功能包括基于連接模式的點對點報文傳輸和基于未連接模式的廣播報文傳輸。在點對點模式下,連接管理用于處理節點間的虛擬鏈接的打開、使用和關閉。而基于未連接模式的廣播報文傳輸,則只要處理數據超時,當超時時間到了,而沒有收到后續數據包,則直接放棄此連接就可以了。
(3)網絡管理層
在本系統中,車輛的各個CAN總線節點的地址已經分配好了,所以未使用網絡管理的功能。這樣簡化了系統的設計與軟件復雜度。
4功能設計使用
SAEJ1939的總線應用層協議,在系統中主要實現的功能包括以下幾個方面。
(1)遠程車輛控制
因為重型卡車價格高昂,客戶普遍會選擇貸款購車。為了防止客戶有欠款不還的情況出現,要保證系統可以實現對客戶車輛的遠程控制。遠程控制的實現要求是要保證發動機要預留有操作接口,要支持各種運行模式,比如跛行模式,此模式可以限制車速,保證基本的行車安全,但是車輛的速度很低,小于30km/h,這樣就能在不影響安全的情況下實現對有些不遵守合約的客戶的約束。實現的原理是這樣的,遠程診斷系統定義了一個SAEJ1939的報文,此報文通過車身控制模塊從低速車身CAN總線轉發到高度的動力CAN總線。在車輛點火的時候,發動機管理系統就檢測此報文,如果總線上沒有此報文,則發動機點火失敗;如果檢測到此報文,才允許點火。如果遠程診斷系統被惡意破壞了,則發動機管理系統接收不到遠程診斷系統的報文,則車輛就不能點火了。在車輛使用中,可以通過從發服務器端發送命令來對車輛進行鎖定、解鎖、跛行等模式的設定。當設定不同的工作模式時,遠程診斷系統把對應的設定模式發送到發動機管理系統,由發動機管理系統實現對車輛的實際控制功能。
(2)診斷信息收集
SAEJ1939應用層診斷協議定義了系統診斷相關的協議,包含:當前活動的診斷故障碼(DM1)、歷史活動的診斷故障碼(DM2)、歷史故障碼清除(DM3)、停幀參量(DM4)、當前故障碼清除(DM11)等。可以通過服務器向遠程診斷系統配置診斷的操作模式,可以實時收集各個CAN總線節點的當前活動的診斷故障碼,收集到的診斷故障信息可以先存儲在系統的NANDFLASH存儲器中,當與服務器建立數據鏈路后就可以發送到后臺服務器。這樣從服務器端就可以知道當前的車輛實時狀態,也可以對車輛的安全狀態有個基本了解。
(3)模擬在線診斷儀診斷
環境工程設計的項目建議書階段包含若干個子結構,是一個復雜的系統。如果缺乏系統思維,孤立、片面地理解系統控制理論,將定量分析和定性分析、動態特性和穩態特性等相關內容割裂開來,不能相互聯系、相互融合以形成合理認知體系,則不能夠全面、聯系、突出重點地分析和解決問題。而利用思維樹模型可培養系統思維能力,[6]強化系統控制理論在項目建議書階段的應用,將一項工程所涉及的各個領域和角度清晰的表示出來(以城市污水處理廠為例,如下圖1所示)。
2可行性研究階段的系統控制理論
可行性研究是在項目建議書被批準后,對項目在技術上和經濟上是否可行所進行的科學分析和論證。這一階段包括工程概述、工程方案、工程投資估算及資金籌措、工程近遠期結合問題、工程效益分析、工程進度安排、存在問題及建議以及附圖附件等內容。在這一系統中,用最優化分析解決問題,即在本系統的運籌中,控制策略要使工程凈效益最大,而費用盡可能地小(可視為負效益)。為了盡可能地減少這種負效益,必須在一定的工程規律和條件的約束下,按照最優化原則,結合工程分析考慮工程方案必選優化,對整個工程系統進行科學的管理,不求負效益最小,而只要求負效益盡可能減少。這是由于在環境工程設計中,最優解并不一定是最理想的。[7]
3工程設計階段的系統控制理論
在此階段,環境工程設計可分為方案設計、初步設計、施工圖設計三個階段,每個階段都是一個復雜系統,可將系統控制的重點分別集中在組織系統的輸入、轉換過程和輸出3個階段,由此形成3種不同的控制類型:前饋控制、同步控制和反饋控制。[8]
3.1前饋控制
前饋控制也稱預先控制,是指在整個過程中預先集中于系統輸入端的控制,其目的是通過事前考慮各種可能的功能障礙來預測并預防偏差的出現。其在環境工程設計的方案設計階段起著重要作用,主要體現在以下幾方面:
3.1.1環境工程概況分析
環境工程涉及水、氣、聲、渣、輻射等多個方面,涵蓋內容非常豐富,工程特征千差萬別。因此,掌握具體項目的工程概況是搞好設計的必須前提,主要包括:(1)工程一般特征簡介。包括工程名稱、建設性質、建設地點、建設規模、車間組成、產品方案、輔助設施、配套工程、儲運方式、占地面積、職工人數、工程總投資及發展規劃等。(2)工藝路線與生產方法。用流程圖表述說明生產工藝過程,必要時列出主反應式和副反應式,并關注副反應中可能潛在的危害因素。(3)物料及能源消耗定額。包括主要原料、輔助原料、材料、助劑、能源以及用水等的來源、成分和消耗量,特別是要綜合對比單位產品的物耗、能耗指標、新水用量指標以及排污系數。(4)主要技術經濟指標。包括生產率、效率、回收率和放散率等。除了主產品的總回收率之外,還應高度重視資源的綜合利用率和綜合總回收率。
3.1.2污染源及污染源強分析
污染源分布和污染物源強是環境工程設計的基礎資料,必須按建設工程、生產過程和服務期滿后三個時期的工程全過程做認真調查、詳細統計,力求完善。對于污染源分布調查要求按專題繪制污染流程圖,標明污染物排放部位,然后列表逐點統計各種污染因子的排放強度、濃度及數量。另外,鑒于近年來環境風險事故呈頻發、高發態勢,應高度關注環境工程風險排污的源強統計及分析,包括事故排污和異常排污兩種工況。事故排污的源強統計應計算事故狀態下的污染物最大排放量,作為風險預測的源強;異常排污的源強應統計工藝設備或環保設施達不到設計規定指標的超額排污。
3.1.3環保方案分析
分析工程總圖布置方案,根據氣象、水文等自然條件分析工廠和車間布置的合理性,與周圍環境保護目標所定防護距離的安全性。分析工程既定環保方案所選工藝及設備的先進水平和可靠程度,采用資源節約型模式、資源綜合利用、物能良性循環、產業生態、清潔生產、循環經濟等方面的可行性,處理工藝有關技術經濟參數的合理性,并分析環保設施投資構成及其在總投資中占有的比例。
3.2同步控制
同步控制也稱實時控制,是指活動進行過程中所實施的控制。在環境工程設計中,同步控制的關鍵是嚴把設計質量關,實現初步設計的標準化,由僅控制排放標準向全面的設計質量標準過渡。積極引導環境工程設計單位貫徹國家制定的《建筑企業貫徹ISO9000系列標準實施細則》《建設項目環境保護管理條列》《中華人民共和國環境影響評價法》《三廢處理工程技術手冊》等相關標準,使環境工程設計單位質量管理工作進入程序化、標準化、規范化的軌道。各單位的質量保證體系,要在當地設計質量監督機構備案審查,把貫標工作與單位資質、工程招標投標和企業創優工作結合起來,實現質量的單位自控。在推行設計資格審查和管理制度的基礎上,進一步制定重大工程的設計方案圖紙審查、批準制度,發現問題,及時追朔設計存在的問題,系統解決,防止問題的再次發生,并追蹤審查以前的可能事故點。
3.3反饋控制
反饋控制也稱事后控制,控制作用發生在行動之后,目的在于改進,以預防將來發生偏差。在缺乏任何預見手段的情況下,反饋控制是比較實用的控制方式。在施工設計中,反饋控制的關鍵是引入工程環境監理,通過具有相應資質的監理企業,接受建設單位的委托,承擔其建設項目的環境管理工作,并代表建設單位對承建單位的建設行為對環境的影響情況進行檢查,對污染防治和生態保護的情況進行檢查,確保各項環保措施落到實處。對未按有關環境保護要求施工的,應責令建設單位限期改正,造成生態破壞的,應采取補救措施或予以恢復。通過監理這一反饋控制,可提供設計效果的真實信息,并使設計人員獲得評價其績效的信息,從而提高設計水平,對于下一步或日后工作的實踐指導作用非常巨大。
4竣工環境保護驗收階段的系統控制理論
為監督落實環境保護設施與建設項目主體工程同時投產或者使用,以及落實其他需配套采取的環境保護措施,防治環境污染和生態破壞,實施建設項目竣工環境保護驗收。[9]該階段是對整個環境工程設計系統的最后一個核查關卡,涉及驗收范圍、驗收標準、驗收工況、驗收監測(調查)結果、驗收環境管理、現場驗收檢查、風險事故環境保護應急措施檢查及驗收結論等部分。可用如下系統流程圖簡述其驗收工作程序。
5結論
關鍵詞:視頻檢測PCI總線PPP協議
引言
隨著計算機視覺技術以及圖像處理技術的不斷發展,計算機視覺和視頻檢測技術已經廣泛應用于工業控制、智能交通、設備制造等很多領域。傳統的視頻檢測往往采用工控機作為其視頻處理器來實現其功能。這種方法往往由于工控機處理速度的問題,無法實現對各個不同方向同時進行視頻檢測,而且由于視頻檢測處理過程需要占用大量的處理時間,因而無法實現實時的遠程控制功能。
目前在遠程控制和通信方面,基于DOS和Windows操作系統的通信平臺得到普遍的引用,但是DOS操作系統作為單任務操作系統,無法實現多任務功能和實時處理的要求;而Windows操作系統作為視窗操作系統,其系統的穩定性和實時性也無法與實時多任務嵌入式操作相比擬。
本文提出一種以DSP作為視頻檢測處理芯片,以Linux為操作系統的嵌入式系統設計方法。
1系統結構
本系統的開發主要包括視頻檢測卡和x86通信平臺的設計2個部分。視頻檢測卡主要包括模擬圖像采集、轉換、DSP視頻檢測3個部分,每塊交換參數檢測卡擴充PCI總線接口,插在通信開發平臺的PCI總線插口上,通過PCI總線同通信平臺交換數據。通信平臺處理多塊交通參數檢測卡的通信問題,將視頻檢測卡通過PCI總線傳送過來的視頻檢測數據實時通過網絡傳送給控制中心。系統的功能方框圖如圖1所示。
根據系統設計要求,視頻檢測卡功能主要分為:模擬圖像采集、模擬圖像A/D轉換、數據緩存以及DSP視頻檢測5個部分。視頻檢測卡流程如圖2所示。
本系統采用Philips公司的SAA7111A來實現模擬圖像A/D轉換。該芯片可實現多路選通、鎖相與時序、時鐘產生與測試、ADC、亮色分離等功能。其輸出可以具有如下格式:YUV4:1:1(12bit)、YUV4:2:2(16bit)、YUV4:2:2(CCIR-656)(8bit)等。由于DSP處理芯片和SA7111A的時序不同,可以通過CPLD進行邏輯控制FIFO來完成數據緩存的功能。
DSP是實時信號處理的核心。本系統采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。該芯片屬C6000的定點系列,C6211在這個系列中是性價比最高的一種。C6211處理器由3個主要部分組成:CPU內核、存儲器和外設。集成外設包括EDMA控制器、外存儲器接口(EMIF)、主機口(HPI)、多通道緩沖接口(McBSP)、定時器、中斷選擇子、JTAG接口、PowerDown邏輯以及PLL時鐘發生器。通過EMIF接口擴充SDRAM,而PCI總線控制芯片的擴展通過HPI接口。
PCI總線的接口芯片PCI9050,主要包括PCI總線信號接口和本地總線(LOCALBUS)信號。在硬件設計時,只需將本地總線信號的接口通過電平轉換連接到DSP的HPI接口,同時擴展PCI接口就可以完成其硬件電路設計。
2通信開發平臺的嵌入式系統設計
通信開發平臺以x86為核心器件,擴充PCI總線,通過Modem撥號,實現x86與Internet的連接。
2.1PCI總線設備驅動
PCI設備有3種物理空間:配置空間、存儲器空間和I/O空間。配置空間是長度為256字節的一段連接空間,空間的定義如圖3所示。在配置空間中只讀空間有設備標識、供應商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標類型。其中供應商代碼用來標識設備供應商的代碼;設備標識用來標識某一特殊的設備;修改版本標識設備的版本號;分類代碼用來標識設備的種類;頭標類型用來標識頭類型以及是否為多功能設備。除供應商代碼之外,其它字段的值由供應商分配。
命令字段寄存器用來提供設備響應的控制命令字;狀態字段用來記錄PCI總線相關事件(詳細的命令控制和狀態讀取方法見參考文獻4)。
基地址寄存器最重要的功能是分配PCI設備的系統地址空間。在基地址寄存器中,bit0用來標識是存儲器空間還是I/O地址空間。基地址寄存器映射到存儲器空間時bit0為“0”,映射到I/O地址空間時bit0為“1”。基地址空間中其它一些內容用來表示PCI設備地址空間映射到系統空間的起始物理地址。地址空間大小通過向基地址寄存器寫全“1”,然后讀取其基地址的值來得到。
PCI設備的驅動過程主要包括下面幾個步驟。
首先,PCI設備的查找。在嵌入式操作系統中一般提供相應的API函數,在Linux操作系統中通過函數pcibios_find_device(PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE,index,&bus,&devfn)可以找到供應商代碼為PCI-ID,設備標識為PCI-DEVICE的第n(index+1)個設備,并且返回總線號和功能號,分別保存于bus和devfn中。
第2步,PCI設備的配置。通過操作系統提供的API函數訪問PCI設備的配置空間,配置PCI設備基址寄存器的配置、中斷配置、ROM基地址寄存器的配置等,這樣可以得到PCI的存儲器空間和I/O地址空閑映射,設備的中斷號等。在Linux操作系統中,訪問PCI設備配置空間的API函數有pcibios_write_config_byte、pcibios_read_config_byte等,它們分別完成對PCI設備配置空間的讀寫操作。
第3步,根據PCI設備的配置參數,對不同的設備編寫初始化程序、中斷服務程序以及對PCI設備存儲空間的訪問程序。
2.2遠程控制與通信鏈路的建立
與Internet連接的數據鏈路方式主要有Ethernet方式和串行通信方式。Ethernet連接方式是一種局域網的連接方式,廣泛應用于本地計算機的連接。通過Modem進行撥號連接的串行通信方式,可以實現遠距離的數據通信,下面詳細介紹串行通信接口協議方式。
串行通信協議有SLIP、CSLIP以及PPP通信協議。SLIP和CSLIP提供一種簡單的通過串行通信實現IP數據報封裝方式,通過RS232串行接口和調試解調器接入Internet。但是這種簡單的連接方式有很多缺陷,如每一端無法知道對方IP地址;數據幀中沒有類型字段,也就是1條串行線路用于SLIP就不能同時使用其它協議;SLIP沒有在數據幀中加上檢驗和,當SLIP傳輸的報文被線路噪聲影響發生錯誤時,無法在數據鏈路層檢測出來,只能通過上層協議發現。
PPP(PointtoPointProtocal,點對點協議)修改了SLIP協議中的缺陷。PPP中包含3個部分:在串行鏈路上封裝IP數據報的方法;建立、配置及測試數據鏈路的鏈路控制協議(LCP);不同網絡層協議的網絡控制協議(NCP)。PPP相對于SLIP來說具有很多優勢;支持循環冗余檢測、支持通信雙方進行IP地址動態協商、對TCP和IP報文進行壓縮、認證協議支持(CHAP和PAP)等。圖4為PPP數據幀的格式。
PPP的實現可以通過2個后臺任務來完成。協議控制任務和寫任務。協議控制任務控制各種PPP的控制協議,包括LCP、NCP、CHAP和PAP。它用來處理連接的建立、連接方式的協商、連接用戶的認證以及連接中止。寫任務用來控制PPP設備的數據發送。數據報的發送過程,就是通過寫任務往串行接口設備寫數據的過程,當有數據報準備就緒,PPP驅動通過信號燈激活寫任務,使之完成對串行接口設備的數據發送過程。PPP接收端程序通過在串行通信設備驅動中加入“hook”程序來實現。在串行通信設備接收到1個數據之后,中行設備的中斷服務程序(ISR)調用PPP的ISR。當1個正確的PPP數據幀接收之后,PPP的ISR通過調度程序調用PPP輸入程序,然后PPP輸入程序從串行設備的數據緩存中將整個PPP數據幀讀出,根據PPP的數據幀規則進行處理,也就是分別放入IP輸入隊列或者協議控制任務的輸入隊列。
PPP現在已經廣泛為各種ISP(InternetSeverProvider)接受,而Linux操作系統下完全支持PPP協議。在Linux下網絡配置過程中,通過1個Modem建立與ISP的物理上的連接,然后在控制面板(ControlPanel)里面選擇NetowrksConfiguration。在接口(Interface)里面加入PPP設備,填入ISP電話號碼、用戶以及密碼,同時將本地IP和遠端IP設置為0.0.0.0,修改/ETC/PPP/OPTION,加上DEFAULTROUE,由ISP提供缺省路由,這樣就完成了設備的PPP數據鏈路設置過程,可以通過Internet實現遠程控制。
結束語
該設計方法已成功應用于智能交換系統的交通參數檢測系統中。在該系統中,采用4塊DSP視頻檢測卡實現4個不同路面區域的交通參數檢測,同時采用Linux作為通信平臺的操作系統;通過PPP協議建立與監控中心的連接,實現監控中心對各個視頻檢測卡的遠程控制。
(1)柴油。
(2)液壓油。
(3)防凍液。
(4)冷媒。
(5)其他如柴機油(加注在發動機及變速箱中)、齒輪油(加注在后橋,蝸輪箱等傳動機構中)。工程機械行業中由于柴油及液壓油使用量加大,其余油液使用量較小,故柴油及液壓油多使用集中供液系統,而其余油品則使用線邊加注機加注的模式。
2集中供液系統的構成及簡介
2.1儲液系統
主要由進液系統、儲液罐、供液系統、泵房等組成。
(1)進液系統。為滿足油罐車輸送方式,多在墻體上布置柴油、液壓油油罐車卸油快速接頭。柴油油罐車一般自帶卸油泵,故柴油不配卸油泵;液壓油配卸油泵,同時滿足油桶補油方式和油罐車不帶泵時的補液方式,同時液壓油卸油配置防空打保護裝置,桶空時能自動關閉卸油泵。考慮到要快速吸納液體的需要,即流量為主要因素時,采用氣動隔膜泵,GRACO:H2150型氣動隔膜泵,見圖2。對于輸送有腐蝕性的液體時,應采用不銹鋼的泵和管路,如防凍液、冷媒等液體。另外,在進液泵的前端應設置過濾器,除去液體中的部分雜質。
(2)儲液罐。根據每車加注量、生產綱領和加注頻率的需要,計算出需要的儲液罐數量和罐體規格。同時,還要考慮輸送液體的性質,如有腐蝕性,應采用不銹鋼罐體,如防凍液、冷媒等液體。其他無腐蝕性液體,可采用一般的碳鋼罐體。儲液罐臥式放置,推薦采用埋地方式,外表面做五油三布加強級防腐處理。儲液罐通氣管管口上裝阻火透氣帽,在呼吸阻火閥處要加裝干燥器,避免潮濕的空氣進入油罐造成油液乳化。每個儲液罐均安裝有液位控制傳感器,高、低液位及極限液位時自動報警。
(3)供液系統。根據輸送液體的粘度和輸送距離,柴油選用氣動隔膜泵。液壓油粘度較大,輸送泵選用大流量氣動柱塞泵。油液輸送泵每種油品均配備雙泵,一用一備,正常使用一臺,留有一個泵作為系統備份。輸送系統分別配置過濾器及流量計,用于物料統計。流量計一般安裝在儲液罐的出油口處,可以避免由于罐車卸油或油桶補油時出現空打,造成流量計計量不準的情況發生。
(4)泵房。因柴油屬于“乙類”易燃液體,為確保安全,泵房內照明、排氣線路及開關均采用防爆裝置,同時用自動防爆排風扇強制換氣方式減少泵房內揮發可燃氣的存在。同時,油泵房內設有可燃氣體檢測報警器,當可燃氣體達到爆炸下限濃度(V%)值時報警。泵房所有的氣動馬達都要接地線至泵房的總地線上,將運動件摩擦和流體運動產生的靜電放掉。地面設集油槽,方便廢液回收。
2.2輸送管路系統
輸油管路、控制信號管路分別實現油液的輸送及控制信號的傳遞,一般車間外埋地鋪設,車間內加空鋪設,并采用五油三布加強級防腐處理。輸油管路一般是長度在6~8米不等的無縫鋼管采用“單面焊接,雙面成型”方式連接而成,不同油液的管路標有不同顏色,并用文字標識,以便與區分。在輸送泵出口設計壓力傳感器,當用油點沒有使用油品而輸送管路里的油品壓力有明顯壓降現象,此時集中供液監控系統應及時報警,提示工作人員及時檢測輸送管是否有漏油情況。當夏季或發生火災時,管道內的油液因為溫升較高導致體積迅速膨脹,從而使管道內瞬間產生更高的壓力時,壓力傳感器檢測到壓力超過設定值時會進行報警,并開啟旁通安全閥進行泄壓。集中供液的儲液罐及各泵、管路安裝完畢,同時進行壓力檢漏。檢漏合格后進行壓縮空氣清掃,清掃完畢后用相應的油液進行清洗。
2.3加注系統
一般在加注工位設置需要的加注機,一些工程機械油液加注口位于機器上部,還配有可伸縮加注平臺,如柴油加注機、液壓油加注機、防凍液加注機及其他油品加注機。液壓油二合一加注機(帶伸縮平臺)液壓油二合一加注機(帶伸縮平臺)主體由兩配置相同的液壓油管路組成,補液管路采用集中供液的補液形式,儲液箱配置液位傳感器,可實現自動補液及錯誤報警功能,加注泵采用JUSTMARK齒輪泵,加注管路配置溢流閥保證管路安全,加注管路配置美國Donaldson過濾器,確保油品質量;可伸縮平臺實現不同車型車輛的加注。加注流程:首先選擇需要的加注車型,然后將對應加注槍與工件的加注口連接。打開加注槍扳機,按下對應加注啟動按鈕,進入加注過程。加注完成后,加注指示燈滅,蜂鳴提示,最后取下對應加注槍,將加注槍放回加注槍架位置。除加注和撤卸加注槍采用人工方式外,其他所有加注過程都是自動完成。
2.4電氣控制系統