远程监视、控制系统应用嵌入式Linux

工业嵌入式系统（INES：Industrial Embedded Systems）是由欧盟（EU：European Union）设立的用来促进使用开放源码软件的项目。INES自建立以来，已经有大量使用嵌入式Linux的应用和报告出现在实际应用中。这些应用和报告使我们看到了使用嵌入式Linux实现工业项目的希望。同时，也使我们看到了嵌入式Linux在一些意想不到地方的使用。

    下面是三个具体的应用实例。

    智能化的监视和控制远程点—BIRD2

    网络通信功能已经成为嵌入式设备的发展必然。由于因特网的普及和飞速发展，使用基于TCP/IP的通信机制显得更具实用性。

    BIRD2用户试验的目标是：使用基于嵌入式TCP/IP通信机制、在GSM（目前最大的数字蜂窝通信系统）基站将开放源码操作系统用做远程监控系统的可行性。监控数据可以通过TCP/IP兼容的传输通道，用各种通信方式如PSTN、ISDN、Ethernet或者通过GSM移动电话网络等多种途径进行传输。

    BIRD2采用ULTRA进行研究、开发、设计、生产,其目标是开发出用于电子、通信以及石油工业的高技术解决方案，旨在成为使用边缘技术的端到端的供应链管理以及其他移动解决方案，从而为其顾客和合作伙伴提供最高性能的远程监视和远程控制产品。

    ULTRA工业部分为监视机控制系统，引入技术是Modular Linux Data Acquision System。

    经济效益
    BIRD2项目约18个月偿还期，使用新技术节约了70%的成本，顾客购买价格降低了30%，每3年销售成倍增长。

    产品的新特性
    产品新特性或新功能有：使用TCP/IP作为标准协议、通过拨号连接或网络服务、提供商进行远程访问、用使用Linux操作系统的嵌入式计算机代替桌面计算机和具有远程诊断及升级的能力。

    技术上的选择
    经过几年的成长，Linux逐渐发展并得到广泛认可。对嵌入式PC的应用，目前Linux具有诸多优势：
    ◆ 具有正常运行于较小内存的能力；
    ◆ 一个多任务的实时操作系统必须包括对授权的保护和控制方法；
    ◆ Linux是Free的；
    ◆ 许多主要的公司，都有广泛Linux工具支持（部分免费），包括C、C++编译器以及Java环境。通过在ULTRA技术上采用Internet网络通讯以及开放源码操作系统，BIRD2将有很大的改进。

    技术实现
    由于系统必须将分部在全国各地的基站加以连接，惟一切实可行的连接选择是使用TCP/IP。TCP/IP允许将存在的各种不同的操作系统在网络层实现透明连接，同时还允许远程诊断和目标SW的升级。对Internet相关的SW的广泛使用使得选择这种解决方案成为必然。

    网络化的称重系统

    Bilatron是一个建立于1984年的有着13个员工的公司，位于意大利中心。此公司的主要业务是设计、生产、销售工业应用的称重系统。

    在Bilatron公司的定制工业称重系统中，使用了uClinux以及一个具有标准网络功能的控制器，以便为顾客提供新的售后服务，这些技术的使用也减少了系统的实现时间。

    Bilatron公司的产品包括：用于火车车厢、客车、坦克的称重系统；为残疾人提供的个人用品、医疗以及运动器械；为动态称重提供的特殊称重设备。

    由于新的基于uClinux的具有标准网络设施的控制器的使用，Bilatron公司为用户提供了新的售后服务。该控制器还使得定制具有广泛复杂度的工业称重系统的实现时间有所减少。

    Bilatron还参与安装和维护称重系统产品、校准并为其产品颁发合格证。

    Bilatron公司的专用称重设备（动力的、批量的、快速运行的称重仪、重量校准仪、crane-scales）占公司产量的60%；标准称重系统（称车辆及其载重、平台、油箱、青贮塔用的台称）占公司产量的35%；个人用品（残疾人、医疗及运动器械）占公司产量的5%。

    经济效益
    在过去的三年里，Bilatron公司的售后服务的经济效益持续增长。计划新设备WISE将进一步提高公司的销售额。这是因为设备在刻度校准监控上具有的远程控制能力。

    三年内的期望投资回报率为204%，能够提供远程的售后刻度校准服务减少定制称重系统的实现时间，新设计面世时间加快。

    产品的新特性

    增强的控制器的主要新特性如下：
    ◆ 标准的网络接口。
    ◆ 使用嵌入式动态Web服务器，实现了远程配置和监控。
    ◆ 缩短了定制工业称重系统的安装时间。
    ◆ 远程的售后刻度校准服务。
    ◆ 使用能够快速载入、评估的简单的类C语言的脚本引擎处理产生的原始数据。这样一来，不需要在整个工作链上工作、不需要涉及运行于系统上的主要应用就可以更改决定重量的启发式算法。
    ◆ 图形化的液晶显示管理。

    技术上的选择

    他们选择使用TCP/IP通信机制原因是：
    ◆ 他们可从其意大利基地将其业务拓展到世界范围内，并提供维护服务。
    ◆ 为顾客提供广泛的售后服务。其中最重要的是远程监控称重系统的刻度校准情况的能力。
    ◆ 使用标准接口和协议，使其称重设备能够与工业控制系统集成。
    ◆ 使公司能够在较短的时间内设计和递送定制的分布式称重系统。
    ◆ 选择采用嵌入式开放源码的操作系统（源自Linux）是因为可在短时期内集成TCP/IP通讯机制（Linux的网络连接功能是自带的）；可减少产品的面世时间及风险；可减少组件成本。这是由于Linux在没有MML的低成本控制器免费的可用性和集成性较少在组件中集成新设备的设计开销和较少新的SW应用开发的设计开销。

    技术实现
    在Consorzio Roma Ricerche的技术支持下，该增强设备的开发仅仅用了10个月时间。

    该增强设备负责处理并将数据转换为重量值。改进的控制器（基于一个ARM7 Netsilicon NET+50 处理器及uC Linux操作系统）实现了一个脚本引擎用于处理产生的原始数据。组件还包括下面的外围部分：一个图形化的液晶显示屏；一套用于与用户交互的按钮；用于测试瞬时重量的高效的A/D转换器；用于估计测量物速度的计数器；一个提供最终测量的类似版本的D/A。设计时使用的开放源码SW为操作系统uClinux 2.4.1；本地脚本编辑器是LUA；HTTP服务器为THTTPD。


图1 Bilatron公司设计的网络化的称重系统


图2 增强的控制器的重要组件

    自动生物监测和控制使用OSS

    自动生物监测和控制（Automatic Biological Monitoring and Control）为OSS（Open Source Software）的使用开发了新的市场。

    Biotrace有限公司在其新一代的CFL（Continuous Flow Luminometer）上应用开放源码软件（OSS），从而实现了对冷却水塔的生物活动的远程监视和远程控制。目前，如果生物活动过高，技术人员必须亲临每一个水塔，然后取样、检测，然后向水中引入biocide。改进的、使用远程监视和远程控制的系统减少了操作成本。

    Biotrace有限公司目前正致力于开发、设计、生产用于食品制备、保健产品、工业及军用市场的卫生监控系统的化学产品和设备。公司的产品包括化学产品及其相关包装用品、取液体化验的试纸及其相关的一次性用具、用于检测发生化学或微生物反应的荧光或颜色变化的测量仪器。

    经济效益
    Biotrace有限公司在其“不间断流监控系统”中引进了基于嵌入式Internet技术的OSS，为可能的用户减少了水塔监控的操作成本。该项系统就为公司开发了超过45000个水塔的市场，为销售额的增长打下了基础。

    使用OSS，大约用了预计开发时间的80%完成原型开发。这使得Biotrace公司的项目开发成本得以降低。操作系统代码的重用、操作系统社区提供的代码行支持、高质量的软件代码也使得其开发成本得以降低。

    产品新特性：
    ◆ 基于OSS的嵌入式Internet技术的引进。
    ◆ 实现了对样本测试结果的远程访问。
    ◆ 实现了取样的远程控制。
    ◆ 增强了取样及净化过程的控制。
    ◆ 较少了消耗。

    Biotrace公司的工程师将有规律地对自测路线和错误信息进行收集，这定会改进系统的服务和维护服务。


图3“不间断流监控系统”应入OSS技术减少了水塔监控的操作成本


图4 Biotrace公司在其产品上引进了一块嵌入式x86板

    技术实现

    Biotrace公司之前的Continuous Flow Luminometer（CFL）设备在提供反馈和控制功能时，需要使用者在一个集成的控制面板上进行手工操作。对此，Biotrace公司在其产品上引进了一块嵌入式x86板，使得独立操作和基于Internet的报告和控制不再需要亲临现场。组件中引入GPS接收器能够精确地记录取样时间和取样位置，这使得公司能够从不同的地点收集信息而不存在任何的不必要的配置问题。

    在产品的PC和嵌入式平台上，Biotrace公司使用了普通版本的Linux版本。这获得了巨大的效益，并使得可以将比PC版本更新的软件下载到嵌入式控制器上。这让来自于嵌入式软件提供者以及开放源码社区的支持都唾手可得，再加上可用于关键部分的开放源码代码的高质量，使得公司的产品开发时间从计划的202天缩短为166天（这意味着节约了20%的开发成本）。

    在该项目的开发过程中，他们取得的经验说明了采用开放源码软件技术的几个关键优势。他们了解到：软件包的正确选择、正确的设计方法以及采用高质量的开放源码代码带来了高质量的产品设计