1 　引 言
    船舶自动化产业已成为当今世界主要海洋强国的支柱产业之一。国外自20 世纪70 年代起,由于海洋事业和国际贸易迅速发展需要,在船舶自动化技术及新设备研制方面出现了蓬勃发展形势, 通过几十年的持续发展,奠定了坚实的基础,当今世界在船舶自动化方面正在进行着根本性的变革,船舶自动化的理想已成为现实。同时也对远程终端的硬件执行能力,整个系统的抗干扰性提出了很高的要求。在上述的背景下,本文作者对船舶的系泊监测装置进行了大胆的创新。

2 　系统概述
    整个系统主要由控制中心,采集模块和CAN 总线3 部分组成,如图1 所示。

    控制中心采用高端的32 位嵌入式CAN 总线,RISC 作为管理CPU ,以CF 卡作为数据存储空间。同时移植了Windows CE 的嵌入式操作系统,增强了应用系统的交互能力和可裁剪性。采集模块是对应各种需要采集量安装的传感器。最后嵌入式系统设计了基于CAN 总线的传输方式,实现了面向对象的交互机制和远程数据传送[1 ] 。

3 　系统架构
    该装置的系统架构以软件控制管理系统和硬件设备控制系统为核心,如图2 所示。

3. 1 　硬件系统
    硬件系统包括3 个部分:硬件控制设备系统(控制电路板) 和所有的硬件设备(输入,输出设备,存储设备等) ,核心是控制电路板。设计的电路板必须带有J TA G仿真调试接口,从而达到整个系统的在线编程和调试。硬件结构上主控单元是SAMSUN G公司的S3C2410 。 [nextpage]

3. 2 　软件系统[3 ]
    选用Windows CE. net 4. 2 作为嵌入式操作系统,其定制裁减平台采用Microsof t 公司的WindowsCE Platform Builder . NET4. 2 (CEPB) ,软件开发采用eVC4. 0 。系统将采集的数据分析整理,然后存储到CF 卡中。

    Windows CE 操作系统是基于组件模型的,它由一些基本的操作系统函数和可选函数组成。基本函数适合每一个使用Windows CE 的硬件,而可选函数则可以依据硬件条件进行选择。Platform Builder 不仅可以用来定制操作系统,亦可以为所定制的操作系统开发驱动程序。

    系统主要涉及800 ×600 彩色显示器和CF 卡驱动程序的开发。

    显示器驱动程序的结构如图3 所示。驱动程序各部分分别为:

Application :用户应用程序;
Coredll. dll :将客户请求转化为标准的请求;
Gwes. exe : The Graphics , Windowing and Events Subsystem(GWES)负责图形输出和用户交互操作;
Ddi. dll (显示设备驱动程序默认名) :这个函数只导出一个函数DisplayInit ,通过这个函数返回其他函数的指针来进行操作, GWES 通过指针来调用具体的函数。

    Application 和GDI 层是逻辑层,可以直接利用Windows CE 提供的模块,要解决的是Display driver驱动层。Windows CE 所有的显示设备驱动程序必须实现一组DDI 函数, GDI 调用这组函数初始化显示设备驱动程序和将图形输出到显示设备上。DDI函数数量较多,实现比较复杂,采用基本图形引擎( GPE) 类来开发显示设备驱动程序, GPE 类要求所用显示设备的硬件必须有一个连续的帧缓冲区,所使用的显示接口和S3C2410 内部的LCD 控制器接口兼容,满足Windows CE 对显示设备的要求。

    由于Windows CE 的BSP 中没有提供CF 卡的驱动。在此使用Windows CE 提供的流设备驱动接口实现CF 卡与系统的整合。若要实现CF 卡与系统的整合,首先编写CF 卡的驱动程序,然后在系统注册表的“HKEY_LOCAL_MACHINE/ Drivers/ Built In”目录下增加一个主键,系统启动时会自动加载这个驱动程序。[nextpage]

4 　采集模块CAN总线的实现
    系统中的采集模块共分为5 个,分别是:潮位,波浪观测;船舶运动姿态观测;船舶移动量观测;缆绳拉力观测;护弦变形观测。每个模块接各自的传感器采集数据,然后将采集的数据经A/ D 转换后通过CAN总线送入嵌入式设备. 系统中采用飞利浦公司的SJ 1000 作为CAN 总线控制器,并采用TJA1040 作为CAN 总线收发器,整个系统的硬件电路连接如图4 所示[4 ] 。

     采集模块为了保证CAN 总线上通讯的实时性,CAN 通讯采用中断方式,其通信流程如图5 所示。

5 　结　　论
    以S3C2410 为核心的嵌入式硬件系统,定制并移植Windows CE 作为操作系统的系统平台,CAN 总线方式实现通信,实现了船舶系泊监测的自动化,而且为用户提供了一个友好的界面,操作方便,大大减少了工作人员的工作强度。总之整个系统积控制、测量、通信等自动化功能于一身,满足了船舶自动化的要求,有广泛的应用前景和价值。