嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的基于技术中的基于RTLinux的实时控制系统的实时控制系统
基于RTLinux的实时控制系统 摘要：从技术背景、系统结构、硬件和软件设计等方面论述了基于RTLinux的闸门
实时控制系统的组成、原理以及实现方法，并着重分析了软件实现的关键问题。 关键词：RTLinux 实时控制
TCP/IP MYSQL数据库 在水电站闸门控制系统中，设备地理位置分散、控制分散，基于常规继电器的控制系统
不能满足电厂无人值班控制系统和全厂综合自动化的要求，必须将智能控制和工业网络相结合，实现实时控制
的同时又能对设备进行智能管理和维护。目前比较常用的控制系统大多由PLC构成，成本较高，缺乏客户定制
的灵活性。本文从系统功能实现和经济指标两个方面考虑，
基于RTLinux的实时控制系统
摘要：摘要：从技术背景、系统结构、硬件和软件设计等方面论述了基于RTLinux的闸门实时控制系统的组成、原理以及实现方
法，并着重分析了软件实现的关键问题。
关键词：关键词：RTLinux 实时控制 TCP/IP MYSQL数据库
在水电站闸门控制系统中，设备地理位置分散、控制分散，基于常规继电器的控制系统不能满足电厂无人值班控制系
统和全厂综合自动化的要求，必须将智能控制和工业网络相结合，实现实时控制的同时又能对设备进行智能管理和维护。
目前比较常用的控制系统大多由PLC构成，成本较高，缺乏客户定制的灵活性。本文从系统功能实现和经济指标两个方面
考虑，半基于RTLinux的控制平台、工业以太网和数据库技术引入闸门控制系统。
1 RTLlinux、工业以太网和数据库、工业以太网和数据库
RTLinux是由新墨西大学的Victor Yodaiken等人开发的，现在已有商业化的版本推出。在RTLinux面世之前，Linux在实
时性方面作过一些尝试。在POSIX1.b中，规定了实时进程的一些标准，但由于Linux内核的不可抢先性，真正的实时进程
无法在标准的Linux环境下实现。RTLinux采用简单而有效的方法解决了此问题而不用重写Linux内核代码。RTLinux实现了
一个高效的可抢先的实时调度核心，全面接管中断，并把Linux作为此实时核心的一个优先级最低的进程运行。当有实时任
务需要处理时，RTLinux运行实时任务；无实时任务时，RTLinux运行Linux的非实时进程。图1是RTLinux的结构图。
为保证实时进程与非实时Linux进程部顺序进行数据交换，RTLinux引入了RT-FIFO队列。RT-FIFO被Linux视为字符设
备，最多可达150个，分别命名为/der/rtf0、/dev/rtf1……/dev/rtf63。最大的RT-FIFO数量在系统内核编译时设定。图2说明
了RT-FIFO的工作原理。
RTLinux程序运行于两个空间：用户空间内核态。RTLinux提供了应用程序接口，借助这些API函数将实时处理部分编
写成内核模块，并装载到RTLinux内核中，运行于RTLinux的内核态。非实时部分的应用程序则在Linux下的用户空间中执
行，这样可以发挥Linux对网络和数据库的强大支持功能。
TCP/IP协议和以太网在Internet上的成功应用吸引着越来越多控制程师。尽管以太网的时间不确定性给以太网应用于工
业控制现场的实时性带来了很多争论，但是实际应用中，经网络传输的数据绝大多数用于系统管理和维护等方面，用于实
时控制的数据传输很少，这也是基于管理集中、控制分散的系统设计策略考虑的。在较高的以太网传输速度下，现场智能
处理单元的处理速度才是传输延迟的主要原因。本系统现场控制单元采用高速处理器，并采用RTLinux作为现场控制单元的
控制平台，直接用以太网传输数据，系统的网络层次减少，信号的传输实时性也得到提高。
目前，有许多数据库开发商提供了Linux平台上的数据库软件，例如Oracle、Sybase、Informix和MYSQL等都推出了
Linux版本。基于RTLinux的控制系统在实时控制领域有巨大的潜力。
2 系统组成系统组成
本系统分为现场和集中级。现场控制级由分散在现场的4个现场控制单元控制，分别完成闸门位置、油缸油压和油路状
态等的采集，现场操作按钮的监视以及闸门提升和下降的控制等。集中级由集中监控站、维护站组成，分别执行监视、智
能维护及诊断等功能。打印机用于数据的硬备份、报表的输出。系统结构如图3所示。
2.1 系统硬件构成
在工业控制系统中通常采用PLC作为现场的控制核心。PLC的不足一方面在于其较高的价格，另一方面在于其难以实现
非顺序控制算法，以及缺乏对TCP/IP灵活的支持。本系统采用嵌入式PC作为控制单元的核心，开发人员可自行开发外围接
口板，根据系统需要灵活组态，既经济又能使用高级语言开发控制程序。
现场控制闸门的LCU采用相同的硬件配置。CPU板采用研华公司的PCM-5864，CPU的Intel公司的Pentium MMX
166MHz，内存为64MB，以太网接口为10MHz的RTL-8139A。CPU板通过PC104总线与采样模块和输出模块相连。此外
该板上配有显示、键盘和鼠标等标准接口，便于在线修改和检查程序。硬盘选用容量为4.3GB的笔记本硬盘。16通道的A/D
采样模块PCM-3718H完成模拟量的采集，分辨率为12位；16通道的数字I/O模块PCM-3730用于开关量的采集、控制闸门
的启动和停止。为便于现场巡检，LCU配有显示中文信息的LCD模块MGLS-240128，内置T6963C控制器。系统采用了16
端口的HUB。
为保证集中站可靠地工作，集中监控站、集中维护站采用工业PC，配有Intel公司的P处理器，256MB内存和40GB的大
硬盘，TCP/IP通信由3COM公司的10/100MbpsPCI网卡3C905C来完成。
2.2 系统软件构成
评论0