1 　引 言
    船舶自動化產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今世界主要海洋強國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。國外自20 世紀(jì)70 年代起,由于海洋事業(yè)和國際貿(mào)易迅速發(fā)展需要,在船舶自動化技術(shù)及新設(shè)備研制方面出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展形勢, 通過幾十年的持續(xù)發(fā)展,奠定了堅實的基礎(chǔ),當(dāng)今世界在船舶自動化方面正在進行著根本性的變革,船舶自動化的理想已成為現(xiàn)實。同時也對遠(yuǎn)程終端的硬件執(zhí)行能力,整個系統(tǒng)的抗干擾性提出了很高的要求。在上述的背景下,本文作者對船舶的系泊監(jiān)測裝置進行了大膽的創(chuàng)新。

2 　系統(tǒng)概述
    整個系統(tǒng)主要由控制中心,采集模塊和CAN 總線3 部分組成,如圖1 所示。

    控制中心采用高端的32 位嵌入式CAN 總線,RISC 作為管理CPU ,以CF 卡作為數(shù)據(jù)存儲空間。同時移植了Windows CE 的嵌入式操作系統(tǒng),增強了應(yīng)用系統(tǒng)的交互能力和可裁剪性。采集模塊是對應(yīng)各種需要采集量安裝的傳感器。最后嵌入式系統(tǒng)設(shè)計了基于CAN 總線的傳輸方式,實現(xiàn)了面向?qū)ο蟮慕换C制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送[1 ] 。

3 　系統(tǒng)架構(gòu)
    該裝置的系統(tǒng)架構(gòu)以軟件控制管理系統(tǒng)和硬件設(shè)備控制系統(tǒng)為核心,如圖2 所示。

3. 1 　硬件系統(tǒng)
    硬件系統(tǒng)包括3 個部分:硬件控制設(shè)備系統(tǒng)(控制電路板) 和所有的硬件設(shè)備(輸入,輸出設(shè)備,存儲設(shè)備等) ,核心是控制電路板。設(shè)計的電路板必須帶有J TA G仿真調(diào)試接口,從而達到整個系統(tǒng)的在線編程和調(diào)試。硬件結(jié)構(gòu)上主控單元是SAMSUN G公司的S3C2410 。 [nextpage]

3. 2 　軟件系統(tǒng)[3 ]
    選用Windows CE. net 4. 2 作為嵌入式操作系統(tǒng),其定制裁減平臺采用Microsof t 公司的WindowsCE Platform Builder . NET4. 2 (CEPB) ,軟件開發(fā)采用eVC4. 0 。系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)分析整理,然后存儲到CF 卡中。

    Windows CE 操作系統(tǒng)是基于組件模型的,它由一些基本的操作系統(tǒng)函數(shù)和可選函數(shù)組成?；竞瘮?shù)適合每一個使用Windows CE 的硬件,而可選函數(shù)則可以依據(jù)硬件條件進行選擇。Platform Builder 不僅可以用來定制操作系統(tǒng),亦可以為所定制的操作系統(tǒng)開發(fā)驅(qū)動程序。

    系統(tǒng)主要涉及800 ×600 彩色顯示器和CF 卡驅(qū)動程序的開發(fā)。

    顯示器驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。驅(qū)動程序各部分分別為:

Application :用戶應(yīng)用程序;
Coredll. dll :將客戶請求轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的請求;
Gwes. exe : The Graphics , Windowing and Events Subsystem(GWES)負(fù)責(zé)圖形輸出和用戶交互操作;
Ddi. dll (顯示設(shè)備驅(qū)動程序默認(rèn)名) :這個函數(shù)只導(dǎo)出一個函數(shù)DisplayInit ,通過這個函數(shù)返回其他函數(shù)的指針來進行操作, GWES 通過指針來調(diào)用具體的函數(shù)。

    Application 和GDI 層是邏輯層,可以直接利用Windows CE 提供的模塊,要解決的是Display driver驅(qū)動層。Windows CE 所有的顯示設(shè)備驅(qū)動程序必須實現(xiàn)一組DDI 函數(shù), GDI 調(diào)用這組函數(shù)初始化顯示設(shè)備驅(qū)動程序和將圖形輸出到顯示設(shè)備上。DDI函數(shù)數(shù)量較多,實現(xiàn)比較復(fù)雜,采用基本圖形引擎( GPE) 類來開發(fā)顯示設(shè)備驅(qū)動程序, GPE 類要求所用顯示設(shè)備的硬件必須有一個連續(xù)的幀緩沖區(qū),所使用的顯示接口和S3C2410 內(nèi)部的LCD 控制器接口兼容,滿足Windows CE 對顯示設(shè)備的要求。

    由于Windows CE 的BSP 中沒有提供CF 卡的驅(qū)動。在此使用Windows CE 提供的流設(shè)備驅(qū)動接口實現(xiàn)CF 卡與系統(tǒng)的整合。若要實現(xiàn)CF 卡與系統(tǒng)的整合,首先編寫CF 卡的驅(qū)動程序,然后在系統(tǒng)注冊表的“HKEY_LOCAL_MACHINE/ Drivers/ Built In”目錄下增加一個主鍵,系統(tǒng)啟動時會自動加載這個驅(qū)動程序。[nextpage]

4 　采集模塊CAN總線的實現(xiàn)
    系統(tǒng)中的采集模塊共分為5 個,分別是:潮位,波浪觀測;船舶運動姿態(tài)觀測;船舶移動量觀測;纜繩拉力觀測;護弦變形觀測。每個模塊接各自的傳感器采集數(shù)據(jù),然后將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)A/ D 轉(zhuǎn)換后通過CAN總線送入嵌入式設(shè)備. 系統(tǒng)中采用飛利浦公司的SJ 1000 作為CAN 總線控制器,并采用TJA1040 作為CAN 總線收發(fā)器,整個系統(tǒng)的硬件電路連接如圖4 所示[4 ] 。

     采集模塊為了保證CAN 總線上通訊的實時性,CAN 通訊采用中斷方式,其通信流程如圖5 所示。

5 　結(jié)　　論
    以S3C2410 為核心的嵌入式硬件系統(tǒng),定制并移植Windows CE 作為操作系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺,CAN 總線方式實現(xiàn)通信,實現(xiàn)了船舶系泊監(jiān)測的自動化,而且為用戶提供了一個友好的界面,操作方便,大大減少了工作人員的工作強度?？傊麄€系統(tǒng)積控制、測量、通信等自動化功能于一身,滿足了船舶自動化的要求,有廣泛的應(yīng)用前景和價值。