2 控制器软件平台设计
2.1 软件平台整体结构
控制器节点软件体系结构如图2所示。其中最底层为设备驱动程序层,主要进行处理器初始化和驱动各外设电路模块;第2层为嵌入式Linux操作系统,主要管理系统的软硬件资源、上层应用,以及操作底层驱动接口;第3层为Web服务器,以实现控制器的:Browser/Server访问控制;第4层为应用程序,主要包括实时数据库、GPC控制算法和时钟同步应用程序。
2.2 bootloader的配置和编译
首先在宿主机的Linux下建立arm-linux-gcc-2.95.3交叉编译环境,将vivi.tgz解压缩到Linux的相应目录下,进入vivi目录,执行make menuconfig命令进入vivi配置界面,对vivi的参数进行配置。完成配置之后,进行编译,此时已经在当前目录下生成了vivi。可使用H-JTAG将vivi烧写到NAND Flash运行。
2.3 Linux的移植
(1)编译Linux内核
首先在宿主机的Linux下建立arm-linux-gcc-3.4.1交叉编译环境,然后将Liunx-2.6.13.tgz解压缩到Linux的某一目录下,执行make menuconfig命令进入内核配置界面,定制Linux内核,包括配置CPU选项、网卡声卡驱动、串口、对yaffs文件系统的支持等选项。完成定制之后,保存设置退出。然后对内核进行编译,即可生成内核映像文件zImage。
(2)制作yaffs文件系统
制作yaffs文件系统映像需要使用mkyaffsimage工具程序。首先将其解压缩到/usr/sbin目录下,然后将文件系统解压缩到Linux某一目录下,此时用户可以将自己编写的应用程序或其他文件添加到文件系统中。添加完毕后使用mkyaffsimage命令即可得到root.img镜像文件。最后可使用H-JTAG将生成的映像文件烧写到NAND Flash运行。
2.4 Boa服务器的移植和构建
在网络化测控系统中,每个测控节点都需要使用Web浏览器进行监控和数据交互。Web服务器作为一个数据载体,可以将本地的信息和数据通过网络传递给远端发出请求的客户,这对远程网络化监控的实现有重要意义。因此Web Server的移植成为一项必不可少的工作。Boa的优点在于其源代码开放、性能好和可靠性高。本文中Web Server的构建也是基于Boa展开的。
首先在官方网站上下载Boa的源码boa-0.94.13.tar.gz,解压缩到Linxu宿主机的某一目录下,然后进入src目录,执行./congfig命令,生成Makefile.in文件。由于生成的Makefile文件是针对X86平台的,为了生成能够在ARM上运行的Boa,需要修改Makefile文件。找到CC=gcc,CPP=gcc-E这两行,并修改为CC=arm-linux-gcc,CPP=arm-linux-gcc-E;然后使用make命令进行编译,编译成功后会在src目录下生成1个可运行在ARM平台下的Boa可执行文件,然后将编译好的Boa程序放入,/sbin目录下。
在目标板上运行Boa之前,还需要对boa.conf文件进行配置。boa.conf文件主要包含的boa基本参数:Port,boa服务器监听的端口;User,连接到服务器的客户端的身份;DocumentRoot,HTML文件的根目录。用户可以根据自己的需要进行设置,设置完毕后进入sbin目录,直接运行Boa就可以直接启动Web服务器。
3 GPC算法的设计与实现
广义预测控制算法是Clarke等人于1987年提出的。该算法在保留了DMC、MAC等算法中多步预测优化策略的基础上,同时借鉴了最小方差自校正控制中的模型预测、最小方差控制、在线辨识的思想。因此对模型精度要求低,对变时滞的对象具有较强的鲁棒性,近年来得到了广泛的应用和重视。本文采用GPC算法解决时延问题。