基于ARM9和嵌入式VxWorks的機房監控系統的設計及應用

盧燕

（蘇州高等職業技術學校，江蘇蘇州，215000）

1 嵌入式監控系統

嵌入式系統是軟件和硬件的集合體，經常應用于一些電子設備中，通過使用計算機平臺，并配置操作系統，能夠使電子設備起到功能性強、成本低、功耗小等作用[1]。

它的控制模塊采用的是微處理器，能夠將核心控制模塊的體積縮至最小，使設備的功耗變低，還能提高系統的性能，使系統更可靠[2]。另外，采用微處理器還可以避免因使用Windows系統而遇到的病毒或過熱關機等問題，且系統升級更加安全方便。

嵌入式系統的硬件和軟件設計在運行方面更為高效，主要是通過編寫對應硬件功能的應用程序來達到在相同硅片上的設計更符合設備性能要求的功能，避免處理器中的程序過于復雜，有助于提升系統的競爭力。另外，這種嵌入式系統還可以使軟件和硬件更好地結合，以提高軟件的執行速度和可靠性[3]。其硬件主要選用符合性能要求的高效單片機，操作更加便捷，功能更靈活多變，是對傳統監控系統設備性能的一種革新。

嵌入式系統在一體化監控系統的應用中包括傳感器控制、智能設施、監控主機、報警管理系統等。

2 ARM9的KS9695X處理器以及VxWorks操作系統

ARM是微處理器生產研發行業中的知名企業，該企業的處理器主要有性能高且功耗低的特點，被廣泛應用于很多領域[4]。

ARM9系列處理器性能優越，非常適用于無線設備，且這一系列的處理器都具備高性能和低功耗的特點，同時處理器的輸出、輸入穩定性也較其他系列有了進一步的提升，能夠適用于不同的場所。

本次選用的KS8695X處理器是一款內嵌以太網交換的處理器，使用了高級微控制器總線結構（Advanced Microcontroller Bus Architecture，AMBA），其中嵌有 5 個端口的以太網交換機，可以支持多種協議[5]。這款處理器是ARM9系列中具備低成本、高性能的一款超高性價比的處理器，其系統應用圖層如圖1所示。

圖1 KS89695X的系統應用圖層

VxWorks操作系統是一種可靠性高、實用性強并且可移植的操作系統，適合應用于嵌入式系統的開發設計，可以使程序邏輯寫入監控系統時更加方便，從而滿足設計需求，方便工作人員對操作系統的使用。

3 設計系統硬件以及軟件開發

3.1 硬件設計

此套系統由監控主機、處理模塊、報警模塊、存儲設備和主板組成。在處理模塊中，KS8695X是主控芯片，以KS8695X處理器為核心創建的的系統框架圖如圖2所示。

圖2 設備系統框架圖

設計存儲設備模塊時，由于KS8695X具備以太網物理層接口結構，可以加入Flash，使其成為嵌入系統中主要的數據和程序存儲的主體元件，以達到掉電保護、數據保護和防止數據丟失的目的。

在報警模塊中，選擇使用了聲音報警和手機短信報警兩種方式。其中，聲音報警具有時效性，蜂鳴器發出的聲音包括系統報錯聲音和確認警報解除聲音，系統報錯時，通過監控主機的數字接口輸出控制，發出聲音報警，產生現場的聲音報警提示，系統修復后，由人工確認檢查蜂鳴器報警，報警解除時有相應報警結束指示聲音；在短信報警中，因為主板可以使用無線設備，所以可以將接收設備和主板的無線設備相連接，通過無線網絡發送報警短信，且報警內容可以自定義。

3.2 軟件開發

應用軟件的第一層是系統的板級支持包，主要是為了屏蔽硬件，并為操作系統提供一部分驅動，完成中央處理器（Central Processing Unit，CPU）的初始化，從而為整個軟件提供平臺支持，為系統操作提供基礎。第二層是驅動程序，其中硬件設備的驅動程序與硬件相關，軟件設備驅動是處理篩選大量數據的平臺。第三層是嵌入式操作系統層，主要負責系統任務分配、收集、存儲、處理和輸出的功能。第四層是功能層，主要為應用軟件提供

業務管理模塊，這種業務模塊的主要功能是接收數據端的狀態數據，并且根據用戶設置的數據邏輯進行相應的邏輯處理，主要處理過程是將數據識別成協議類別，然后轉換成數字信號，再根據設置好的邏輯條件選擇是否輸出報警信號。若系統決定產生報警信息，數據將會自動進行存儲處理，然后發送至手機、蜂鳴器之類的信號接收端以提供報警信息。

在系統業務管理和串口驅動模塊中，使用的是Modbus協議模塊，該模塊能夠完成主機數據請求和設置應答的處理功能。在系統工作過程中，每個系統串口傳感器都有自己獨立的協議狀態，可以做到同時工作、互不影響。主機模塊和報警模塊相互連接，其整套處理監控流程為：通過上層數據處理控制中層報警模塊進行報警，再送至下層短信報警模塊發送報警短信。

4 結語

針對整個機房監控系統的建設，在經過反復對比后，ARM9的KS8695X和嵌入式VxWorks組成的工作系統是目前成本最低、性價比最高的組合。它的嵌入開放網絡管理系統可以使企業監管人員在第一時間收到相應報警短信，及時了解問題點，節約修復時間，節省人力成本。

另外，這種系統在擴充功能方面非常優秀，在硬件設備兼容的條件下可以接入其他的相關設備進行功能擴展，企業可以根據自己所需要的工作內容添加相應功能，如人像識別等技術。該系統的靈活性比較高容易被廣大企業所接受。在以后的設計中，可以完善其邏輯數據處理能力和速度，增強其自動控制的功能，以達到真正意義上的智能化機房監控的目的，從而更好地保護企業和個人的安全，減少不必要的損失。