嵌入式實驗平臺在VMware環境搭建及在鹽化工中的應用

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環境搭建及在鹽化工中的應用

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在現代鹽化工中應用廣泛，但價格昂貴，企業可以借助嵌入式仿真實驗平臺開發。嵌入式實驗平臺是嵌入式系統技術的綜合體現，嵌入式實驗平臺在VMware下的Linux操作系統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操作系統為其編譯內核和可執行的命令，這要在虛擬機上安裝和掛載Samba服務和NFS服務。本文詳述嵌入式實驗平臺復雜實驗環境的搭建過程及在鹽化工中得應用。

關鍵詞:嵌入式實驗平臺；VMware；Linux；DCS；FCS

嵌入式系統是計算機產生后的必然產物，它是電子半導體技術和通信技術適應各個行業的具體需求應用結合后的縮小版的計算機系統, 它是計算機系統中的中央處理器、存儲器、輸入輸出及外圍設備和軟件小型指令系統（ARM）的緊密結合的系統。嵌入式系統技術具有綜合性、現實實踐性十分強的特點[1]。

嵌入式系統，是指在其它應用系統內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等復雜的操作系統，可以滿足復雜的需求[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，并且預制了很多具體應用程序；D C S （DistributedControlSystem）分散控制系統與集散控制系統。DCS是第四代控制系統，它集4C（Communication，C o m p u t e r， C o n t r ol、C R T）技術。其中通信（Communication）是關鍵，計算機通過大量電纜從中繼站并行到現場儀器儀表，在大規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字信號轉換。DCS既有計算機控制系統控制算法先進、精度高、響應速度快的優點，又具有儀表控制系統安全可靠、維護方便的要求。

F C S則是21世紀自動化控制系統的方向是第五代過程控制系統。由DSC和PLC發展而來的，是3C技術（Communication，Computer， Control）的融合，全數字化、智能、可以鏈接多種控制終端的以數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。FCS從控制室到現場設備的雙向數字通信總線，它是由互聯的、雙向的、串行多節點、開放的數字通信系統取代單向的、單點、并行、封閉的模擬系統；用分散的虛擬控制站取代中央控制站；把CPU系統嵌入現場自控設備，且使設備具有數字計算和數字通信能力，串行信號傳輸精度高，遠程傳輸、所有標準統一全開放。FCS最基本任務有：安全、危險區域、易變過程、難于對付的非常環境使用，缺點就是價格昂貴如果自主開發，情況大不一樣。

制鹽企業生產規模的擴大，物聯網技術的日新月異，設備更新換代，日益復雜的生產過程控制，自動控制必然取代桎梏的傳統的生產操作模式。

目前，我國的經濟現代化進程還不夠完善，真空制鹽蒸發系統在絕大多數廠家生產過程中的工藝參數的監控還采用傳統模擬儀表，從實際實際廠家調查發現：其中蒸發室的鹽液位置控制由手工操作調節儀器儀表控制模擬量改為DCS系統的自動調節數字化量,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，導致的真空制鹽系統運行不穩，生產效率低能好大的問題得到很好的解決。還有聯系到系統投資和目前國內制鹽行業的工藝水平，其中涉及控制的模擬量比較多，采用DCS控制或者FCS系統通過對模擬量如：溫濕度、罐內壓力、罐口流量、罐內液體位置等模擬量處理，進行全數字化控制，企業在實現這些工藝的時候就在嵌入式平臺中仿真實現，節約成本，根據企業實際情況開發DCS或是FCS系統，大幅提高企業經營效益。

在實現如上控制及進一步的控制需求，自主研發當然需要先由嵌入式系統實驗仿真實現，降低成本。計算機系統與嵌入式系統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。而物理連接系統實驗的首要任務和關鍵切入點。初學甚為頭疼。嵌入式實驗平臺和計算機系統連接，分兩種線連，一是數據連接，嵌入式實驗系統平臺與實體計算機與安裝在實體機上的虛擬機之間的數據網絡互通。二是控制連接，嵌入式實驗平臺自己沒有執行命令的界面，必須借助計算機通信終端串口來完成。

圖1 實驗拓撲圖

1 仿真實驗環境搭建

1.1 拓撲結構

首先將嵌入式實驗板和計算機系統互聯。拓撲結構如圖1。

1.2各種軟件系統[5]

嵌入式實驗系統的開發是Linux語言，操作系統Linux完成指令的編譯交給嵌入式實驗平臺板執行并實現對嵌入式實驗平臺內核的控制，文章在實體計算機上安裝VMware的Linux系統實現嵌入式實驗平臺板的功能實現的步驟。

1.2.1Linux虛擬機參數設置

圖2為打開了LinuxFedora14系統的登錄界面

圖2 LinuxFedora14系統的登錄界面

2 嵌入式實驗平臺環境

2.1網絡IP地址設置

利用實驗中嵌入式平臺做蒸發鹽業DCS和FCS仿真，首先應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的網絡互通，需要配置這三個系統的網絡標識的IP地址。

在虛擬機Linux系統，從系統菜單下的以太網設備對話框，在常規選項卡給虛擬機配置IP地址。如圖3

圖3 虛擬機IP設置選項卡

圖4 虛擬機網卡MAC地址設置

其次設置實體計算機的IP地址。

在配嵌入式實驗平臺板的IP，要將三個系統的網絡標識IP配置在一個網絡中。接下來在硬件設備選項卡中需要將關聯的此網卡的物理地址從新探測，及硬件設備選擇字符最長的那個設備，字符長說明此時虛擬機的網卡。如圖4。三個操作系統的IP配置只是先將三個系統保證了數據通信的基礎。

2.2文件共享平臺

嵌入式系統實驗平臺執行需要了內核資源包及相應編譯環境在Linux中，而Linux與Windows系統文件共享安裝Samba服務[7]。

虛擬機和嵌入式系統實驗平臺之間也需要文件共享，我們使用NFS服務，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：默認的Linux系統已經安裝好samba服務，從實體計算機訪問虛擬機的共享點，將嵌入式系統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

在這個目錄下執行安裝腳本文件，這個文件會將資源包中包括內核文件夾內核等在內的系統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，具體的步驟是在虛擬機系統菜單進入管理對話框，再進入首選項中打開NFS服務，點擊root目錄旁邊的按鈕找到UP-CUP210-II文件夾，這個文件夾是執行安裝腳本文件后自動創建的。從這里看出samba服務和NFS服務它們實現嵌入式平臺實驗中是緊密相關的。這里也是在虛擬機環境下嵌入式實驗平臺環境搭建的難點和重點。

在圖6是打開NFS服務對話框后的標簽，點擊瀏覽按鈕出現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*，基本權限要賦予（讀/寫）權限。

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

3 環境實驗搭建結果

以上實驗環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，配好以上所述環境，才能進入到嵌入式實驗平臺系統目錄下。圖7是左側為虛擬機的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 為實驗平臺系統掛載NFS服務

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文件下的文件內容是一樣的，表明文件掛載成功。

4 應用結論

從復雜的嵌入式實驗平臺環境搭建看出嵌入式系統技術是各種技術的綜合體，其實驗平臺也是軟硬件緊密結合各種技術體現的綜合實驗平臺[9][10]。

從目前鹽化工使用DCS及今后有可能使用FCS系統可以看出，PLC和DCS系統它在國內制鹽行業使用必然，他們的使用可以實現多效蒸發制鹽車間和包裝存儲車間的無縫對接。現在嵌入式系統價格降低，隨著國內制鹽業的不斷發展和先進國外的技術引進，企業根據自己的實際開發通過嵌入式平臺仿真設計控制系統，相信制鹽行業實現全集成自動化的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技術新型智能家居系統[J].計算機系統應用.2012(12).

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

[3]凌志浩,DM&與現場總線控制系統(第一版)［J］上海:華東理工大學出版社，2008.

[4]工業自動化儀表與系統手冊［J］北京:中國電力出版社，2008.

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

[6]張永德.過程控制裝置(第二版)［M］北京:化學工業出版社，2009.

[7]何小平.選擇適合ARM的嵌入式操作系統[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：計算機網絡、人工智能。