嵌入式系统 - 基于IPv6和ARM9的地震烈度计开发

2.3 嵌入式系统

　　嵌入式系统采用三星公司基于ARM微处理器的S3C2410X。S3C2410X采用6层板设计，使用ARM920T内核，内部带有全性能的MMU(内存处理单元)，具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性。在尽可能小的板面上集成了64 MB SDRAM、64 MB NAND FLASH，1 MB BOOT FLASH，RJ 45网卡，USB Host，标准串口，SD卡插座等。可集成嵌入式无线局域网设备，实现数据采集和无线传输。

　　2.4 定位模块

　　选用的GPS模块，接收特性：16通道，L1，C/A码;自带陶瓷天线;启动时间：冷启动45 s、温启动38 s、热启动2～8 s;精度<2.5 m CEP;再捕获<1 s，1PPS;刷新频率：4 Hz;内置LNA;速度<4 g。

　　2.5 通讯部件

　　考虑到地震行业地震观测的实际需要，采用了符合IEEE802.11b的无线网卡和通信距离达到1.2km的无线AP构成通信链路，作为SI一2型地震烈度计的无线通讯单元。

　　2.6 电源模块

　　选用可充电的锂电池组作为供电电源，便于长期重复使用。电池组容量为60 Ah。

　　3 系统功能实现

　　3.1 SI一2型地震烈度传感器的IPv6化

　　ARM嵌入式系统自带的操作系统一般是Linux2.4内核的，为支持IPv6须将操作系统的内核进行重新编译，升级为2.6版本内核。但Linux 2.6内核重编译是一个比较复杂的过程，具体步骤如下：

　　3.1.1 建立交叉编译环境

　　在RedHat9的主机上进行内核移植开发，首先需要建立交叉编译环境。由于2.6内核中采用了一些新的特性和指令，需要采用较新的工具集。采用binutils一2.15，gcc一3.4.2，glibc一2.2.5，linux一2.6.8，glibc—linuxthreads-2.2.5来建立交叉编译工具链，建立之后将工具链路径加入系统路径MYMPATH中。

　　3.1.2 内核修改

　　Linux 2.6.11.7内核加入了对S3C2410芯片的支持，不再需要任何补丁文件。修改内核源码中Makefile的交叉编译选项ARCH=arm，CROSS COMPILE=arm—linux一。针对硬件配置，需要在arch/arm/mach—s3c2410/devs.c或者smdk2410.c中添加FLASH的分区信息s3c nand info。然后在s3c device nand中增加.dev={.platform data=&s3c nand info}，在arch/arm/mach—s3c2410/mach—smdk2410.c中的initdata部分增加&s3c device nand，使内核在启动时初始化NAND FLASH信息。

　　3.1.3 内核编译加载

　　由于2.6内核会根据本地系统配置进行初始设置，可以导入内核源码默认S3C2410的配置文件，方便加载内核基本配置，然后再选择所需选项。对MTD配置选择支持MTD设备驱动以及NAND FLASH驱动;选择支持要用到的各类文件系统(DEVFS，TMPFS，CRAMFS，YAFFS，EXT2，NFS)以及网络设备和协议，本传感器系统加载了网络芯片CS8900以及USB支持;在H.264多媒体系统中还需要加载Frame buff—er以支持LCD显示功能。使用交叉编译工具编译内核源码后，会在arch/arm/1boot/下生成名为zImage的内核映像，在Boot loader的命令提示模式下使用下载命令完成内核加载到开发板的存储设备FLASH中。

　　3.1.4 文件系统定制

　　Linux采用文件系统来组织系统中的文件和设备，为设备和用户程序提供统一接口。Linux支持多种文件系统，本系统使用CRAMFS格式的只读根文件系统，而将FLASH中的USER区使用支持可读写的YAFFS文件系统格式，方便添加自己的应用程序。

　　3.2 地震烈度计主要硬件设备驱动

　　3.2.1 网络设备驱动

　　系统中采用CS8900A的lO Mb/s网络芯片，它使用S3C2410的nGCS3和IRQ_EINT9，相应修改linux/arch/arm/mach—s3c2410/irq.c，并在roach—smdk24.10.c的smdk2410_iodesc[]中增加{SMDK2410_ETH_IO，S3C2410_CS2，SZ_1M，MT_DEVICE}，内核源码中加入芯片的驱动程序drivers/net/arm/cs8900.h和cs8900.c，并且配置网络设备驱动的Makefile和Kcon—fig文件，加入CS8900A的配置选项，这样可以在内核编译时加载网络设备的驱动。

　　3.2.2 无线网卡驱动程序

　　从网上下载rt2x00的IPv4环境下的驱动程序，并针对该程序进行IPv6化改造，对其驱动程序进行修改，在系统重编译的时候，将驱动程序加入到系统的内核中。将无线网卡的驱动程序作为一个模块打包到操作系统中，可避免系统掉电后每次都要重装无线网卡驱动程序。

　　3.3 地震烈度计终端的软件设计

　　通讯传输软件主要负责完成传感器与业务服务系统之间的IPv6数据通信，软件功能如下：

　　(1)传感器在成功接入到IPv6传感器网络后主动.向业务服务器发送传感器上线通知;

　　(2)传感器在成功上线后每隔30 s主动采集烈度传感器的烈度值并上报给业务服务器;

　　(3)进行GPS时间校准;

　　(4)进行GPS定位(每隔8 min重新定位一次并上报定位数据);

　　(5)业务服务器每隔10 min请求一次传感器配置参数;

　　(6)响应业务服务器的配置参数请求、数据请求、历史数据请求、是否在线响应。

　　通讯软件包括：GPS数据处理子程序，A/D数据采集子程序，通讯子程序和传感器配置文件。对于不同的传感器，需要修改配置文件中的传感器IP、传感器ID和传感器序列号。传感器终端软件结构见图2。