论文摘要
随着web技术的发展，嵌入式web技术在工业远程监控和过程控制系统得到广泛的应用。由于工业嵌入式系统是实时系统，要求EWS（Embedded Web Server，嵌入式web服务器）也具备实时性。在单片机上设计的EWS，通常不使用嵌入式实时操作系统，采用的是完全使用服务器硬件资源运行的CGI（Common Gateway Interface，公共网关接口）应用程序接口模块实现动态数据交互，只能实现一些简单界面的远程网络监控。但随着智能仪表监控和组态功能的丰富，EWS还需要在绘制动态曲线图形等复杂图形以及传输庞大数据的网页，这类设计方案难以达到工业仪表对实时性的要求。针对上述问题，本文深刻分析影响实时性的各种因素，以C3000控制器为研究对象，提出了实时EWS设计方案：在32位高性价比微处理器AT9140008硬件开发平台上，采用了μC／OS-Ⅱ实时操作系统和LwIP协议栈设计了嵌入式web服务器，使用多任务编程来提高系统的实时性。客户端程序利用ActiveX技术，使用B／S（Brower／Server）和C／S（Client／Server）混合监控模式，针对C3000的特性设计远程监控界面。控件可下载到客户机上，利用客户端资源绘制图形并动态刷新界面。在工业局域网内，可以通过EPA现场总线技术解决工业以太网网络不确定性传输问题。工业仪表的实时响应速度要求为4～10ms，C3000最小的数据发送间隔为0.125s；通过系统测试，ping包的响应时间为0.4ms、HTTP建立连接的时间为4ms、数据包发送时间间隔为0.025s；客户端的动态网页刷新速度也保持和仪表界面的速度几乎一致。通过上述实验结果，可以证实本设计完全满足工业仪表对实时性要求。在本文中，首先研究影响EWS的实时性的三个关键因素：硬件、软件和网络通讯。接着本文描述通过软件设计提高系统的实时性。在服务器端，介绍了μC／OS-Ⅱ实时操作系统和精简TCP／IP协议栈LwIP的移植，以及HTTP服务器和Flash文件系统的设计；为了提高数据交互速度，本文设计了实时性很高的快速数据交互任务。在客户端，本文采用面向构件思想设计一个监控界面，并尽量模拟真实仪表的功能和界面，设计了存储模块、网络通讯模块、实时监控模块、历史监控模块等。最后，本文对课题的工作进行了总结和展望。