基于 ARM 和 Linux 通用工控平臺設計與實現

2 PC模擬器開發環境搭建
建立自己的開發目錄，解壓文件libminigui-1.3.3.tar.gz和minigui-res-1.3.3.tar.gz；編譯安裝MiniGUI運行所需庫文件libminigui；安裝資源文件minigui-res-1.3.3；修改/etc/ld.so.conf 文件，加入一行/usr/local/lib，然后執行[root]# ldconfig 按照硬件平臺配置與開發環境的設置修改minigui配置文件，包括修改路徑，屏幕分辨率等。

PC模擬器開發環境搭建完畢后，就可在 PC上開發應用程序，在 qvfb中執行，驗證程序的正確后，就可以進行交叉編譯下載運行。

3 交叉編譯Minigui1.3.3
解壓arm-Linux-2.95.3.bz2文件安裝交叉編譯工具?cross-2.95.3，安裝之后修改.bashrc腳本，設置環境變量：PATH=$PATH:/sbin:/usr/local/arm/2.95.3/bin:/usr/local/bin:/usr/local。

接下來依次安裝 zlib庫，png庫、libttf庫，它們的作用分別是：其他的庫的編譯基礎、顯示PNG圖形、顯示文字。完成以上附加庫的交叉編譯工作后就可以編譯libminigui了。把/usr/local/arm/2.95.3/arm-Linux/lib中相應的庫拷到目標板/usr/lib目錄下，拷貝時先對庫文件執行arm-Linux-strip命令，去除文件中的調試信息。同時把資源文件復制到目標平臺的/usr/local/lib目錄下。這樣就完成了交叉編譯工作，可以將PC上調試好的應用程序下載到目標硬件平臺下進行應用了。

通用工控平臺人機界面開發
1 人機交互界面需求分析及總體設計
通用工控平臺通信人機交互界面是集功能演示、信息采集、設備狀態、通信交互等功能于一身的人機交互平臺，可以高效、直觀的顯示通用工控平臺的基本信息，同時有效的指導用戶的操作，提高使用效率，是用戶和通用工控平臺交互的主要方式。

該人機交互界面顯示器選用PHILIPS公司的14英寸彩色顯示屏，軟件運行環境選用嵌入式操作系統Linux 2.6.21和GUI開發環境MiniGUI 1.3.3構成，整個軟件的設計過程需要完成以下功能：

(1) 實時顯示該平臺具體信息，及本網內在線的其他工控設備的信息；

(2) 以該平臺為控制器實現對本網內在線的其他常見設備的多線程信息采集與控制；

(3) 以UDP及RS485兩種通信方式實時控制工控網絡內部；

(4) 對工控設備掉線自動斷開連接，防止用戶誤操作；

通用工控平臺通信人機交互界面主要是針對UDP和RS485兩種組網方式基于Modbus協議完成工控系統中功能演示、信息采集、設備狀態、通信交互的功能，設計上要求簡單實用，操作方便，而復雜的界面會帶來不必要的開銷并影響性能。根據需求分析設定人機交互界面整體設計方案及效果圖如圖3、圖4所示。

圖3 人機交互界面整體設計方案

圖4 總體效果圖

2 界面設計流程
利用MiniGUI進行界面設計流程如圖5所示。

圖5 界面設計流程

基于工業測控Modbuss協議的通信實現方案
一個好的工控平臺必須具備高效通信的功能，才能跟上工業發展的要求。本文所設計的通用工控平臺，可以作為控制中心對通信網絡內的其他設備進行數據采集和控制，包括工控現場典型意義上的數模轉換設備，模數轉換設備，數字量設備等，隨時掌握各個工作現場的情況。由于Modbus協議是工業測控領域的標準通信協議，協議簡單，應用廣泛，因此本平臺通信軟件的設計就采用Modbus協議。

工業測控領域常見的組網方式主要有UDP方式和RS485方式，分別以自身獨特的優勢在工業組網占據著一定地位。為實現工控平臺通用性的設計目標，本平臺將兩種組網方式融合在通信人機交互界面中，圖6為本平臺通信的拓撲結構圖。

圖6 通信拓撲結構

結語
在基于ARM和Linux的通用工控平臺的研制過程中，硬件平臺選擇合適的ARM微處理器AT91RM9200，并對其外圍部件進行擴展，以適應當前工控現場更加豐富的技術要求，并結合現場總線技術，擴展多種通信接口，滿足用戶的通信需求；軟件平臺采用嵌入式領域應用最廣的Linux為操作系統，同時構建交叉編譯環境，并充分利用開源軟件，基于圖形界面開發的MiniGUI，針對工控領域的總線協議Modbus設計出基于UDP和RS485兩種通信結構的工控人機交互界面，實現了以網絡溝通能力強、接口豐富為技術指標的基于ARM和Linux的通用工控平臺。

本通用工控平臺的主要特色有：

(1)硬件接口豐富，適應工業測控領域各種需求；

(2)使用3U插槽，增強通用性及擴展性；

(3)基于Linux操作系統及MiniGUI圖形界面開發環境，人機交互界面友好便捷；

(4)采用工業測控Modbus通信協議，基于串行RS485及網絡UDP構建通信拓撲結構，應用范圍廣泛、性能可靠、實時性高。