張志通，王 博

(1. 北華航天工業(yè)學(xué)院 電子工程系，河北 廊坊 065000；2. 廊坊無線電管理局，河北 廊坊 065000)

嵌入式系統(tǒng)在機(jī)房監(jiān)控中的應(yīng)用

張志通1，王 博2

(1. 北華航天工業(yè)學(xué)院 電子工程系，河北 廊坊 065000；2. 廊坊無線電管理局，河北 廊坊 065000)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用逐漸成為IT行業(yè)的技術(shù)熱點(diǎn)，并被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息技術(shù)仿真、移動設(shè)備互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制等領(lǐng)域.通過 STM32嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)在機(jī)房監(jiān)控中的體系結(jié)構(gòu)模型，對日常管理監(jiān)控、系統(tǒng)管理檢測、系統(tǒng)運(yùn)行安全及門禁管理四大模塊具體功能及應(yīng)用做了探討.

嵌入式系統(tǒng)；機(jī)房監(jiān)控；技術(shù)優(yōu)勢；系統(tǒng)模型；模塊應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用下，嵌入式系統(tǒng)扮演著重要角色.基于 STM32嵌入式系統(tǒng)就是將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使其具有高性能的網(wǎng)絡(luò)化、智能化的技術(shù)特點(diǎn)，這樣的嵌入式系統(tǒng)在機(jī)房遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，將大大提升其技術(shù)性和可靠性，進(jìn)一步推動了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在安全監(jiān)控、生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展，提高了其社會效益和經(jīng)濟(jì)效益[1].

1 嵌入式系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)是用來控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置入式系統(tǒng)，是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)，對系統(tǒng)功能、可靠性、成本、體積和功耗等方面實(shí)行嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng).嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分，主要包括硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件層[2].

通常意義上，我們所說的嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲在 ROM中的嵌入式處理器控制板.嵌入式系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：系統(tǒng)內(nèi)核小(比如ARM系統(tǒng)的STM32分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有15 K，幾乎不占內(nèi)存，所以設(shè)計(jì)中經(jīng)常應(yīng)用此特點(diǎn)進(jìn)行較復(fù)雜的功能控制)、專用性強(qiáng)、系統(tǒng)精簡、高效實(shí)用性軟件輔助、嵌入式軟件要滿足互換性要求、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境、使用壽命長、體積小不占用空間等.有了這些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，使得嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加開放，更利于維護(hù)管理和更廣地?cái)U(kuò)展性能.

2 基于STM32嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

2.1 正確的專業(yè)技術(shù)定位

嵌入式系統(tǒng)是多種技術(shù)的融合，它將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合，基于這一點(diǎn)決定了它必然具有技術(shù)與資金密集、產(chǎn)品與技術(shù)高度分散、創(chuàng)新余地很大的特點(diǎn).因此，引入嵌入式系統(tǒng)，必須給該系統(tǒng)一個(gè)正確的專業(yè)技術(shù)定位.Palm公司生產(chǎn)的具有 Palm OS操作系統(tǒng)的產(chǎn)品之所以在PDA領(lǐng)域一度占據(jù)高達(dá)90%的份額，就是由于其立足于個(gè)人電子消費(fèi)品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理的原因.由于風(fēng)河的Vxworks具有其良好的可靠性和實(shí)時(shí)性，所以被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)領(lǐng)域中.

2.2 利于開發(fā)成本低

嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)用戶對嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用需求對軟硬件進(jìn)行相對的裁剪，使產(chǎn)品的功能、成本、可靠性達(dá)到用戶的要求.因此，在能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)上開發(fā)出適應(yīng)各種用戶需要的系統(tǒng)，是一種新的發(fā)展模式.STM32具有高性能、低成本、低功耗特性，片上資源豐富，處理能力強(qiáng)大.目前嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個(gè)只有幾字節(jié)到幾十字節(jié)(K)微內(nèi)核，需要根據(jù)實(shí)際的使用要求對功能擴(kuò)展或者裁減.由于微內(nèi)核能夠提供任務(wù)、線程、交互進(jìn)行通信以及內(nèi)存管理等服務(wù)，使得這種擴(kuò)展或者裁減能夠非常順利地進(jìn)行[3].

3 基于STM32嵌入式系統(tǒng)在機(jī)房監(jiān)控中的系統(tǒng)構(gòu)架

3.1 機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)總體構(gòu)架

一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架可以分成4個(gè)部分：處理器、存儲器、輸入輸出(I/O)和軟件.根據(jù)機(jī)房結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用和其特殊作用性，將嵌入式設(shè)備應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)為緊密結(jié)合機(jī)構(gòu)，這也是嵌入式系統(tǒng)不同于一般PC操作系統(tǒng)的不同之處.基于STM32嵌入式系統(tǒng)在機(jī)房監(jiān)控中的系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示，機(jī)房整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)包括配電系統(tǒng)、空調(diào)、消防等設(shè)備子系統(tǒng)、嵌入式設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和各站點(diǎn)監(jiān)控中心等[4].

圖1 基于STM32嵌入式系統(tǒng)在機(jī)房監(jiān)控中的系統(tǒng)構(gòu)架示意圖

3.2 各組成設(shè)備的特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

如圖1所示，消防系統(tǒng)、空調(diào)指示器、漏水檢測等設(shè)備子系統(tǒng)都經(jīng)過專門規(guī)劃設(shè)置，在建筑承建期間被安裝在機(jī)房內(nèi)部的，它們之間通過數(shù)據(jù)傳感器或通信訊號建立聯(lián)系，并通過嵌入式設(shè)備端口及時(shí)上傳或反映實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其中這些信息主要包括設(shè)置功能報(bào)警、實(shí)施檢測等功能.而嵌入式系統(tǒng)核心組件——嵌入式設(shè)備，不但要完成子系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)分析工作，還要將整理、處理后的信息存入數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)實(shí)際需要反饋給相關(guān)子系統(tǒng)，它的設(shè)置一般通過常用 TCP/IP協(xié)議即可隨時(shí)訪問，工作人員不僅可通過 LAN調(diào)用程序，而且還可通過WAN實(shí)施機(jī)房的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能.

4 分析具體功能模塊技術(shù)應(yīng)用

基于 STM32嵌入式系統(tǒng)在機(jī)房監(jiān)控中的應(yīng)用，主要實(shí)現(xiàn)：日常管理監(jiān)控、系統(tǒng)管理檢測、系統(tǒng)運(yùn)行安全及門禁管理四大功能模塊.這四種功能模塊互相協(xié)調(diào)配合，共同對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)保護(hù)，然而又各具權(quán)限，使四種功能獨(dú)立運(yùn)行，即使一種出現(xiàn)問題，不至于影響其他模塊功能[5].

4.1 日常工作的管理監(jiān)控功能

首先工作人員根據(jù)權(quán)限可直接調(diào)用系統(tǒng)程序，包括監(jiān)控界面、日期時(shí)間畫面、有效界面的快進(jìn)和后退，特殊界面的放大和縮小等，正因?yàn)橛辛诉@些簡單的操控功能，使得我們可以及時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行、員工工作情況等.其次可對遠(yuǎn)程界面進(jìn)行設(shè)置，如特殊性事件，日期標(biāo)注等形成重要記錄界面存儲于文件夾中，高效的實(shí)現(xiàn)各個(gè)界面切換，完成各個(gè)時(shí)間段不同工作狀態(tài)的監(jiān)測.再次，嵌入式系統(tǒng)還可對以往的界面進(jìn)行選擇性保留，刪除無用界面等操作，有效減少了設(shè)備運(yùn)行負(fù)擔(dān).這些功能的應(yīng)用大大節(jié)約了人員配備問題，實(shí)現(xiàn)了無人看守實(shí)時(shí)監(jiān)測并記錄的工作方式，提高了工作效率.

4.2 系統(tǒng)管理檢測功能

系統(tǒng)管理檢測功能是建立在有效設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)之上.首先，系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)行需要，選擇性啟用設(shè)備，降低設(shè)備無功功率的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，也可通過添加、刪除設(shè)備功能，實(shí)現(xiàn)有目的的設(shè)備調(diào)度，緩解一機(jī)多用的不安全因素.其次，系統(tǒng)內(nèi)部自動記錄程序狀態(tài)，它可根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況隨時(shí)記錄，做到時(shí)間間隔均勻、事件記錄完整、報(bào)表詳細(xì)等，提供準(zhǔn)確信息供管理層參考和評價(jià).再次，可根據(jù)需要，設(shè)置頻率自定功能，有效地監(jiān)督設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行，遇到不正常情況，及時(shí)啟動報(bào)警系統(tǒng)，并記錄非正常狀態(tài)，較少設(shè)備故障，提高系統(tǒng)安全系數(shù).

4.3 系統(tǒng)運(yùn)行安全功能

嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行安全一方面指系統(tǒng)設(shè)置層面，另一方面指的是用戶授權(quán)權(quán)限.系統(tǒng)設(shè)置層面，指的是各級監(jiān)控中心，只能對本監(jiān)控點(diǎn)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行密碼設(shè)置和修改，而基于機(jī)房的整體嵌入式設(shè)備則無權(quán)限訪問和修改.用戶授權(quán)權(quán)限是指嵌入式設(shè)備總管理員，根據(jù)工作需要授權(quán)相關(guān)責(zé)任人，負(fù)責(zé)一些系統(tǒng)監(jiān)控、計(jì)算機(jī)調(diào)度等方面的工作，系統(tǒng)會將臨時(shí)責(zé)任人使用流程保存紀(jì)錄，并有效傳送到數(shù)據(jù)庫，完成執(zhí)行操作等.系統(tǒng)運(yùn)行安全功能實(shí)現(xiàn)了一臺小小嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)整個(gè)區(qū)域的管理操作成為可能，并提高了系統(tǒng)安全要求.

4.4 門禁管理功能

門禁管理功能是嵌入式系統(tǒng)在機(jī)房監(jiān)控中的重要應(yīng)用，它的系統(tǒng)和嵌入式設(shè)備有大量的信息傳遞和數(shù)據(jù)交換，將其設(shè)計(jì)成單獨(dú)模塊，也是基于此功能，可以更方便管理人員進(jìn)行操控.一方面可根據(jù)管理員信息，例如指紋、面部特征、語言、姓名等進(jìn)行詳細(xì)確認(rèn)，并經(jīng)系統(tǒng)分析計(jì)入數(shù)據(jù)庫，有效地管理人員流動和建立考勤系統(tǒng).另一方面，門禁管理也可通過不同時(shí)間段，進(jìn)入被監(jiān)控機(jī)房的記錄進(jìn)行查詢，及時(shí)了解員工工作信息，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)適應(yīng)性和安全生產(chǎn)的要求.

5 結(jié)束語

研究嵌入式系統(tǒng)在機(jī)房監(jiān)控中的技術(shù)意義重大，它可實(shí)現(xiàn)日常管理監(jiān)控、系統(tǒng)管理檢測、系統(tǒng)運(yùn)行安全及門禁管理四大功能，而且它的構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)利用成本低，符合我們未來電子技術(shù)的發(fā)展方向，也是組成計(jì)算機(jī)應(yīng)用的重要部分.隨著軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)會被應(yīng)用于更多領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)完善的遠(yuǎn)程監(jiān)控和信息安全功能.

[1] 劉玉蘭,李湖南.嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原因與方法[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2004(4):17-18.

[2] 劉新朝,謝莉萍,陳樹挺,等.構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)[J].電子產(chǎn)品世界,2004(11):116-117.

[3] 肖鍵,張國林.基于嵌入式Linux系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].電子工程師,2004(9):59-62.

[4] 魏星.基于ARM的嵌入式機(jī)房監(jiān)控底層架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化,2010(3):18-21.

[5] 李楠,李建義,張紅亮,等.基于STM32的環(huán)境監(jiān)控終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2013(1):15-18.

(責(zé)任編校：李建明英文校對：李玉玲)

The Application of Embedded System in Computer Room Monitoring

ZHANG Zhi-tong1, WANG Bo2
(1. Department of Electronic Engineering, North China Institute of Aerospace Engineering, Langfang, Hebei 065000, China; 2. Lang Fang Radio Administration Bureau, Langfang, Hebei 065000, China)

With the rapid development of computer technology, the development and application of embedded system has become a hotspot of IT industry, and it is widely used in remote monitoring, information technology simulation, mobile devices and Internet network equipment control. We construct architecture model in center monitoring embedded system through the technical advantages of STM32 embedded system, and then the function and application of the four modules—daily management, system management and test, system security and access management are discussed.

embedded system; computer room monitoring; technical advantage; system model; module application

TN931.3

A

1673-2065(2014)04-0031-03

10.3969/j.issn.1673-2065.2014.04.008

2014-03-10

張志通(1983-),男,河北青縣人,北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系講師,工學(xué)碩士;

王 博(1984-),男,河北邯鄲人,廊坊無線電管理局公務(wù)員.