2ARM11嵌入式系统实时网络通信和PWM波输出控制的实现

2017-08-02中船重工715研究所

电子世界 2017年14期

中船重工715研究所冯冰

中船重工715研究所冯冰

文章对ARM11嵌入式终端实时网络通信特性分别从系统功能需求和网络通信协议两个方面进行了分析，同时对网络通信协议和PWM波的驱动方式进行了介绍，最后就如何实现网络终端服务器和客户端双进程的工作模式进行了研究，旨在为今后研究工作提供可靠的参考资料。

ARM11；实时网络通信；双进程；PWM波

所谓的嵌入系统就是指以应用为重点，软硬件可以依据情况进行剪裁，该计算机专用系统对整体运行的功能性、可靠性等都有着较为严格的要求。而嵌入系统构成主要包括以下几个部分：嵌入式处理器、嵌入式操作系统、相关支撑硬件以及应用软件系统等，从构成方面分析可知，嵌入式系统是一个集成软硬件一体的专用计算机系统。事实上，嵌入式系统技术发展主要分为三个阶段。首先，嵌入式技术前期。在这一阶段，专用计算机系统功能较为简单，可编程控制器的核心也仅为单片机，基本功能主要有监测、设备指示以及伺服等，这种嵌入式系统雏形主要在工业控制、飞机等武器装备中应用。第二阶段嵌入式系统主要内容就是嵌入式CPU和嵌入式操作系统，而到了第三阶段，嵌入式系统最大的特征就是芯片技术和互联网技术的应用。

1 ARM11嵌入式终端实时网络通信特性分析

1.1 系统功能需求分析

ARM11嵌入式系统的一大特点就是网络通信能力较强，可以利用网络实现远场控制。计算机同ARM11通信系统相比，前者无论是在数据处理效率和质量方面都占据一定的优势，若将大量的数据信息交付给计算机系统进行处理，那么一方面可以极大的降低ARM11系统资源消耗，另一方面ARM11系统可以其他操作做出迅速地反应，鉴于此，ARM11系统可以将需要处理的数据传输给计算机系统，而计算机系统需要根据ARM11数据处理要求对所传输的数据进行处理并将处理结果利用网络传输至ARM11控制模块中。例如以网路控制PWM来进行说明。ARM11控制模块需要将设备工作状态数据信息传输至计算机，而计算机则需要利用网络控制将PWM波的开关、占空比以及频率设置等命令进行传输。

1.2 网络通信协议选择

通信协议问题在网络通信中是一种必然的存在。当下，网络协议主要有两种，即UDP和TCP/IP协议。而实时性网络通信要求实时收发，UDP在使用过程中不需要进行连接绑定，故而更加符合实时性这一要求，但是值得注意的，UDP协议的无法从根本上确保数据传输有效性，也就是当进行大量数据传输过程中，一旦传输速度过快，那么就可能会出现丢包问题，这种问题的发生在数据庞大且传输次数较多的数据库中较为常见。这种问题的发生对可靠性要求较高的数据库而言是十分严重的。而TCP/IP协议在实现通信连接之前首先需要进行连接绑定，从而有效地提升了数据传输的稳定性和有效性。

1.3 数据流分析

同ARM11通信系统相比，计算机系统在数据处理速度方面占据一定的优势，例如可以将大量的数据处理任务分配给计算机，这样一方面可以有效地降低ARM11资源的消耗，另一方面也为ARM11系统进行其他处理操作提供了更多的空间和时间。例如可以将显示图片处理任务分配给计算机，计算机系统则是依据ARM11显示数据的处理标准对显示图片信息进行处理，并将最终的处理结果通过网络传输至ARM11系统中同时使用LED进行显示。

2 PWM波驱动设计

所谓的PWM波是指占空比和频率都可以进行控制的方波，这种波不仅可以当做测试信号，同时也可以是控制信号，而为了实现占空比和频率可控目标，在进行驱动程序设计过程中必须对占空比和频率接口进行调整，同时将PWM接口进行关闭，而PWM驱动程序结构如图1所示，从图中可以看出驱动程序主要包括开关PWM输出函数、设置频率函数和设置占空比函数（见图1）。

TCP/IP协议下的ARM11嵌入式终端单纯以服务器或者是客户端的模式应用是无法实现即时收发目标的，例如以当做服务器为例进行说明。ARM11终端接收计算机所传输的数据后，一旦计算机连接中断，那么网络终端传输过程也会停止，此时若想再次实现连接，那么计算机客户端必须重新向终端发起连接命令，这种连接方式使得嵌入式终端运行收到了一定的限制，无法实现数据的即时发送。在这种情况下，可以通过对网络中断和计算机系统进行双重工作模式的设置，即既可以是客户端又可以是服务器，这样一来就可以妥善的解决TCP/IP协议使用过程中存在的问题，终端可以在任何时间实现与计算机的连接和终端，实现了即时收发目标。

图1 P WM驱动的程序结构

3 网络通信和远程控制PW M波输出的程序设计

站在数据传输的有效性和网络系统运行的实时性层面分析，在进行网络通信和远程控制PWM波输出程序设计过程中，可以通过TCP/IP协议服务器和客户端双进程工作模式的应用来实现计算机处理PWM频率和占空比数据，并将处理结构传输至ARM11客户端。首先，软件利用fork语句来进行服务器和客户端进程的创建，同时通过pipe（）语句来构建一个进程间数据通信通道。一旦进程建设完毕，ARM11网络终端的两个进程会在同一时间运行：客户端需要传输数据时仅通过发起连接就可以实现网络连接，当客户端数据传输完毕首先需要对数据进行解码处理，之后进行PWM波输出等，当这一过程完成后可以将连接关闭，而客户端也会一直处于等待连接状态。

4 系统运行效果分析

通常情况下，网络终端和计算机服务器进程是处在一个工作状态中，这样一来可以实现任何一端都可以当做客户端实现连接，或者是接收客户端所传输的信息，实现了即时收发的目标，进而为实时网络通信实时性的目标的实现提供了保证。ARM11嵌入式终端不会对一些复杂的数据进行处理，而是将该项任务交付给计算机系统来完成，而待计算机系统完成后会将处理结果反馈给嵌入式终端，极大的降低了ARM11资源消耗，同时响应按键、开光等处理操作也更加的灵敏。