基于嵌入式技術的遠程戰(zhàn)場監(jiān)控系統設計

出處：四川兵工學報發(fā)布于：2011-09-04 19:58:25

隨著我軍信息化程度的逐步提高，尤其是軍隊內部網絡的搭建，使遠程戰(zhàn)場監(jiān)控成為可能在當今戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變的情況下，要實現戰(zhàn)場信息更新的實時性和準確性，就需要一套能夠對戰(zhàn)場環(huán)境實施遠程監(jiān)控的系統。另外，在我國許多偏遠的邊防哨所，由于地理環(huán)境惡劣，官兵們邊境巡邏不僅體力消耗大、安全隱患多，且難以保證巡邏質量。遠程戰(zhàn)場監(jiān)控系統的實現能夠在重要路口實現無人值守自動監(jiān)控，可以節(jié)約大量的人力、物力及財力，具有重大的現實意義。

1嵌入式技術

嵌入式技術的發(fā)展，大致經歷了4個階段:無操作系統階段(如單片機)、簡單操作系統階段(如PowerPC)、實時操作系統階段(如DSP)和向Internet階段。整個嵌入式體系結構如所示：

600)makesmallpic(this,600,1800);" border=0>

時趨于小型化外圍設備是嵌入式系統中用于完成存儲、通信、調試、顯示等輔助功能的其他部件日前常用的嵌入式外圍設備按功能分為存儲設備、通信設備及顯示設備3類。

嵌入式系統具有系統內核小、專用性強、系統比較精簡，但是嵌入式系統要求操作系統軟件的實時性較強，嵌入式軟件的開發(fā)要求向標準化發(fā)展，嵌入式系統的開發(fā)需要專門的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具。

2監(jiān)控系統硬件結構設計

在硬件設計上，整個監(jiān)控系統的是嵌入式控制器嵌入式控制器是以高速處理器為，由高速處理器和其他芯片協同上作來控制的電子設備或裝置，能夠完成監(jiān)視、控制等各種自動化處理任務嵌入式控制器的系統硬件結構如所示

600)makesmallpic(this,600,1800);" border=0>

電源電壓為SV，輸出電壓分別為3. 3 V和1.8V，每路電源的輸出電流為750 xnA。

2.2接口電路設計

⑴ 模擬量輸入接口模擬量輸入通適采用了TI公司生產的TLV2544芯片，當與DSP芯片連接時，可用一個幀同步信號FS來控制一個串行數據幀的開始采用TMS320VC5402提供高速、雙向、多通適帶緩沖串行端口MCBSP，可用來與串行A/ D轉換器直接連接；

⑵ 以太網擴展接口實現嵌入式戰(zhàn)場的遠程監(jiān)控系統，首要問題就是要讓遠程監(jiān)控設備具有以太網接口臺灣Realtek公司生產的RTL8019AS以太網接口芯片可以讓嵌入式控制器具有通用計算機的網絡接口；

⑶ RS- 232串行接口設計RS- 232- C并未定義連接器的物理特性，因此存在DB- 25, DB- 15和DB- 9等多種類型的連接器；

⑷ RS- 485串行通信接口RS- 485是為了適應遠距離、分布式控制系統的需要而制定的一種串行通信總線標準它支持多節(jié)點、遠距離傳輸RS- 485標準采用平衡式發(fā)送，差分式接收的數據收發(fā)器來驅動總線為了擴展終端連接設備的數量。

2.3程序存儲器的擴展

Flash存儲器與EPROM相比，具有更高的性能價格比，而且體積小、功耗低、可電擦寫、使用方便，而且3.3 V 的Flash可以直接與DSP芯片連接。本系統的程序存儲器選用了1片AT29LV020 Flash存儲器此芯片有256KX8的存儲空間，快讀取速度為100 ns所以在讀取程序時，要使卞頻低于10 MHz。

3系統軟件設計

根據系統控制要求，將系統軟件的模塊劃分為6個模塊:卞控模塊、初始化模塊、協議封裝模塊、協議拆包重組模塊、網絡接口模塊和應用層應用模塊是各模塊之間的邏輯關系：

600)makesmallpic(this,600,1800);" border=0>

3.1卞控模塊設計

卞控模塊中通常包含一些變量的定義和函數的調用另外一些重要的I/ 0端口定義也放在卞控函數中在卞控模塊中定義了延時信號函數、端口設置函數、同步串口設置函數、中斷服務函數等系統上作時程序從卞控模塊的main()函數開始運行。完成初始化之后，卞程序以一個無條件循環(huán)進入上作狀態(tài)

3. 2初始化模塊設計

系統軟件在運行的時候首先要調用初始化程序，對系統的各資源進行初始化，然后才能正常上作初始化模塊包括了4個初始化函數，分別是net_ init( ) , dsp5402_ init( ) ,interrupt_ init()，nic_ atl_ init()。

3.3協議封裝模塊設計

協議封裝部分的作用是將數據進行分組，并以不同的協議打包封裝使其成為符合TCP/ IP協議規(guī)范的分組數據在設計中，監(jiān)控終端系統需要對位于網絡層的IP協議、位于傳輸層的TCP協議進行封裝封裝順序是先傳輸層協議TCP封裝，后網絡層協議IP封裝之后傳入網絡接口模塊發(fā)送出去。

3.4協議拆包重組模塊設計

本模塊的上作過程是這樣的，數據從以太網上被接收下來之后，首先會放在網卡芯片的內存當中，由DSP即網絡接口模塊將其讀入后進行協議分解，根據協議的內容進行相應處理，然后將數據拆包、合并，形成連續(xù)的數據流，傳送到應用層作進一步處理。

4 嵌入式TCP/ IP協議棧設計

嵌入式設備實現網絡勺_聯，一般都需要在嵌入式設備上實現以太網通信的有關協議，其中一個重要問題就是如何實現嵌入式TCP/ IP協議棧日前使用，為了滿足軍用嵌入式系統接入網絡的要求，需要進行嵌入式TCP/ IP協議的精簡工作。

4.1 IP協議的實現

IP協議是TCP/ IP協議族中為的協議IP報頭的標準長度為20字節(jié)，標準以太網幀數據域為1 500字節(jié)，除去IP頭之外還有1 480字節(jié)，可以為上層協議提供有效數據載荷IP協議將上一層傳下來的報文加上IP首部和II校驗合并發(fā)往下一層，并且對下一層傳上來的報文進行校驗和檢查，將校驗正確的去掉IP首部，送往上一層一般可以不考慮數據報分段的問題，發(fā)送相關的函數有:

600)makesmallpic(this,600,1800);" border=0>

4.3 UDP協議的實現

UDP的數據傳輸是無連接的、不可靠的，具有對網絡資源開銷較小、數據處理速度快的優(yōu)點U DP協議屬于簡單端到端的數據傳輸協議，報頭只有8字y具體實現時要對應用層傳下來的數據包加上U DP首部和UDP校驗發(fā)往下一層，對下一層傳上來的數據包進行校驗和檢查，如果正確則去掉U DP首部，提出數據送給應用層需注意的是要產生一個偽首部用于U DP數據檢驗和計算涉及的卞要函數有:

600)makesmallpic(this,600,1800);" border=0>

本文闡明了嵌入式控制器的硬件和軟件的設計和實現過程，包括微處理器系統硬件設計和實現、監(jiān)控設備的接口模塊實現TCP/ IP協議棧的精簡和實現等。嵌入式遠程戰(zhàn)場監(jiān)控系統的成功實現將有很大實際應用價值它不僅可以用于戰(zhàn)場環(huán)境的遠程監(jiān)控，且可應用于邊防哨所等無人值守的地方，可以有效降低對人力物力的需求，增強對人員安全的保障。