引言
現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛,。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和市場需求的變化,，工業(yè)設(shè)備實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理控制已經(jīng)成為一種必然趨勢。M2M（Machine to Machine）的網(wǎng)絡(luò)通信已成為國內(nèi)外研究熱點,，而Web技術(shù)為工業(yè)設(shè)備實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理提供了一種解決方案,。本文從硬件和軟件設(shè)計兩個方面討論了摩托羅拉MCF5249處理器在數(shù)據(jù)采集方面的應(yīng)用，并實現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的遠程Web表征,。
由于這一系統(tǒng)面向廣義的過程,，所以只要可獲得過程參數(shù)，就能實現(xiàn)過程行業(yè)的遠程在線表征,。特別是基于Web完成實時數(shù)據(jù)庫生成,，真正實現(xiàn)遠程集群系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源無人工干預(yù)自動獲取。其應(yīng)用將會不斷地延伸,。
本文描述的摩托羅拉MCF5249是以ColdFire 32位微處理器為基礎(chǔ)的高性能處理器,，該處理器內(nèi)部集成了一個片內(nèi)12位ADC，可用于工業(yè)數(shù)據(jù)采集,。且數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于嵌入式操作系統(tǒng)uClinux,。由于uClinux是為沒有MMU的微處理器設(shè)計的。且源泉代碼公開,，為降低成本和獲取軟件的自有產(chǎn)權(quán)提供了方便,。當(dāng)然，uClinux不是一個強實時系統(tǒng),，為支持一般過程系統(tǒng),，可以通過一些補丁程序來提高其實時性，所以本文討論的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要應(yīng)用于一些實時性要求不高的場合,。
1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計
摩托羅拉MCF5249處理器內(nèi)部集成了一個片內(nèi)12位∑—ΔADC,，它有四路輸入（ADIN0～ADIN3），任一時刻只允許一路輸入,，由多路選擇器決定,。ADC的數(shù)字部分在MCF5249的內(nèi)部，而模擬電壓比較器由外圍電路提供,。A/D轉(zhuǎn)換的輸出引腳以脈寬調(diào)制的格式提供參考電壓,，因此，該輸出需要一個外圍的阻容電路,，將其轉(zhuǎn)換成直流電壓,，以備外部的電壓比較器電路使用,。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1所示。
由于微處理器不可承受負電壓,，所以必須將輸入電壓限制在0～+3V之間。Motorola公司不建議使用外部箝位二極管直接在模擬輸入端進行過壓保護,，而在輸入端引入1～10kΩ的限流電阻和低通濾波器,，在低通濾波器的輸入端連接二極管對輸入電壓進行箝位。MACQ是一個定長有序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),。源進程（生產(chǎn)者,，ADC采樣程序）將數(shù)據(jù)存入MACQ，一旦初始化,，MACQ總是滿的,。當(dāng)有新的數(shù)據(jù)被存入（PUT）MACQ，舊數(shù)據(jù)即被丟棄（如圖3）,。應(yīng)用進程（消費者）可以從MACQ中讀取任何數(shù)據(jù),。讀功能是非破壞性的，即讀操作不會改變MACQ,。主要有以下顯示模塊,。
2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為兩大模塊，即數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)顯示模塊,。
2.1數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計
數(shù)據(jù)采集模塊是系統(tǒng)的核心模塊,，為了提高數(shù)據(jù)采集的實時性，應(yīng)采用中斷方式完成數(shù)據(jù)采集,。其流程圖如圖2所示,。
MCF5249微處理器為其內(nèi)部ADC提供了一個控制寄存器ADCONFIG，其地址是MBAR2_ADDR+0x402,在初始化程序中需要指定MBAR2_ADDR地址,。
通過ADCONFIG寄存器可以設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器工作方式,、采樣頻率、是否采用中斷方式等,。下面給出設(shè)置ADCONFIG寄存器實例,。
#define MBAR2_ADDR 0x8000000
#define AD_CONFIG 0x402
#define AD_VALUE 0x406
…………
//設(shè)置ADC
*(volatile unsigned short int *)(MBAR2_ADDR+AD_CONFIG)=0x442;
該設(shè)置確定ADIN0作為模擬信號輸入通道，采樣頻率設(shè)置為1/4系統(tǒng)總線時鐘頻率,。當(dāng)時鐘產(chǎn)生4095次翻轉(zhuǎn)時,，系統(tǒng)產(chǎn)生一個軟件中斷（中斷號為63）。一次采樣結(jié)束,，并將采樣結(jié)果存于ADVALUE寄存器（其地址為MBAR2_ADDR+0x406）,。A/D轉(zhuǎn)換值可以用如下公式計算：
Vi=(X/(2 n-1)) ×Vfullscate
其中，Vi為ADC的輸入電壓,；Vfullscate為滿量程輸入電壓,；
X為ADC輸出的數(shù)字量,；
n為ADC的位數(shù)。
A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果在中斷處理程序中讀取,。讀取一次轉(zhuǎn)換的程序代碼如下：
Volatile unsigned shortint m;
m=*(volatile unsigned short int *)(MBAR2_ADDR+AD_VALUE);
通常,，A/D轉(zhuǎn)換需要連續(xù)采樣。采樣結(jié)果應(yīng)存放在一個多訪問循環(huán)隊列MACQ（Multiple Access Circular Queue）中,。
在uClinux中,，A/D轉(zhuǎn)換中斷程序的編寫方法是將A/D轉(zhuǎn)換器作為一個字符設(shè)備來處理。中斷程序是在linux/drivers/char目錄下編寫,，其結(jié)構(gòu)如下：*file:m5249_adirq.c
#include
#include
#define ADC_IRQ(128+63)//定義中斷號
#define MBAR2_ADDR 0x8000000
#define AD_CONFIG 0x402
#define AD_VALUE 0x406
/*定義中斷處理函數(shù)*/
void adirq_interrupt(int irq,void *d,struct pt_regs *regs){
在此讀取A/D轉(zhuǎn)換的值并存入隊列中,。
}
/*設(shè)備初始化函數(shù)*/
int adirq_init(){
int result;
unsigned short adc_irq;
adc_irq=ADC_IRQ;
result=request_irq(adc_irq,&adirq_interrupt,SA_INTERRUPT,5249_adirq NULL);//注冊中斷
if(result= = -1)
{printk(“Can’t get assigned %d”adc_irq);
return result;}
return 0;
}
中斷服務(wù)程序的添加方法如下：
①編輯uClinux/drivers/char目錄下的mem.c,，添加“adirq_init();”;
?、诰庉嫶四夸浵碌腗akefile加入“obj-y+=m5249_adirq.o”;
③編譯（make）,。
2.2 數(shù)據(jù)顯示模塊的設(shè)計
為了實現(xiàn)采集到的數(shù)據(jù)以Web方式顯示,，需要選擇一個Web服務(wù)器。本文采用的Web服務(wù)器是BOA,。在CGI程序中編寫一個函數(shù)讀取MACQ隊列中的數(shù)據(jù)并顯示,。
（1）編寫一個CGI程序
*編寫一個讀取MACQ隊列中數(shù)值的函
readFromMacq(),。
*編寫一個生成動態(tài)HTML頁面的函數(shù)show(),。
Void show_t(){
……
printf("Content-type:text/html");
prinft{"
");
在此將MACQ中的數(shù)據(jù)讀出，假設(shè)值賦給變量n
prinft("
",n);
}
*編寫一個CGI的主程序main_cgi,。
在主程序中需要讀取HTML頁面中的字符,，并判斷應(yīng)執(zhí)行那一個CGI程序。
?。?）用HTML語言編寫一個主頁
在主面中應(yīng)包含：
其中,，flag的值是main_cgi用于判斷應(yīng)執(zhí)行哪一個CGI程序的標(biāo)志。
結(jié)語
本文描述了使用MCF5249微處理內(nèi)部∑—ΔADC進行數(shù)據(jù)采集的硬件和軟件設(shè)計方法,。給出的MCF5249應(yīng)用方案和具體的應(yīng)用細節(jié)都已現(xiàn)場調(diào)試成功,。MCF5249是一個性價比較好的微處理器，可以用于家庭網(wǎng)關(guān),、MP3和工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。