基于ARM的倉儲管理系統設計與研究

楊 威，高文華，羅洪達，張震震

（太原科技大學 電子信息工程學院，山西 太原 030024）

隨著供應鏈管理的不斷發展，倉儲管理已成為供應鏈管理中的重要環節。倉儲總是出現在供應鏈各環節的結合部，例如采購和生產之間，生產的初加工和精加工之間，生產和銷售之間，批發和零售之間，不同運輸方式轉換之間[1]。因而，如何優化倉庫的日常管理成為一個重要的研究課題。

傳統的倉庫管理，一般依賴于以紙張文件為基礎的非自動化系統來記錄、追蹤進出的貨物，完全由人工實施倉庫內部的管理，因而管理效率低下。目前大多數企業的倉庫數據資料管理已經開始采用計算機系統，但仍然采用先紙張記錄，再手工輸入計算機的方式進行采集和統計整理，造成了大量的人力資源浪費，而且由于人為的因素，數據錄入速度慢、準確率低。隨著倉庫智能化的不斷發展，倉庫管理的物資種類、數量都在不斷增加。出入庫頻率劇增，倉庫管理作業也變得十分復雜和多樣化，傳統的人工倉庫作業模式和數據采集方式難以滿足快速、準確的要求，嚴重影響了倉庫的管理質量。

文中的設計融合了物聯網技術、嵌入式技術和3G技術，分析了各自的基本特點和所要實現的基本功能。然后，在此基礎上提出了基于ARM的倉儲管理系統的整體設計方案，實現了倉儲管理和控制的智能化，進而提高了倉儲管理的效率，降低了人工及維護成本。

1 系統整體分析

1.1 系統功能描述

根據全面感知、可靠傳遞和智能處理的功能需求，可將倉儲管理系統劃分為信息采集單元（以下簡稱為M0）、前端數據處理中心（以下簡稱為A8）和遠程PC服務器3個部分，其整體結構如圖1所示。其中，信息采集單元以Cortex-M0為控制芯片，采集溫度、濕度和光照強度等信息，并通過ZigBee無線傳輸[2]至前端數據中心；前端數據處理中心以S5PC100開發板為控制模塊，該模塊以ARM Cortex-A8控制芯片為核心，基于嵌入式Linux操作系統，利用線程接收信息采集單元發送的數據，控制倉庫內部數據的安全，當實時環境異常時，通過GPRS向管理員發送短信息進行報警；遠程PC服務器通過網絡與A8建立連接，實時更新本地數據庫，并且可以查看各節點倉庫食品信息和總的食品信息。

1.2 系統環境搭建

1.2.1 U-Boot移植

U-Boot的功能是把內核放到DR AM （Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取存儲器）中運行。網上下載的U-Boot對開發平臺只具有通用性代碼，不支持和識別特定開發平臺上的一些硬件和功能。因此，需要添加對這些硬件的識別、初始化及其相應功能的實現。

圖1 系統整體結構圖Fig.1 Structure diagram of the warehouse management system

U-Boot的移植過程可以分為2個階段，其中，第一階段主要完成基本的硬件設備初始化，準備RAM（Random Access Memory，隨機存儲器）空間加載第二階段代碼，復制第二階段代碼到RAM中，設置堆棧指針SP，跳轉到第二階段代碼的C入口點；第二階段主要完成使用匯編語言跳轉到main（）入口函數，初始化本階段將要使用的硬件設備，檢測系統的內存映射，加載內核映像文件和根文件系統映像文件，設置內核啟動參數和調用內核。

1.2.2 Linux內核移植

Linux內核是一種源碼開放的操作系統，采用模塊化的設計。在此只保留了必需的功能模塊，刪除了冗余的功能模塊，并對內核重新編譯，從而使系統運行所需的硬件資源顯著減少[3]。本設計中內核的移植主要包括：網卡驅動的添加，NAND FLASH驅動的添加，添加對YAFFS2文件系統的支持，添加USB設備驅動，添加LCD設備驅動，添加SD卡設備驅動。

1.2.3 根文件系統制作

如果沒有根文件系統，其他的文件系統就不能進行加載。根文件系統包括Linux啟動時所必須的目錄和關鍵性文件，以及使其他文件系統得以掛載的必要文件。制作根文件系統主要包括：添加內核菜單選項，建立目錄結構，添加命令程序，拷貝C庫，編寫系統啟動文件，配置主機的NFS。

2 系統功能模塊設計

本系統是在A8、M0及PC等設備的基礎上，基于互聯網、物聯網、傳感器等技術并結合物聯網新型概念[4]設計的，使用戶能夠對倉庫內部情況進行實時的掌握和控制。本系統主要由前端數據中心、遠程監控終端和服務器端組成。

首先，數據接收模塊接收M0通過ZigBee傳輸上來的實時環境參數（如：溫度、濕度、光感數據等），并通過接收端的ZigBee經USB轉串口操作把采集到的環境參數發送給A8，由M0的接收請求線程從串口讀取消息，并交給數據處理模塊。數據處理模塊解碼接收到的信息后，激活數據庫線程以保存數據，激活內存數據刷新線程以更新實時環境信息，并對環境參數進行判斷處理，決定是否進行報警。另外，在構建的嵌入式WEB服務器上，用戶可以通過網絡利用PC機對倉庫信息進行監控；通過WEB頁面上的控制按鈕，監控設備可以識別出用戶指令并進行相應的動作。系統各模塊進程間關系如圖2所示。

圖2 系統各模塊進程間關系圖Fig.2 Diagram of the process with its module in the warehouse management system

3 關鍵算法設計

3.1 用戶圖形界面設計

本系統通過A8間接地獲取M0的數據，用戶圖形界面QT[5-6]主要包括登錄界面、實時顯示界面、設置界面和控制界面，其整體設計流程如圖3所示。

圖3 Linux下的QT整體設計流程圖Fig.3 QT design flowchart under the Linux platform

其中，登錄界面提供直接登錄模式（即超級用戶模式），登錄后跳轉至實時顯示界面；顯示界面包括實時顯示當前M0所處環境的各種信息，含有溫度、濕度、光照以及門禁狀態等，通過不同的控制按鈕可以分別跳轉至控制界面和設置界面，按下退出按鈕將退出系統；設置界面包括對溫度上下限的設置，報警電話號碼的設置等，通過軟鍵盤圖標可以調出軟鍵盤，進行相關數據的輸入，提交按鈕將會把設置好的參數發送到服務器；控制界面主要實現對A8上LED燈和蜂鳴器等的控制，以及控制M0上風扇的停轉，LED燈的亮滅，數碼管的亮滅，蜂鳴器的響停等，通過返回鍵可以返回到顯示界面，具體界面如圖4所示。

圖4 設備控制主界面Fig.4 Interface of the device control

3.2 視頻流服務器設計

該服務器主要用于將攝像頭采集的視頻或者圖片顯示到網頁和 LCD（Liquid Crystal Display，液晶顯示器）上，這里采用MJPG-streamer作為視頻流服務器[7]。MJPG-streamer采用的是V4L2（Video 4 Linux 2）接口，可以通過文件或者是HTTP的方式訪問Linux UVC兼容攝像頭。視頻流服務器將攝像頭捕獲的圖像存入global buffer緩沖區，當客戶端有訪問請求時，服務器便將global buffer緩沖區中的圖像數據連續地發送給客戶端。該程序中的server_pthread函數使用多線程技術，為每一個連接請求的客戶端創建一個線程。該線程獨立地與客戶端進行通信，發送圖像數據。

此外，MJPG-steamer還用來從網絡攝像頭采集圖像，并將它們以流的形式通過基于IP的網絡傳輸到瀏覽器的網頁上。由于MJPG-steamer可以通過利用網絡攝像機的硬件壓縮功能來降低服務器CPU的開銷，而無需為視頻幀壓縮浪費大量的資源，因而它為嵌入式設備和一些常規服務器提供了一個輕量級且較少CPU消耗的方案。MJPG-steamer功能強大，但為了符合本項目的需要，仍需對其進行修改，添加我們想要實現的功能。在本設計中，需要向MJPG-steamer視頻流服務器中添加LCD輸出插件，其代碼如下：

4 結束語

本設計的倉儲管理系統充分利用了ARM Cortex-A8的硬件功能和處理速度，成功地移植了以Cortex-A8為硬件核心的Linux嵌入式系統，并完成了基于Linux QT的控制程序開發，解決了多項技術難點。經實驗表明，系統的控制效果令人滿意，驗證了該系統的先進性、穩定性和實用性，具有廣泛的推廣和應用價值。

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