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基于嵌入式實時操作系統的現場控制系統（2）

基于嵌入式實時操作系統的現場控制系統（2）

3.2 模擬量輸入輸出與數字量處理任務
　　
模擬量輸入輸出任務屬于周期性執(zhí)行的任務。它包括幾個組成部分：模擬信號量的輸入，控制算法的運算，產生控制輸出。任務首先從物理通道讀取經過A/D轉換后的傳感器信號，對其進行平滑濾波、工程單位轉換和報警檢測后與控制給定值進行比較，其誤差經過內置的PID控制功能塊運算后，得到相應的控制量，此控制量經過工程單位轉換后直接送給D/A轉換輸出給現場執(zhí)行機構，控制其輸出，從而實現了現場化的閉環(huán)控制。
　　
數字量指的是變量的輸入或輸出值只能是0或者1這兩種狀態(tài)中的一種。與模擬量輸入輸出任務相同，數字量處理任務也屬于周期性執(zhí)行的任務，它負責讀取現場開關量狀態(tài)并完成對離散輸出的控制。相對來說讀取數字量輸入是比較簡單的任務，對數字量的基本操作，就是微處理器的相應的端口進行讀寫。比較復雜的是對于脈沖累計型的輸入信號和要求以預定義的一定頻率轉換輸出狀態(tài)的輸出信號，在嵌入式實時操作系統下可以通過設定任務的執(zhí)行間隔來得到簡化。
　　
3.3 Web Server守護任務
　　
服務器功能是通過WebServer守護任務來實現，它的服務是被動的，需要用戶對它進行訪問，然后響應用戶的請求。系統通過監(jiān)聽來自客戶機的連接請求，一旦監(jiān)聽到連接建立請求并建立連接后，接收來自客戶端的數據，并根據相應的命令返回所請求的頁面作為響應。任務實現的流程圖???圖3所示。

圖3 Web Server守護任務流程圖
　　
3.4 通訊任務
　　
網絡通信任務是基于C/S模式的，即客戶/服務器模式。現場設備作為服務方，它在等待客戶的請求，提供數據和信息，客戶方是控制方，它可以運行于工業(yè)現場的同等現場設備，也可以是遠程瀏覽器，客戶方提出請求，對應著雙方約定好的命令，現場設備在驗證命令后，開始根據不同的命令字發(fā)送相關數據或者修改本地參數變量。通訊任務主要完成兩方面的任務，一方面考慮到工業(yè)現場中，不同的控制節(jié)點之間有相互數據交換的需求，另一方面用于響應客戶端瀏覽器中嵌入的applet通過Socket連接向服務器請求實時數據的請求，二者的區(qū)別在于通過不同的通信端口向服務器請求數據。
　　
通訊任務主要通過Socket編程實現，現場設備控制器和現場設備之間的通信采用TCP協議，通信端口選擇1000；而瀏覽器內嵌的applet與服務器的通訊則選擇2000端口。應用于工業(yè)現場的程序應該是“健壯”的，然而在實際中，已經打開的TCPSocket連接隨時可能會中斷，原因是多方面的，可能是網絡問題引起的連接超時，或者是接收端發(fā)出了RST重置標識或放棄連接等等。因此在應用程序中設計了一個狀態(tài)機檢測機制，隨時檢測TCPSocket上的連接狀態(tài)，根據當前連接的不同狀態(tài)采取相應的處理方法，這樣就增強了程序的“健壯性”。程序中先后對兩個端口的Socket連接進行監(jiān)視并根據其不同狀態(tài)轉入不同條件下處理，由于對兩個端口的操作原理基本相同，區(qū)別在于Socket連接建立后，自定義的通信內容的不同所引起的服務器對其響應的不同。

3.5 電子郵件服務任務
　　
電子郵件服務通常情況下處于休眠狀態(tài)。當有報警發(fā)生，由監(jiān)控任務將其投入運行，一旦執(zhí)行完畢，自動刪除所在任務。通過電子郵件，系統可可以主動地發(fā)送信息。守護任務通常處于休眠狀態(tài)，只有當到達系統發(fā)送日志的時間或者系統異常時，由相應的任務啟動。在系統正常的情況下，定時向企業(yè)數據庫發(fā)送系統運行日志。當有系統異常發(fā)生時，守護任務通過Internet向系統管理和維護人員發(fā)送E-mail報警，通知其對系統進行維護。任務實現的流程圖如圖4所示。

圖4 電子郵件服務任務流程圖
　　
4 嵌入式Web Server中服務器與客戶端交互技術的實現
　　
嵌入式WebServer功能塊主要是通過CGI程序來獲取用戶的請求、查詢條件并利用應用程序為其提供后臺服務，結果使用HTML方式描述，并直接回送到客戶端的瀏覽器。CGI是Web服務器在調用外部程序時的接口規(guī)范協議，它規(guī)定了一套標準的參數格式和環(huán)境變量，擴展Web服務器的功能．使之能夠執(zhí)行一些Web服務器本身不能完成的任務，如與各類應用服務器通訊、訪問數據庫等。這里我們通過CGI和HTMLForm機制可以從瀏覽器中得到用戶組態(tài)和控制輸出等簡單操作的輸入信息。作為Web服務器外部進程運行的CGI程序與Web服務器之間的通訊屬于進程的通信，開銷大，速度低。當有多份并發(fā)的同樣請求時，必須為每個請求建立一個進程；若Web服務器將重復收到多個同樣的請求，必須不斷重復準備地址空間、建立運行進程、回收空間、撤銷進程的過程。因此與當前流行的ASP、JSP和PHP方式相比，CGI的方式的進程本質上效率不高。但是DynamicC只支持CGI接口，而且從工業(yè)控制的實際情況出發(fā)，在工業(yè)以太網內部對于現場設備的訪問與商用Web服務器不同，不會有太量請求同時并發(fā)執(zhí)行的情況，因此CGI完全可以滿足需要。
　　
工業(yè)控制經常需要以動態(tài)曲線形式顯示現場的各種數據，公共網關接口CGI雖然能夠提供客戶端瀏覽器與嵌入式Web服務器間的信息交換，但CGI只能為數據的傳輸提供通道、進行處理，而不具有繪制圖型的功能；而瀏覽器頁面描述語言HTML也由于其本身的局限性，只能提供靜態(tài)的畫面。為此瀏覽器端程序使用了JavaApplet技術，程序功能是定時向現場設備發(fā)送TCP連接請求，并利用所獲取的數據在瀏覽器網頁上繪制動態(tài)曲線，目的是在客戶端實現友好的交互式顯示模式并提供實時數據。
　　

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