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基于Linux操作系統的網絡應用軟件開發.docx

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?基于Linux操作系統的網絡應用軟件開發目 錄一 緒論 3(一)課題研究背景 3二 系統總體方案設計 3(一)系統硬件組成 4(二)系統軟件總體方案設計 4三 應用程序設計 6(一)Qt簡介 6(二)嵌入式Linux數據采集終端應用軟件設計 9(三)上位機應用軟件設計 15四 系統集成及調試 16(一)PPP,GPRS及WIFI簡介 16(二)軟件系統集成 16(三)軟件性能測試 17結論 18參考文獻 18[摘要]數據采集系統被廣泛應用于大型關鍵設備的運行狀態監測。隨著工業化的發展,大型關鍵設備的的地理分布更加分散,其運行狀態監測更加困難,因而迫切需要基于無線互連網技術的遠程數據采集系統。為此,論文基于嵌入式Linux平臺對無線遠程數據采集系統軟件進行了設計,并在軟件設計的過程中提出了一些數據采集系統的軟件設計方法及框架。論文首先分析了無線遠程數據采集系統的結構,并提出了無線遠程數據采集系統軟件設計的總體方案;然后,按照總體方案的要求,完成了嵌入式Linux無線遠程數據采集終端操作系統層的軟件設計。論文試探了一種嵌入式Linux系統級軟件開發的通用方法。完成了對嵌入式Linux無線遠程數據采集終端以及上位機應用軟件的設計,該軟件完成了無線遠程數據采集系統應當具備的基本功能,并兼顧了軟件的通用性,為無線遠程數據采集系統的應用軟件開發提供了一種設計模型。[關鍵詞]:嵌入式;Linux;ARA9;數據采集系統;CPRS.一 緒論 (一)課題研究背景 近幾年我國工業的迅速發展對工業設備運行狀況的監控提出了更高的要求。監控系統不僅需要運行于工況良好的環境下,更要對距離較遠,運行環境惡劣,數據采集點較為分散以及無人值守的設備進行監控,如對風電,水利等領域的設備進行監控。 采用傳統的方式對這些情況下設備運行狀況進行監控,會導致人力及物力資源的極大消耗,并且很難取得好的效果。針對上述情況,目前國外主要采用嵌入式系統結合無線通信的方式來構建無線遠程數據采集系統[1]。這使得監測點只要在無線網絡所能覆蓋的圍之,都可以實現數據的采集與傳輸。過去在無線數據采集方面采用的通信方式主要有廣域網,無線電臺,無線集群,GSM短信等,這些通信技術成熟,但也存在著一定的局限性。而目前采用的較新的無線通信方式包括CDMA, GPRS以及WIFI等,這些通信方式具有優良的數據傳輸速率,價格適中,已快速取代了傳統的無線數據采集所采用的通信手段。 另外,除了基于某一種無線通信方式的數據采集系統外,隨著嵌入式及物聯網技術的不斷發展,逐步出現了更加復雜的數據采集網絡,在這種數據采集網絡中,混合了廣域網,GPRS, WIFI等多種通信方式,以實現數據的遠程高速傳輸。在實際應用中,位于數據采集網絡中的各數據采集終端利用最適宜其工況的通信方式接入Internet,并將數據上傳給服務器,同時接受服務器的控制[2]。 本文圍繞無線遠程監測系統的軟件設計而展開,試圖找到能夠滿足多種通信方式的通用軟件設計方法并搭建較為通用的軟件平臺,以滿足多種具體應用環境的需要。二 系統總體方案設計 為了方便進行軟件設計,首先應當從用戶的角度分析軟件所要具備的功能,從宏觀上給出軟件的整體架構,這樣才能保證軟件設計工作有序進行,同時可以方便對軟件進行維護和升級。(一)系統硬件組成 本文的嵌入式Linux無線遠程數據采集系統硬件結構如圖2-1所示。圖2-1 系統結構圖嵌入式Linux數據采集終端使用天嵌科技的TQ2440開發板,這個開發板具備了豐富的外圍設備,使用三星的S3C2440 ARM9芯片作為CPU,該芯片是現在嵌入式系統采用的主流芯片之一。數據傳輸通道通過GPRS接入Internet實現[3]。(二)系統軟件總體方案設計 本節詳細說明系統各部分的軟件組成??傮w來看,軟件的設計主要是為了更好的控制硬件并完成用戶的需要,圖2-2給出了硬件,核和應用程序之間的關系。圖2-2 硬件,核和應用程序的關系1. 嵌入式Linux數據采集終端軟件方案設計 嵌入式Linux數據采集終端的軟件根據其與硬件相關的程度由深到淺主要分為引導加載程序,Linux核及應用軟件。 引導加載程序是CPU上電后開始運行的第一段代碼,這段代碼初始化硬件設備,建立存映射表,為操作系統核運行提供合適的軟硬件環境。ARM平臺上常用的引導加載程序有vivi和u-boot等,由于引導加載程序與硬件相關,目前硬件開發商一般都會提供相應的應到加載程序,本文采用天嵌科技提供的已移植好的u-boot作為引導加載程序[4]。 Linux系統核構建的是否成功直接關系到嵌入式Linux系統能否正常運行,因此,核的構建在軟件設計中占據著重要的地位。核的構建主要包括Linux核移植,文件系統構建和Linux設備驅動程序移植及開發。Linux核移植應當著重考慮系統要求提供哪些功能,加入全部的核功能,雖然可以保證系統更好的運行,適應各種應用場合的需要,但是它將使得核變大,運行時占用存空間增大,運行速度減慢;而加入的核功能不全,很顯然系統將無法滿足需要。因此,對核進行移植,必須清楚自己的系統需要哪些功能,并配置核提供相應的功能。最好的方法是全面瀏覽核配置單,針對每一項核提供的功能考慮系統是否需要,從而進行取舍[5]。 設備驅動程序關系到系統的硬件能否正常工作,它是核的重要組成部分。如果對于某個硬件資源,核已經提供了它的驅動程序,直接對該驅動程序進行移植即可。對于其他一些硬件資源,若核并未提供驅動程序,則需要自行編寫。對設備驅動程序的移植與編寫都應該遵循Linux驅動程序接口以及設備模型的規定,只有這樣才能被核識別。 2. 數據傳輸通道軟件方案設計 所謂數據傳輸通道軟件功能,指的是如何使數據傳輸通道兩端的軟件實現數據傳輸。針對本文使用的GPRS網絡,就是軟件如何使嵌入式終端通過PPP撥號連入GPRS網絡。由于剛構建的Linux操作系統只能完成操作系統最基本的功能,而其它功能的實現還需要移植相應的應用程序到嵌入式Linux操作系統當中[6]。對于PPP撥號,需要將ppp撥號程序移植到操作系統當中。3. 上位機軟件方案設計 上位機軟件相比嵌入式數據采集終端要簡單很多。上位機安裝Windows XP操作系統,已經具備了所有運行條件,只要為其編寫相應的服務器程序即可。由于本文旨在設計一個方便多種應用環境使用的軟件模型,應當考慮所設計的程序的通用性。上位機被設計為一個并發服務器。服務器應用程序的主要功能有:接受客戶端的連接,獲取客戶端傳來的數據并寫入文件,分析數據并顯示出錯數據,向客戶端發送命令,查詢客戶端運行狀態等。除了接受客戶端連接是屬于主線程的任務,其他工作則都是隸屬于某個客戶端對應的線程的[7]。因此,有多少客戶端連接在服務器上,服務器程序就有多少個線程在運行。三 應用程序設計 (一) Qt簡介本節則重點介紹Qt的圖形界面設計方。省略部分。[6]齊鳳蓮,幗英,偉志.基于工控機的汽車助力器監測系統設計[J].工具技術,2009, 43 (12):53-55.[7]熊茂華,震倫. ARMS嵌入式系統設計與開發應用[M].:清華大學,2007. 12.[8]亞鋒,歐文盛等.ARM嵌入式Linux系統開發從入門到精通[M].:清華大學.2007. 8.[9] William Stallings. Operating System:Internals and Design Principles, Six Edition[M].Upper Saddle River, New Jersey:Prentice Hall, 2008.[10]小紅.基于嵌入式Linux和GPRS的遠程監控系統的研究[D].:郵電大學,2007.袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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