朱 存, 潘春花，孫 燕

(青海民族大學 計算機學院，青海 西寧 810007)

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嵌入式實驗平臺在VMware環(huán)境搭建及在鹽化工中的應(yīng)用

朱 存, 潘春花，孫 燕

(青海民族大學 計算機學院，青海 西寧 810007)

摘 要：DCS和FCS在現(xiàn)代鹽化工中應(yīng)用廣泛，但價格昂貴，企業(yè)可以借助嵌入式仿真實驗平臺開發(fā)。嵌入式實驗平臺是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的綜合體現(xiàn)，嵌入式實驗平臺在VMware下的Linux操作系統(tǒng)下需要將實體計算機作為嵌入式實驗平臺的通信終端，借助虛擬機下的Linux操作系統(tǒng)為其編譯內(nèi)核和可執(zhí)行的命令，這要在虛擬機上安裝和掛載Samba服務(wù)和NFS服務(wù)。本文詳述嵌入式實驗平臺復(fù)雜實驗環(huán)境的搭建過程及在鹽化工中得應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:嵌入式實驗平臺；VMware；Linux；DCS；FCS

嵌入式系統(tǒng)是計算機產(chǎn)生后的必然產(chǎn)物，它是電子半導(dǎo)體技術(shù)和通信技術(shù)適應(yīng)各個行業(yè)的具體需求應(yīng)用結(jié)合后的縮小版的計算機系統(tǒng), 它是計算機系統(tǒng)中的中央處理器、存儲器、輸入輸出及外圍設(shè)備和軟件小型指令系統(tǒng)（ARM）的緊密結(jié)合的系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有綜合性、現(xiàn)實實踐性十分強的特點[1]。

嵌入式系統(tǒng)，是指在其它應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部嵌入滿足特定某種需求的計算機體系。目前以ARM為代表的以32位的中央處理器系統(tǒng)從嚴格意義上說是一個單板機，在此控制板上加載Linux、WinCE等復(fù)雜的操作系統(tǒng)，可以滿足復(fù)雜的需求[2]。

P L C是可編程控制器，屬于嵌入式，它一般用于電氣控制，并且預(yù)制了很多具體應(yīng)用程序；D C S （DistributedControlSystem）分散控制系統(tǒng)與集散控制系統(tǒng)。DCS是第四代控制系統(tǒng)，它集4C（Communication，C o m p u t e r， C o n t r ol、C R T）技術(shù)。其中通信（Communication）是關(guān)鍵，計算機通過大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場儀器儀表，在大規(guī)模的控制過程比如石油化工化、大型鹽場及大型電廠機組的中央控制過程中，它的各種控制信號從模擬到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換。DCS既有計算機控制系統(tǒng)控制算法先進、精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點，又具有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護方便的要求。

F C S則是21世紀自動化控制系統(tǒng)的方向是第五代過程控制系統(tǒng)。由DSC和PLC發(fā)展而來的，是3C技術(shù)（Communication，Computer， Control）的融合，全數(shù)字化、智能、可以鏈接多種控制終端的以數(shù)字多功能取代模擬式單功能各種控制儀器和控制儀表系統(tǒng)。FCS從控制室到現(xiàn)場設(shè)備的雙向數(shù)字通信總線，它是由互聯(lián)的、雙向的、串行多節(jié)點、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點、并行、封閉的模擬系統(tǒng)；用分散的虛擬控制站取代中央控制站；把CPU系統(tǒng)嵌入現(xiàn)場自控設(shè)備，且使設(shè)備具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，串行信號傳輸精度高，遠程傳輸、所有標準統(tǒng)一全開放。FCS最基本任務(wù)有：安全、危險區(qū)域、易變過程、難于對付的非常環(huán)境使用，缺點就是價格昂貴如果自主開發(fā)，情況大不一樣。

制鹽企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日新月異，設(shè)備更新?lián)Q代，日益復(fù)雜的生產(chǎn)過程控制，自動控制必然取代桎梏的傳統(tǒng)的生產(chǎn)操作模式。

目前，我國的經(jīng)濟現(xiàn)代化進程還不夠完善，真空制鹽蒸發(fā)系統(tǒng)在絕大多數(shù)廠家生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)的監(jiān)控還采用傳統(tǒng)模擬儀表，從實際實際廠家調(diào)查發(fā)現(xiàn)：其中蒸發(fā)室的鹽液位置控制由手工操作調(diào)節(jié)儀器儀表控制模擬量改為DCS系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)數(shù)字化量,使先前的人工成本大，鹽液位置控制不精準，液體位置波動大，導(dǎo)致的真空制鹽系統(tǒng)運行不穩(wěn)，生產(chǎn)效率低能好大的問題得到很好的解決。還有聯(lián)系到系統(tǒng)投資和目前國內(nèi)制鹽行業(yè)的工藝水平，其中涉及控制的模擬量比較多，采用DCS控制或者FCS系統(tǒng)通過對模擬量如：溫濕度、罐內(nèi)壓力、罐口流量、罐內(nèi)液體位置等模擬量處理，進行全數(shù)字化控制，企業(yè)在實現(xiàn)這些工藝的時候就在嵌入式平臺中仿真實現(xiàn)，節(jié)約成本，根據(jù)企業(yè)實際情況開發(fā)DCS或是FCS系統(tǒng)，大幅提高企業(yè)經(jīng)營效益。

在實現(xiàn)如上控制及進一步的控制需求，自主研發(fā)當然需要先由嵌入式系統(tǒng)實驗仿真實現(xiàn)，降低成本。計算機系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)實驗平臺通信相連可以作為嵌入式實驗板的終端和編譯器。而物理連接系統(tǒng)實驗的首要任務(wù)和關(guān)鍵切入點。初學甚為頭疼。嵌入式實驗平臺和計算機系統(tǒng)連接，分兩種線連，一是數(shù)據(jù)連接，嵌入式實驗系統(tǒng)平臺與實體計算機與安裝在實體機上的虛擬機之間的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互通。二是控制連接，嵌入式實驗平臺自己沒有執(zhí)行命令的界面，必須借助計算機通信終端串口來完成。

圖1 實驗拓撲圖

1 仿真實驗環(huán)境搭建

1.1 拓撲結(jié)構(gòu)

首先將嵌入式實驗板和計算機系統(tǒng)互聯(lián)。拓撲結(jié)構(gòu)如圖1。

1.2各種軟件系統(tǒng)[5]

嵌入式實驗系統(tǒng)的開發(fā)是Linux語言，操作系統(tǒng)Linux完成指令的編譯交給嵌入式實驗平臺板執(zhí)行并實現(xiàn)對嵌入式實驗平臺內(nèi)核的控制，文章在實體計算機上安裝VMware的Linux系統(tǒng)實現(xiàn)嵌入式實驗平臺板的功能實現(xiàn)的步驟。

1.2.1Linux虛擬機參數(shù)設(shè)置

圖2為打開了LinuxFedora14系統(tǒng)的登錄界面

圖2 LinuxFedora14系統(tǒng)的登錄界面

2 嵌入式實驗平臺環(huán)境

2.1網(wǎng)絡(luò)IP地址設(shè)置

利用實驗中嵌入式平臺做蒸發(fā)鹽業(yè)DCS和FCS仿真，首先應(yīng)該保證嵌入式實驗平臺和實體計算機和虛擬機三個操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互通，需要配置這三個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)標識的IP地址。

在虛擬機Linux系統(tǒng)，從系統(tǒng)菜單下的以太網(wǎng)設(shè)備對話框，在常規(guī)選項卡給虛擬機配置IP地址。如圖3

圖3 虛擬機IP設(shè)置選項卡

圖4 虛擬機網(wǎng)卡MAC地址設(shè)置

其次設(shè)置實體計算機的IP地址。

在配嵌入式實驗平臺板的IP，要將三個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)標識IP配置在一個網(wǎng)絡(luò)中。接下來在硬件設(shè)備選項卡中需要將關(guān)聯(lián)的此網(wǎng)卡的物理地址從新探測，及硬件設(shè)備選擇字符最長的那個設(shè)備，字符長說明此時虛擬機的網(wǎng)卡。如圖4。三個操作系統(tǒng)的IP配置只是先將三個系統(tǒng)保證了數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。

2.2文件共享平臺

嵌入式系統(tǒng)實驗平臺執(zhí)行需要了內(nèi)核資源包及相應(yīng)編譯環(huán)境在Linux中，而Linux與Windows系統(tǒng)文件共享安裝Samba服務(wù)[7]。

虛擬機和嵌入式系統(tǒng)實驗平臺之間也需要文件共享，我們使用NFS服務(wù)，可以將虛擬機上的文件編譯好掛載到實驗平臺里[8]。

具體操作在虛擬機安裝samba服務(wù)：默認的Linux系統(tǒng)已經(jīng)安裝好samba服務(wù)，從實體計算機訪問虛擬機的共享點，將嵌入式系統(tǒng)廠商提供的實驗資源包一起拷貝到虛擬機下得共享目錄里。如圖5，實驗抓圖的共享目錄是/home/uptech.

圖5 拷貝實驗平臺用資源到虛擬機

在這個目錄下執(zhí)行安裝腳本文件，這個文件會將資源包中包括內(nèi)核文件夾內(nèi)核等在內(nèi)的系統(tǒng)實驗平臺所需文件編譯并存放在由安裝腳本文件夾里。

掛載NFS，在虛擬機中還要為嵌入式實驗平臺掛載NFS服務(wù)，具體的步驟是在虛擬機系統(tǒng)菜單進入管理對話框，再進入首選項中打開NFS服務(wù)，點擊root目錄旁邊的按鈕找到UP-CUP210-II文件夾，這個文件夾是執(zhí)行安裝腳本文件后自動創(chuàng)建的。從這里看出samba服務(wù)和NFS服務(wù)它們實現(xiàn)嵌入式平臺實驗中是緊密相關(guān)的。這里也是在虛擬機環(huán)境下嵌入式實驗平臺環(huán)境搭建的難點和重點。

在圖6是打開NFS服務(wù)對話框后的標簽，點擊瀏覽按鈕出現(xiàn)UP-CUP210-II文件夾，在單擊基本標簽卡，注意代表所有主機的話，主機處填寫*，基本權(quán)限要賦予（讀/寫）權(quán)限。

NFS服務(wù)是負責從虛擬機上編譯好可執(zhí)行的環(huán)境及命令給嵌傳入式實驗平臺，嵌入式實驗平臺可以執(zhí)行的命令也是Linux下得命令，可以理解為嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核是完整Linux系統(tǒng)被裁減整理為。特殊用途后的內(nèi)核。

3 環(huán)境實驗搭建結(jié)果

以上實驗環(huán)境搭建驗證嵌入式實驗平臺，打開安裝好的通信終端軟件，對其配置，如圖7。點擊連接后通信終端和虛擬機連通了，配好以上所述環(huán)境，才能進入到嵌入式實驗平臺系統(tǒng)目錄下。圖7是左側(cè)為虛擬機的UP-CUP201-II目錄下文件有IMG,DOC,SRC等文件夾，靠右測的界面是通信終端界面。

圖7 為實驗平臺系統(tǒng)掛載NFS服務(wù)

圖8 在Xshell中查看實驗平臺共享目錄

在圖8中利用瀏覽文件夾買了看到了在剛才掛載的/mnt/ nfs目錄中的文件夾，這與在與虛擬機子下的UP-CUP210-II文件下的文件內(nèi)容是一樣的，表明文件掛載成功。

4 應(yīng)用結(jié)論

從復(fù)雜的嵌入式實驗平臺環(huán)境搭建看出嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是各種技術(shù)的綜合體，其實驗平臺也是軟硬件緊密結(jié)合各種技術(shù)體現(xiàn)的綜合實驗平臺[9][10]。

從目前鹽化工使用DCS及今后有可能使用FCS系統(tǒng)可以看出，PLC和DCS系統(tǒng)它在國內(nèi)制鹽行業(yè)使用必然，他們的使用可以實現(xiàn)多效蒸發(fā)制鹽車間和包裝存儲車間的無縫對接?，F(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)價格降低，隨著國內(nèi)制鹽業(yè)的不斷發(fā)展和先進國外的技術(shù)引進，企業(yè)根據(jù)自己的實際開發(fā)通過嵌入式平臺仿真設(shè)計控制系統(tǒng)，相信制鹽行業(yè)實現(xiàn)全集成自動化的FCS是可行的，且價格低廉的。

[參考文獻]

[1]劉 敏,譚守標,陳軍寧.基于Android平臺和Zigbee技術(shù)新型智能家居系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用.2012(12).

[2]汪 宇,呂 衛(wèi),楊博菲,褚晶輝.基于Android平臺的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)[J].電視技術(shù).2012(02).

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[5]孫洪程，李大宇.過程控制工程設(shè)計( 第二版)［M］北京:化學工業(yè)出版社，2009.

[6]張永德.過程控制裝置(第二版)［M］北京:化學工業(yè)出版社，2009.

[7]何小平.選擇適合ARM的嵌入式操作系統(tǒng)[J].BMRfech Inc.2003.

[8]Hagras,Hani,Callaghan,Victor,Colley,Martin,Clarke, Graham,Pounds-Cornish,Anthony,Duman,Hakan.Creating an ambient-intelligence environment using embedded agents. IEEE Intelligent Systems.2004.

[9]IEEE802.15.4/ZIGBEE RF TRANSCEIVER.Journal of Women Health.2007.

[10]KINNEY P.Zigbee technology:wireless control that simply works. Journal of Women s Health.2004.

Embedded experimental environmentbuildingbase on VMwareapplication of sault

Zhu Cun,Pan Chunhua,Sun Yan
(Computer Department of Qinghai University for Nationalities, Xining 810007,China)

Abstract:DCS and FCS used in modern salt chemical industry, but the price is expensive, Embedded experimental platform adaptthe enterprise’s fact. Embedded experimental platform is the comprehensive reflection of the embedded technology, embedded experimental platform base on VMware in Linux operating system need computer entity as a communication terminal, with VMwarein Linux for compiling the kernel and execute the command, and mount Samba and NFS services in the virtual machine. This paper describes buildingprocess experimental environment of embedded platform.

Key words:embedded experimental environment；VMware；linux；DCS；FCS

作者簡介：朱存(1983-)，女，云南普洱人，碩士，實驗員，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)、人工智能。