毕业设计（论文）基于嵌入式系统在船舶监控系统中的应用

1、摘要：嵌入式系统具有体积小、功耗低、可靠性高等特点,非常适合船舶领域的应用。本文总结了嵌入式系统的特点,提出了嵌入式系统在船舶监控系统中的应用可行性,并对嵌入式系统与其他船用现场监控系统的性能进行比较。采用以C OS - 嵌入式操作系统为平台设计的嵌入式系统控制板,实现船舶机舱(engine room) 的自动监控和数据传输。涉及到数据的采集和web server 的功能,使从机舱监控的数据可以直接通过船舶的局域网传送到每一个相关人员的工作间,甚至是房间里。关键词: C OS - 嵌入式操作系统;Web Server ;数据采集;自动监控；船舶；监控系统；计算机系统Abstract:The embedded system has the volume to be small,the power loss is low,reliable higher characteristic,very suitable ships domain application.This article summarized embedded systems characteristic,proposed e

2、mbedded systems in ships supervisory system application feasibility,and carries on the comparison to the embedded system with other ships with the scene supervisory systems performance。In this research , we use theC OS - system as the control band to realize the autom watching and data transfer.So ,we can send the useful data of the engine room to all of seaman ,even to their rest room.Key words: C OS - control system,Web Server,data collection,autom watching,ships,supervisory system,Computer sy

3、stem目录1引言52 嵌入式系统简介52.、嵌入式系统的历史52.2嵌入式系统的定义52.3、嵌入式系统重要概念62.4、嵌入式系统的特点72.5、嵌入式系统的分类82.6嵌入式系统的应用领域82.7、嵌入式系统的现状和发展趋势92.7.1 嵌入式系统的发展现状102.7.2 未来嵌入式系统的发展趋势113、ARM概述113.1、ARM处理器的特点113.2 ARM微处理器系列113.2.1ARM7微处理器系列113.2.2 ARM9微处理器系列123.2.3 ARM9E微处理器系列123.2.4 ARM10E微处理器系列123.2.5 SecurCore微处理器系列133.2.6 StrongARM微处理器系列133.2.7 Xscale处理器133.3 ARM微处理器结构143.3.1 RISC体系结构143.3.2 ARM微处理器的寄存器结构143.3.3 ARM微处理器的指令结构144.嵌入式系统在船舶监控系统中的应用144.1 嵌入式系统应用于船舶监控系统的优势144.2 嵌入式系统应用于旧船监控系统改造的优势155各种船舶监控系统的应用比较155.1 当前应用的三种形式船

4、舶监控系统155.2系统应用实例比较165.3 各种现场监控设备性能比较176、嵌入式Web Server 的实现177硬件实现198、软件实现218.1 服务器端实现218.2 客户端实现219、结束语 2210. 心得体会2211.参考文献23正文1 引言在计算机技术高速发展的今天,利用先进的计算机与网络技术来实现船舶各系统监控的自动化已经成为可能。从上世纪80 年代起,船舶控制产品就开始由模拟式向数字式发展。1995 年9 月,由国内外150 多家生产控制设备的厂商组成了国际FF 协会,标志着船舶控制系统开始向全数字化方向发展。此后数年,以现场总线( Fieldbus) 及超大规模数字集成电路(VL SI) 嵌入式电子技术为基础的全数字式控制系统开始在世界范围内兴起,并迅速扩展到船舶工业领域,使船舶自动化控制技术获得了突破性的发展。 由于嵌入式技术在船舶应用领域尚处于发展阶段,在现有船舶数据监控系统中,仍是以采用PLC(可编程逻辑控制器) 、工业控制计算机(以下简称工控机) ,甚至简单的单片机系统为主来实现船舶各系统的数据采集、监测及控制功能。然而,考虑到船舶空间狭小,航行环境多

5、变,因此相对陆用设备而言,我们希望这类船用设备具有体积小,安装接线方便,便于维修、可靠性高,并能适应船上盐雾、油雾、霉菌、潮湿、高热、振动、冲击、电磁干扰大等恶劣条件的性能。对应用于船舶这一特殊控制环境,嵌入式系统比以往的各类控制系统具有明显的优点。可以预见,嵌入式系统将在船舶监控系统中得到广泛的应用。2 嵌入式系统简介2.、嵌入式系统的历史嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。确切点说，这个时候的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。 90年代以后，随着对实时性要求的提高

6、，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。2.2嵌入式系统的定义根据IEEE（国际电机工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。这个定义上，可从几方面来理解嵌入式系统：嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。因此可以这样理解上述三个面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、

7、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。2.3、嵌入式系统重要概念嵌入式系统中有许多非常重要的概念：嵌入式处理器：嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。范围极其广阔，从最初的位处理器，到最新的受到广泛青睐的32位，64位嵌入式CPU。实时操作系统（Real Time Operating System）：嵌入式系统目前最主要的组成部分，根据操作系统的工作特性，实时是指物理进程的真实时间。实时操作系统具有实时性，能从硬件方面支持实时控制系统工作的操作系统。分时操作系统：对于分时操作系统，软件的执行在时间上的要求，并不严格，时间上的错误，一般不会造成灾难性的后果。目前分时系统的强项在于多任务的管理，而实时操作系统的重要特点是具有系统的可确定性，即系统能对运行情况的最好和最坏等的情况能做出精确的估计。多任务操作系统：系统支持多任务管理和任务间的同步和通信，传统

8、的单片机系统和DOS系统等对多任务支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任务操作系统。 实时操作系统中的重要概念：系统响应时间（System response time）：系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间。任务换道时间（Context-switching time）：任务之间切换而使用的时间。中断延迟（Interrupt latency）：计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成换道转入中断服务程序的时间。实时操作系统的工作状态：实时系统中的任务有四种状态：运行（Executing），就绪（Ready），挂起（Suspended），冬眠（Dormant）。运行：获得CPU控制权。就绪：进入任务等待队列，通过调度转为运行状态。挂起：任务发生阻塞，移出任务等待队列，等待系统实时事件的发生而唤醒，从而转为就绪或运行。冬眠：任务完成或错误等原因被清除的任务，也可以认为是系统中不存在的任务。任何时刻系统中只能有一个任务在运行状态，各任务按级别通过时间片分别获得对CPU的访问权。 2.4、嵌入式系统的特点(1) 嵌入式系统是一个实现预定特殊功能的系统,它具有有限的资源(如内存、功耗、处理器速度、计算能力等) 。通常,应用程序的运行将占用整个ROM 的存储容量。这与一台具有普通处理器、支持多种应用程序的PC 机是截然不同的。另外,嵌入式软件的应用范围较PC 机丰富许多。P

《毕业设计（论文）基于嵌入式系统在船舶监控系统中的应用》由会员工****分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）基于嵌入式系统在船舶监控系统中的应用》请在金锄头文库上搜索。