隨著Internet的發(fā)展與普及,終端采集到的各種參數(shù)傳輸?shù)母咚俜€(wěn)定性能已成為一個(gè)重要的問題。盡管目前市場上已經(jīng)有許多功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信軟件,但是由于數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)自身的復(fù)雜性,通用的軟件有時(shí)并不能解決特定的問題。出于一些特殊性的考慮,很多時(shí)候網(wǎng)絡(luò)用戶需要自己開發(fā)軟件,以實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控領(lǐng)域的特殊實(shí)現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域的嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)文件上傳到服務(wù)器端,方便工作人員對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的控制操作,控制命令的上傳下達(dá),檢測參數(shù)的及時(shí)傳輸。
一、嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)概述
監(jiān)控系統(tǒng)接入Internet是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。而監(jiān)控主機(jī)和客戶端之間的通信是基于TCP/IP的技術(shù)之上。TCP/IP技術(shù)的核心部分是傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和物理接口層。但作為TCP/IP核心的TCP/UDP和IP等中下層協(xié)議向外提供的只是原始的編程界面,而不是直接的用戶服務(wù),用戶服務(wù)要靠核心外的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn),在進(jìn)行TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)前最為流行的是Socket編程界面。Socket編程接口目的是解決網(wǎng)間網(wǎng)進(jìn)程通信問題(Unix系統(tǒng)提供的Socket編程界面除外)。在網(wǎng)絡(luò)中,每一個(gè)Socket用一個(gè)三元組描述:協(xié)議,本地地址,本地端口;一個(gè)完整的Socket連接則用一個(gè)五元組描述:協(xié)議,本地地址,本地端口,遠(yuǎn)程地址,遠(yuǎn)程端口。每個(gè)Socket有一個(gè)本地惟一的Socket號,由操作系統(tǒng)分配。Socket編程接口是應(yīng)用層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。開發(fā)Socket的目的是隱蔽網(wǎng)絡(luò)底Socket是網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元,它提供不同主機(jī)間進(jìn)程雙向通信的端點(diǎn)層復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與協(xié)議,使編程人員能夠簡單、抽象地對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作。利用它可以構(gòu)造任意的跨操作系統(tǒng)和跨網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分布式處理系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)總體方案
如圖2.1監(jiān)控管理主機(jī)是運(yùn)行l(wèi)inux操作系統(tǒng)的下位機(jī)(服務(wù)器端),現(xiàn)地工作站是嵌入式系統(tǒng)即上位機(jī)(客戶端)。上位機(jī)將采集的數(shù)據(jù)即時(shí)發(fā)送給服務(wù)器,同時(shí)將數(shù)據(jù)放入一個(gè)固定文件夾下,客戶端以一定的周期輪詢各個(gè)下位機(jī),服務(wù)器用FTP協(xié)議將上位機(jī)的文件取走,以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的控制。圖2.2是對上圖網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的抽象圖。
上位機(jī)作為客戶端,下位機(jī)作為服務(wù)器端,客戶端以一定的周期輪詢各個(gè)下位機(jī)。服務(wù)器端和客戶端在發(fā)送指令和對指令作出響應(yīng)時(shí)通過TCP協(xié)議的套接字來傳輸?？蛻舳酥鲃?dòng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包則用UDP協(xié)議的套接字來傳輸。在網(wǎng)絡(luò)異常時(shí),通過FTP來使服務(wù)器端能獲取客戶端存儲(chǔ)在FLASH上的文件。
三、網(wǎng)絡(luò)編程及實(shí)現(xiàn)
在Linux中,使用最普遍的地址族是AF_INET.AF_INET是具有IPV4套接口地址的套接口,它可以與TCP/IP上的其它主機(jī)進(jìn)行通信。每個(gè)套接口有對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址,通過在程序中指定遠(yuǎn)程套接口的地址,就可以建立本地套接口到遠(yuǎn)程套接口的通信.在建立Socket端口時(shí)經(jīng)常用到的結(jié)構(gòu)是Sockaddr,該結(jié)構(gòu)是用來保存Socket信息的:
struct sockaddr{
unsignedshortsa_ family ;/* 地址族,AFxxx*/
char sa_data[14]; /*14字節(jié)的協(xié)議地址 */
};
sa_ family一般為AF_INET; sa_data 則包含socket的IP地址和端口號。
四、功能測試及結(jié)論
首先測試客戶端是否能正常的處理所支持的協(xié)議和方法,是否能正常的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),服務(wù)器端是否能正常的接收數(shù)據(jù)。然后測試動(dòng)態(tài)域名以及移植的FTP服務(wù)器的功能是否得到了實(shí)現(xiàn)。測試結(jié)果如下:客戶端以一定的周期輪詢各個(gè)下位機(jī),并將每個(gè)不同采集文件傳輸?shù)椒?wù)器。并且其他要求功能都能正確執(zhí)行。
系統(tǒng)的服務(wù)器端和客戶端實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的預(yù)定功能,并具有較高的性能。用socket來實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)和服務(wù)器的連接,客戶機(jī)將通過串口采集的數(shù)據(jù)即時(shí)發(fā)送到服務(wù)器,在解決客戶端同服務(wù)器端最基本的發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)功能之外,在客戶端加一個(gè)判斷本地IP功能,在服務(wù)器端申請一個(gè)動(dòng)態(tài)域名,實(shí)現(xiàn)客戶端根據(jù)域名來發(fā)送數(shù)據(jù)的功能,最后通過現(xiàn)有的FTP軟件,在得到客戶端的確認(rèn)后,監(jiān)控主機(jī)可以在客戶端進(jìn)行文件操作,客戶端以一定的周期輪詢各個(gè)下位機(jī),并將每個(gè)不同采集文件傳輸給服務(wù)器。以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)文件上傳到服務(wù)器端,方便工作人員對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的控制操作,控制命令的上傳下達(dá),檢測參數(shù)的及時(shí)傳輸。嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)可以使信息實(shí)現(xiàn)本地化處理,改善服務(wù)器性能,可以使每一個(gè)設(shè)備具備上網(wǎng)與服務(wù)功能,即每一個(gè)設(shè)備都可以獨(dú)立進(jìn)行服務(wù),從而大大提高監(jiān)控的質(zhì)量和范圍。因此,嵌入式系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)未來發(fā)展方向之一。參考文獻(xiàn):
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