基于ARM处理器和Linux操作系统的电磁流量计设计方案

　　0 引 言

　　电磁流量计是一种测量导电介质体积流量的计量仪表，具有测量精度高、稳定性好、可靠性高等特点。电磁流量计除可测量一般导电液体的流量外，还可测量液固两相液体、高粘度液体及盐类、强酸、强碱液体的体积流量，可广泛应用于水泥、化工、轻纺、冶金、矿山、造纸、医药、给排水、食品饮料、环保等工业技术部门，其产品的性能、质量和可靠性对上述企业的经济效益有着重要的影响。

　　传统电磁流量计一般采用8 位或16 位的单片机,由于单片机性能较弱和外围接口少，无法完成复杂算法或者多项并行任务; 在显示方式上一般采用LED 或段式LCD，只能显示数字、字母、汉字和一些粗糙的图案;在数据存储方面一般采用小容量的EPROM 存储器,流量数据存储一般以二进制方式存储，不具有通用性;在通信方式上，一般采用RS 232 或RS 485，其开放性不高，组网距离短。为了提高性能和功能，有些电磁流量计甚至采用了多个单片机协同工作的方式，增加了电磁流量计设计与实现的复杂度。因此有必要采用高性能的32 位处理器来设计电磁流量计。

　　基于32 位ARM 处理器和嵌入式Linux 操作系统构建嵌入式系统开发平台，并将其应用于电磁流量计的设计和开发中，将有利于提高高端电磁流量计产品的质量，更好地满足用户需求，而且对我国电磁流量计检测技术水平的发展也具有重要的现实意义。由于嵌入式系统的设计与开发的复杂性和高难度，本文所构建的高性能32 位嵌入式系统开发平台，也可推广应用于其他高端仪器仪表的设计中，缩短新产品的设计开发周期,增强企业对客户需求的响应能力和产品的更新换代能力。

　　1 总体设计

　　1. 1 ARM 处理器的选择

　　结合电磁流量计的应用背景，选择32 位的嵌入式ARM 处理器。根据ARM 处理器的应用选型，并考虑到ARM 处理器价格、性能、集成度和功能、设计支持及开发工具的支持等因素，以及应用中对于以太网和USB 接口功能的要求，选择了Atmel 公司的AT91RM9200 工业级芯片。

　　1. 2 嵌入式操作系统的选择

　　对于一种嵌入式操作系统通常有这样一些*估选择标准：实用性、需要消耗的资源数( 包括SDRAM,FLASH MEMORY 等) 、支持软件的丰富程度、可靠性以及其执行性能等。Linux 已经被移植到了很多平台,包括ARM，MIPS，SH3，Alpha，X86，Pow erPC 等，由成千上万的爱好者开发的应用软件、协议栈以及丰富的设备驱动程序; 更重要的是这些驱动很多都以OpenSour ce 的形式发布出来，使得大家都从中受益。

　　1. 3 总体设计框架

　　通过对电磁流量计的方案选择，并综合国内外电磁流量仪表产品的智能化、集成化、网络化的发展趋势，系统总体结构如图1 所示。系统主要由硬件子系统和软件子系统组成。

　　图1 系统总体框架

　　电磁流量计的硬件子系统主要由电源模块、信号输入模块、CPU 核心模块、励磁输出模块、人机交互模块、通信接口模块和调试接口模块组成。各模块的功能描述如下：

　　电源模块：为整个硬件子系统提供稳定可靠的电源。

　　CPU 核心模块：由ARM 处理器、SDRAM,FLASH 以及辅助电路构成最小系统，同时也是运行嵌入式Linux 的基本硬件平台。

　　信号输入模块：将传感器输出的小电压或电流信号进行放大、滤波以及转换为数字量，以便进行软件处理。

　　励磁输出模块：通过D/ A 转换器输出低频三值矩形方波，并通过功率放大输出给传感器。

　　人机交互模块：由键盘接口和TFT 液晶显示接口组成，通过键盘和菜单界面进行系统参数设定，并由液晶屏实时显示瞬时流量、累积流量和流量曲线等。

　　通信接口模块：包括以太网接口、U SB 接口以及RS 232 接口，完成数据通讯和流量传输功能。

　　调试接口模块：由JT AG 调试接口和DBCOM 调试串口组成。

　　软件子系统由引导加载程序( Boot Loader) 、嵌入式Linux 操作系统和应用软件组成。嵌入式Linux 的启动需要引导加载程序来辅助完成，Linux、内核主要由进程管理、内存管理、文件系统管理、设备控制及网络协议等几个部分，为应用软件提供了运行环境。图中的硬件设备控制提供了硬件平台中相关的设备驱动程序,实现了操作系统与硬件之间的信息交互和控制，而系统函数调用为Linux 内核和应用软件之间的信息交互提供了接口。