专利名称：一种基于arm技术实现远程下载的通用网络控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种远程控制器，尤其涉及一种可远程下载，通过网络实现数据及状态远程实时响应的网络控制器。
背景技术：
在楼宇及工业自动化控制系统中，其核心的现场设备为数字直接控制器(DDC)或可编程控制器(PLC)，现行业中有代表性的有Honeywell的Excel5000、XL-500，Siemens600、MBC等，该类产品在现代技术高度发展的智能化控制系统的实现中，其存在多方面的严重不足，主要有如下方面 1、该类早期的产品其本身都不具有现代通用化高速的以太网通信功能； 2、控制的应用只能用厂方提供的专用设备在控制器现场进行下载或更新； 3、控制性能过于简单，不具有面向对象的应用开发能力； 4、控制器的通信速率低，且均基于查询方式实现，建成的系统实时性差，系统控制响应时间在10秒以上； 5、产品基于早期的单片机技术，系统运行速度低，产品功耗大。
实用新型内容本实用新型的目的在于 1、将INTERNET技术有效应用到楼宇及工业自动化控制领域中去。
2、为全面提高我国在楼宇控制及工业自动化控制方面的技术水平。
3、为有效替代国外相关的控制产品，降低自动化控制系统的造价。
本实用新型的技术方案为一种基于ARM技术实现远程下载的通用网络控制器，控制器由ARM-7内核为中心，分别与网络通信模块、RS485通信模块、CAN通信模块、I2C通信模块、USB通信模块、SD/MMC存储模块、JTAG接口、状态指示灯及8路并行总线驱动模块连接。所述的网络通信模块包括RJ-45接口、隔离变压、网络驱动；其中RJ-45接口与隔离变压连接，隔离变压与网络驱动连接；网络驱动连接中心ARM-7内核。所述的RS485通信模块包括两个RS485驱动器1、2和串口总线接口；其中每个RS485驱动器分别连接中心ARM-7内核的串口总线接口。所述的CAN通信模块的CAN隔离收发器连CAN接口，其中CAN隔离收发器连接中心ARM-7内核。所述的8路并行总线驱动及IO、AD扩展模块包括2×8bit并行接口、IO输入输出驱动及其IO接口和AD、DA驱动器及其AD、DA接口；其中并行接口连接中心ARM-7内核，并行接口分别连接IO输入输出驱动和AD、DA驱动器；AD、DA接口连AD、DA驱动器，IO接口连I/O输入输出驱动。
ARM-7内核是该控制器的中央处理核心，通信模块是控制器与其它自动化监控设备进行通信的必要接口。其中网络接口是通过LPC2368/2387芯片上的专用RMII接口与DM9161相连来实现，CAN总线是通过LPC2368/2387芯片上的专用CAN接口通过TJA1050芯片的驱动来实现，RS485接口是通过LPC2368/2387芯片上的通用UART接口通过SP3485芯片驱动来实现，I2C、USB总线及SD/MMC存储只需将LPC2368/2387芯片上的相应专用总线直接引出。
并行接口用于支持IO、AD、DA的实现与拓展，IO、AD、DA模块用于实现对现场设备的控制与数据采集。在该控制器中是利用LPC2368/2387芯片上的通用IO(GPIO)通过SN74LVT245驱动后与相关的专用芯片相连，与MAX197相连实现多路12位AD的数据采集功能，与TLC5620相连实现多路的DA输出，与TIL113相连实现开关量的隔离升压驱动输出，与SP2801相连实现多路IO量的隔离输入。
控制器的软件组成有CPU接口(ARM启动、中断、任务切换、驱动)、EventOS操作系统内核、通信服务(SOCKET类，USRT通信类，CAN通信类，MODBUS通信类等)、IO服务(IO输入、IO输出、AD输入、DA输出四种输入/输出驱动)、控制集成(内建3个基本任务，12个系统事件服务，完成所有通用化控制器服务功能)、应用接口(系统提供了12个应用开发接口，10种数据定义接口方便各类应用的二次开发)共六部分组成；CPU接口是系统软件内核与CPU的接口，负责ARM的启动、CPU中断的响应与实现、任务的切换、及通信的驱动、各数据链路层通信协议的实现、IO、AD的软硬件转接；EventOS系统是整个系统软件的核心，它负责系统所有软件资源的管理，任务及事件的调度；通信服务、IO服务是为其系统应用的软件开发提供方便快捷的实现方法；控制集成有效实现了自动化控制系统中的各种特定功能及拓展功能，如日程控制、模拟量采集与变换，IO、AD通道量的管理、状态与数据的触发上传、系统事件记录的响影与保存等，为控制器在各种自动化控制应用中发挥更好的作用，应用接口是为二次应用的开发提供友好的平台。上述软件部分的设计思想均在图3-12中体现。系统基于EventOS软件内核，基于事件实时调度网络的SOCKET服务，RS485的串口通信服务，CAN的网络通信服务，IO、AD的实时检测等各项功能，实现存储资源的智能管理及应用的远程下载。
所述的控制器包括一个嵌入控制器核心的内核模块，1个以太网络接口，1个I2C总线接口，1-2个RS485总线接口，2-8个IO可选配接口，3-6个4～20mA输入的AD接口，1个4～20mA输出的DA接口，1个功率小于0.2W的24V电源供电。其控制器的各项性能指标还有 本实用新型相对现有技术而言具有的优点和效果在于 1、该通用网络控制器因具有标准自动的IO输入、AD数据采集功能，IO输出、DA数据输出功能及应用的可二次开发功能等，可使其广泛应用于各类楼宇自动化控制系统及工业自动化控制系统中。
2、系统的二次开发功能、模拟量的二次曲线运算模型及多种系统运行模式的支特，可有效实现现场设备的闭环控制及PID调控，可使控制器按实际需要实现对机电设备的现场自动化控制与调节。
3、基于控制器的INTERNET网网络接口，内嵌的SOKCET功能，可有效实现与自动化中央控制系统的网络连接。
4、控制器的EventOS内核，面向对象化的数据通信应用规程，在相应的网络WEB服务及TCP、UDP的自动化客户服务支特下，实现设备相关数据及状态的实时上传，实现中央控制命令的接收与响应。
5、控制器软件的内核与应用相分离特征，FLASH对象化管理及网络通信的数据块下载功能，使其能通过其网络总线实现现场控制应用程序的远程下载，实现系统应用的远程修改与升级。
图1是本实用新型的方框结构连接示意图。
图2是本实用新型的实施例YEAT-M型通用网络控制器平面示意图。
图3是系统引导与调度流程示意图。
图4是内建任务执行流程示意图。
图5是内建WEB响应流程示意图。
图6是内建WEB服务处理流程示意图。
图7是内建的系统定时器服务流程示意图。
图8是系统TCP/UDP客户模式响应流程示意图。
图9是系统通信对象处理流程示意图。
图10是系统对外消息接口示意图。
图11是系统对外事件接口示意图。
图12是EventOS内核的扩展调用项。
具体实施方式
本实用新型可以通过以下实施示例来实现，如图1至图12所示。
如图3所示，是系统引导与调度流程示意图。该流程图中包涵有CPU接口，EventOS内核二个软件组成部分的内容。由图3可知控制器加电初始到进入EventOS调度的具体过程。步骤为1、初始EventOS内核(系统内建事件等)；2、初始系统定时器；3、初始系统时间；4、初始系统历史记录空间；5、创建系统基本应用任务EventMain；6、初始系统中断及CPU定时器；7、初始CAN，网络驱动，UART及IO接口，AD、DA驱动。然后进入系统调度(EventOS调度)。
如图4所示，是内建任务执行流程示意图。该流程图中包涵有CPU接口，控制集成及应用接口三个软件组成部分的内容。进入EventOS调度后，首先执行步骤A执行系统基本应用进程EventMain、后步骤B执行系统网络服务通信进程ServerTask和步骤C执行系统网络客户端通信进程ClietTask，分别完成后返回EventOS调度，以后系统将按事件发生先后调度相应的消息处理过程。
执行A的步骤为1、创建系统网络服务器通信任务ServerTask；2、创建系统网络客户端通信任务ClietTask；3、创建系统0号定时器消息处理程序-----指示CPU工作状态；4、创建系统1号定时器消息处理程序-----实现系统IO输入、AD输入的定时检查；5、创建系统显示更新消息处理程序-----实现控制器本地显示的实时更新；6、创建系统数据更新消息处理程序-----实现系统数据的实时上传；7、创建系统故障处理程序-----实现系统状态变化的实时上传；8、创建系统故障处理程序-----实现系统故障的实时处理；9、创建系统CAN通信、UART通信、I2C总线类及其接收事件的消息处理程序；10、通过接口，调用系统应用初始。
执行B的步骤为1、以服务器模式创建一SOCKET服务；2、将该SOCKET定到80端口上；3、创建SOCKET接收连接的消息处理程序-----以响应网络用户对它的WEB连接请求；4、置本SOCKET到侦听模式；5、通过接口，调用系统应用初始。
执行C的步骤为1、创建系统2号定时器消息处理程序-----实现系统控制器与设定服务器的SOCKET建立通信连结；2、创建TCP客户端通信数据接收消息处理程序，实现控制器客户模式下的TCP数据接收处理；3、创建UDP客户端通信数据接收消息处理程序，实现控制器客户模式下的UDP数据接收处理；4、创建客户端模式下的数据发送消息处理程序，实现控制器客户模式下数据网络上传。
如图5所示，是内建WEB(WEB SERVER)响应流程示意图。通信服务一个软件组成部分的内容。实现网络服务器连接请求消息处理程序SvrAccept时，首先创建本连接的数据接收消息处理程序-----以响应网络用户发来的WEB请求；然后调SOCKET类的accept函数，完成网络的连接应答后返回系统调度。
如图6所示，是内建WEB服务处理流程示意图。该流程图中包涵有通信服务，控制集成及应用接口三个软件组成部分的内容。系统接收到WEB数据请求后进入网络服务器WEB请求消息处理程序ServerRecv；判定是否为WEB POST表单提交请求；判定网络请求的页面名称。
如图7所示，是内建系统计时器服务流程示意图。该流程图中包涵有通信服务，控制集成，IO服务及应用接口四个软件组成部分的内容。实现步骤A中步骤3所建的系统0号定时器消息处理程序CleBeep；通过驱动CPU工作指示灯开关判断系统是否工作在应用模式；判断是-----实现20秒一次系统数据上传更新，调用系统定时应用接口，返回系统调度；判断否-----直接返回系统调度。实现步骤A中步骤4所建的系统1号定时器消息处理程序SysCheck；先完成200微秒一次的单AD通道检测，以次循环各AD通道；每次检测需完成通道工作正常与否的检查，AD数据的读取与转换，数据变化性的检测，系统数据跟新及变化性数据的提交等；然后完成400微秒一次的所有IO输入通道检测，有故障的记录并提交故障记录，有状态变化的更新并提交其变化结果；再完成400微秒一次的提交缓冲区检测，并及时提交其数据；完成系统故障信息的实时提示后返回系统调度。实现步骤C中步骤1所建的系统2号定时器消息处理程序ClientLnk；通过递减网络客户模式连接计数器，判断计数器是否为零；为零-----判定以太网络是否连接正常；若连接正常-----尝试重连客户模式TCP连接，尝试重连客户模式的UDP连接；连接不正常时-----若TCP在连接状态，则中断其连接，若UCP在连接状态，则中断其连接；复位网络客户模式连接计数器，后返回系统调度。
如图8所示，是系统TCP/UDP客户模式响应流程示意图。该流程图中包涵有通信服务，应用接口二个软件组成部分的内容。步骤C中步骤2客户模式网络TCP数据接收消息处理程序ClentRcv先判断是否为系统定义数据包；如果是，调用系统定义数据通信处理过程CltComProc处理数据；然后判断系统是否工作在应用模式；是调用系统TCP应用接口；最后返回系统调度。步骤C中步骤3客户模式网络UDP数据接收消息处理程序UdpRcv，处理方式与TCP数据接收消息处理程序类同。步骤C中步骤4客户模式网络数据发送消息处理程序ClentSend；先判断该模式下TCP连接是否正常，若正常----调用SOCKET TCP发送程序发送指定缓冲内数据；然后判断该模式下UDP连接是否正常，若正常----调用SOCKET UDP发送程序发送指定缓冲内数据，最后返回系统调度。
如图9所示，是系统通信对象处理流程示意图，是数据通信处理过程CltComProc的具体实现。该流程图中包涵有通信服务，应用接口二个软件组成部分的内容。图10是系统对外消息接口示意图，是系统调度可调用的接口程序。该图中包涵有应用接口，一个软件组成部分的内容。这些程序现无代码，用户可根据应用需要添加相应的处理代码。图11是系统对外事件接口示意图，是系统已建立的事件接口。该图中包涵有EventOS内核，应用接口二个软件组成部分的内容。应用可对其添加相应的消息处理程序加入系统消息处理列表后由系统调度执行。图12是EventOS内核的扩展调用项，是系统拓展开发时可调用的系统内建接口子程序。该图中包涵有EventOS内核一个软件组成部分的内容。各模块供应用调用。实现相应的拓展任务功能。
如图1是本实用新型的方框结构连接示意图。由图中可知，本实用新型是一个基于ARM技术的通用网络控制核心模块1(YEATCTL ARM7 V1.0内核)，它具有如下资源一个以太网络接口2和一个I2C总线接口5，两个RS485总线接口3，两个CAN2.0标准的CAN总线接口4，两个8路并行总线接口，可实现IO输入/输出、AD输入、DA输出接口8，同时还具有一个USB总线接口6和一个SD/MMC存储模块接口7。
如图2所示，是本实用新型的一个实施示例(YEAT-M型通用网络控制器)平面示意图。由图中可知，基于ARM技术的YEAT通用网络控制器是一个嵌入YEAT控制核心模块(1)(YEATCTLARM7 V1.0内核)的扩展应用，本应用示例中引出了如下模块资源一个以太网络接口(2)和一个I2C总线接口(5)，两个RS485总线接口(3)，8个输入/输出可选配的IO接口和具有6个4～20毫安输入的AD接口及一个4～20毫安输出的DA接口(与三号AD口复用)(8)，该控制器只需一个24伏功率小于0.2瓦的电源供电。图中COM1、COM2为可根据需要选接的IO外接电源地标示，分前4路、后4路两组分别对应于COM1，COM2；AGND为控制器与外大地相接的接线标示、GND为控制器的电源地标示、IOx是控制器IO量与外接气件相接的接线口，都是8接口的外引接线端子号，ADxA和ADxB是控制器AD/DA量与外接传感器/执行器的双线制接线口。
权利要求1.一种基于ARM技术实现远程下载的通用网络控制器，其特征在于控制器由ARM-7内核为中心，分别与网络通信模块、RS485通信模块、CAN通信模块、I2C通信模块、USB通信模块、SD/MMC存储模块、JTAG接口、状态指示灯及8路并行总线驱动模块连接。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于所述的网络通信模块包括RJ-45接口、隔离变压、网络驱动；其中RJ-45接口与隔离变压连接，隔离变压与网络驱动连接；网络驱动连接中心ARM-7内核。
3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于所述的RS485通信模块包括两个RS485驱动器1、2和串口总线接口；其中每个RS485驱动器分别连接中心ARM-7内核的串口总线接口。
4.如权利要求1所述的控制器，其特征在于所述的CAN通信模块的CAN隔离收发器连CAN接口，其中CAN隔离收发器连接中心ARM-7内核。
5.如权利要求1所述的控制器，其特征在于所述的8路并行总线驱动及IO、AD扩展模块包括2×8bit并行接口、IO输入输出驱动及其IO接口和AD、DA驱动器及其AD、DA接口；其中并行接口连接中心ARM-7内核，并行接口分别连接IO输入输出驱动和AD、DA驱动器；AD、DA接口连AD、DA驱动器，IO接口连I/O输入输出驱动。
6.如权利要求1所述的控制器，其特征在于所述的控制器包括一个嵌入控制器核心的内核模块，1个以太网络接口，1个I2C总线接口，1-2个RS485总线接口，2-8个IO可选配接口，3-6个4～20mA输入的AD接口，1个4～20mA输出的DA接口，1个功率小于0.2W的24V电源供电；其控制器的各项指标还有CPU工作频率57.6MHz、耗电量＜0.2W、接入工作电压+24VDC/12AC、以太网通信速率100M、控制器命令响应时间＜1S、CAN通道数0～2、CAN最高通信速率1M、RS485接口数2～3个、RS485最高通信速率115.2Kb、I2C总线数1～2、IO输入通道数16～64、IO输出通道数16～32、AD输入通道数8～64、DA输出通道数4～16、系统时钟丢电保护时间7天。
专利摘要一种基于ARM技术实现远程下载的通用网络控制器是以ARM-7内核为中心，分别与网络通信模块、RS485通信模块、CAN通信模块、I2C通信模块、USB通信模块、SD/MMC存储模块、JTAG接口、状态指示灯及8路并行总线驱动(用于实现IO、AD扩展)模块连接。该通用网络控制器具有标准自动的IO输入检测、AD数据采集功能，IO、DA数据输出功能及应用的二次开发功能等，可使其广泛应用于各类楼宇自动化控制系统及工业自动化控制系统中。可使控制器按实际需要实现对机电设备的现场自动化控制与调节，对现场设备的闭环控制及PID调控。能快速实现与自动化中央控制系统的网络连接、设备相关数据及状态的实时上传、中央控制命令的接收与响应和系统应用的远程修改与升级。
文档编号H04L12/28GK201489320SQ20092015440
公开日2010年5月26日 申请日期2009年5月12日 优先权日2009年5月12日
发明者沈建中 申请人:沈建中