【正文】 31 宿主機(jī)和目標(biāo)板連接示意圖另外，還需在宿主機(jī)上配置NFS服務(wù)TFTP服務(wù)：(1) NFS服務(wù)的配置： 首先必須關(guān)閉Linux系統(tǒng)的防火墻，然后在REDHAT LINUX PC機(jī)上shell提示符[root….]中執(zhí)行setup，彈出菜單界面后, 選中System services，回車進(jìn)入系統(tǒng)服務(wù)選項菜單，在其中選中 [*]nfs ，然后退出setup界面返回到命令提示符下，執(zhí)行vim /etc/exports ，將這個默認(rèn)的空文件修改為只有如下一行內(nèi)容： / (rw) //即根目錄可讀寫，/和(rw)之間要留空格 然后保存退出（:wq），再執(zhí)行/etc/。GNU交叉編譯器選擇的是armv4lunknownlinuxgcc。宿主機(jī)和目標(biāo)板的處理器一般都不相同，宿主機(jī)為Intel 或AMD處理器， 而目標(biāo)板處理器為S3C2410，GNU 編譯器提供這樣的功能，在編譯編譯器時可以選擇開發(fā)所需的宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)從而建立開發(fā)環(huán)境。 開發(fā)時使用宿主機(jī)上的交叉編譯、匯編及連接工具形成能在目標(biāo)板上執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，然后把可執(zhí)行文件下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行[37]。通常的嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用一種交叉編譯調(diào)試的方式。 嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)模式絕大多數(shù)的Linux 軟件開發(fā)都是以native 方式進(jìn)行的，即本機(jī)開發(fā)、調(diào)試，本機(jī)運(yùn)行的方式。采用嵌入式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件平臺，大大降低了系統(tǒng)的總體成本，符合移動機(jī)器人的小型化、群體化的發(fā)展趨勢。嵌入式Linux系統(tǒng)支持各種標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，能為服務(wù)器提供完備的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第3章 機(jī)器人控制系統(tǒng)平臺構(gòu)建隨著嵌入式處理器不斷發(fā)展，以及嵌入式軟件的不斷進(jìn)步，嵌入式設(shè)備的計算能力和功能得到了極大的提升。 本章小結(jié)本章首先介紹了幾種常見的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制架構(gòu)；然后針對機(jī)器人小型化和群體化的發(fā)展趨勢，設(shè)計了一個基于嵌入式Linux的移動機(jī)器人運(yùn)程控制系統(tǒng)架構(gòu)，并對架構(gòu)中的各個部分的設(shè)計思想進(jìn)行了分析。該模塊采用的是Crossbow公司的MicaZ無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，集成了Zigbee協(xié)議，從而為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動機(jī)器人的協(xié)作性研究提供了可能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能對環(huán)境進(jìn)行大范圍的、連續(xù)的監(jiān)測，可以彌補(bǔ)機(jī)器人感知能力的不足。運(yùn)動控制與內(nèi)部傳感單元與主控制板通過串口連接，并使用自定義的一套命令接口進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)底層硬件操作的封裝。這款芯片接口豐富，性價比高，非常適合小型機(jī)器人底層控制的要求。由于其較高的性價比，在智能儀表，醫(yī)療設(shè)備，保安系統(tǒng)等領(lǐng)域已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用。PIC系列單片機(jī)是由Microchip公司開發(fā)的微控制器，其突出的特點(diǎn)是低功耗，非常適用于各種低功率要求的應(yīng)用。USB HOST1USB HOST2JTAG以太網(wǎng)口電 源串口2串口1串口0FLASHSDRAMS3C2410主控制芯片圖25 主控制板硬件框圖 運(yùn)動控制與內(nèi)部傳感單元系統(tǒng)將機(jī)器人的運(yùn)動控制與一內(nèi)部傳感器信息采集集成在一塊控制板中。主控制板硬件框圖如圖25所示。在處理器豐富資源的基礎(chǔ)上，本平臺還為其配置了兩片16M 16 位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM 構(gòu)成，拼成32位模式，共用nGCS6，共64M RAM，起始地址為0x30000000；一片8M 16 位數(shù)據(jù)寬度的INTEL E28F128 FLASH，安裝在BANK0，起始地址為0x00；通過以太網(wǎng)控制器芯片DM9000E擴(kuò)展了一個網(wǎng)口；一個方便調(diào)試的JTAG 接口；一個LCD接口和一個觸摸屏接口。S3C2410處理器集成的外圍器件主要有外部存儲控制器(SDRAM控制和片選邏輯)、 LCD控制器(最大支持4K色STN和256K色TFT)、3通道UART和兩通道SPI、2個USB主機(jī)端口和1個USB設(shè)備端口() 、117個通用I/O口和24通道外部中斷源、觸摸屏接口等。ARM920T處理器核實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存管理功能（MMU），AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。USBUSBFLASHSDRAMS3C2410微處理器主控制板無線傳感網(wǎng)絡(luò)接入模塊RS232運(yùn)動控制與內(nèi)部傳感模塊RS232無線網(wǎng)卡攝像頭圖24 系統(tǒng)硬件框圖 主控制板為支持嵌入式Linux的運(yùn)行，機(jī)器人主控制板采用了Samsung 公司的微處理器S3C2410。 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計系統(tǒng)硬件平臺主要由五部分組成，即主控制模塊、USB無線網(wǎng)卡、USB攝像頭、運(yùn)動控制與內(nèi)部傳感單元和無線傳感網(wǎng)絡(luò)接入模塊，系統(tǒng)硬件框圖如圖24所示。 客戶端客戶端，即用戶的操作平臺，可以由一臺聯(lián)網(wǎng)的PC機(jī)，或任何具備上網(wǎng)功能的PDA、智能手機(jī)等嵌入式終端來實(shí)現(xiàn)。同時提供這兩種服務(wù)，融合了C/S模式的高度靈活性和B/S模式的簡單、便捷性。機(jī)器人服務(wù)器構(gòu)建在機(jī)器人控制系統(tǒng)平臺之上，由兩部分組成，即機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器和Web監(jiān)控服務(wù)器。另外，系統(tǒng)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)接入模塊與布置在環(huán)境中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)相連，極大拓展了機(jī)器人對環(huán)境的感知能力，并為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動機(jī)器人的協(xié)作性研究提供了可能。為適應(yīng)小型移動機(jī)器人的要求，系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)過程中，將內(nèi)部傳感器信息的采集和機(jī)器人運(yùn)動控制合成在一塊控制板上，這樣不斷可以滿足一般的運(yùn)動控制和傳感信息采集，還可以將一些簡單的行為控制（如轉(zhuǎn)向、尋光等）放到該塊控制板上完成，提高了機(jī)器人控制的效率，以及靈活性。 機(jī)器人運(yùn)動控制與傳感信息采集機(jī)器人運(yùn)動控制與傳感信息采集主要完成對移動機(jī)器人驅(qū)動電機(jī)的控制、圖像信息采集，以及內(nèi)部傳感器（指機(jī)器人自身攜帶的各式傳感器，如超聲波傳感器、電子羅盤和光敏傳感器等）信息的獲取。另外，機(jī)器人控制系統(tǒng)平臺同機(jī)器人運(yùn)動控制與內(nèi)部傳感單元、無線傳感網(wǎng)絡(luò)接入單元通過RS232接口連接。嵌入式Linux系統(tǒng)支持各種標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，能為服務(wù)器提供完備的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 機(jī)器人控制系統(tǒng)平臺隨著嵌入式處理器不斷發(fā)展，以及嵌入式軟件的不斷進(jìn)步，嵌入式設(shè)備的計算能力和功能得到了極大的提升。多個機(jī)器人間則也可通過網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)信息共享。系統(tǒng)從體系結(jié)構(gòu)上可以分為四大部分，如圖23所示，即機(jī)器人控制系統(tǒng)平臺、機(jī)器人服務(wù)器、機(jī)器人運(yùn)動控制與傳感信息采集、客戶端。嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，使得我們可以將嵌入式系統(tǒng)引入到移動機(jī)器人中，從而以較低的成本實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制。隨著集成電路技術(shù)和軟件業(yè)的飛速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)直接接入Internet 已經(jīng)變?yōu)榭赡?。網(wǎng)絡(luò)攝像頭圖像服務(wù)器本地PCInternet遠(yuǎn)端用戶HTTP服務(wù)器無線通訊Pioneer 2移動機(jī)器人圖22 基于B/S模式的多機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如上文所述，現(xiàn)有移動機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用專門的工控PC機(jī)作為機(jī)器人的控制服務(wù)器，并與機(jī)器人本體分離。機(jī)器人服務(wù)器控制對象為多臺Activmedia Pioneer 2 型移動機(jī)器人，服務(wù)器與機(jī)器人間通過無線局域網(wǎng)進(jìn)行通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖22：第一層是瀏覽器，用戶通過瀏覽器登錄系統(tǒng)、注冊、控制機(jī)器人、進(jìn)入論壇參與討論等；第二層是超文本傳輸協(xié)議服務(wù)器(HTTP) 服務(wù)器，負(fù)責(zé)接受瀏覽器發(fā)送的HTTP 請求( Get 或Post)，進(jìn)行事務(wù)處理(與機(jī)器人本地控制系統(tǒng)通信傳送命令、連接數(shù)據(jù)庫、維持用戶隊列并管理控制權(quán)限、連接圖像源以及利用端口映射工具將流媒體文件導(dǎo)入頁面內(nèi)嵌的播放器)，返回相應(yīng)的HTML 頁面給瀏覽器；第三層是數(shù)據(jù)源，包括數(shù)據(jù)庫、視頻服務(wù)器、攝像頭以及本地機(jī)器人控制系統(tǒng)。這種兩層服務(wù)器結(jié)構(gòu)可以很好地分離網(wǎng)絡(luò)信息處理部分和機(jī)器人硬件控制部分，提高了系統(tǒng)的安全性和靈活性。Telerobot 的Internet 服務(wù)器由三部分組成：Web 服務(wù)程序、用戶數(shù)據(jù)庫和Winsock 通訊程序，是一臺擁有靜態(tài)IP 地址的服務(wù)器；它在Windows NT4. 0 下運(yùn)行Apache 3. 12 HTTP 服務(wù)程序。（1） Telerobot[32]Telerobot 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖21 所示，采用Internet 服務(wù)器和機(jī)器人服務(wù)器組成的兩層服務(wù)器結(jié)構(gòu)把一臺PUMA562 機(jī)器人聯(lián)接到Internet 上，任何使用者都可以通過Web 瀏覽器進(jìn)行物體的抓取和搬運(yùn)。B/S模式可以做到與計算機(jī)軟硬件平臺的無關(guān)性和用戶界面的統(tǒng)一，另外升級、維護(hù)都集中在服務(wù)器端，這樣升級方便，成本低廉，確保了應(yīng)用程序開發(fā)的高品質(zhì)與低風(fēng)險。B/S模式簡化了客戶端軟件，只需要安裝上瀏覽器作為客戶端應(yīng)用的運(yùn)作平臺，而將所有的開發(fā)、維護(hù)和升級工作集中在服務(wù)器端。在C/S模式中，客戶端需要操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、客戶機(jī)軟件和應(yīng)用軟件等幾層軟件，而在服務(wù)器端只有單純的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。C/S模式是松散耦合結(jié)構(gòu)。在這一章節(jié)中，對全文作了總結(jié)，并指出自己所作的工作和創(chuàng)新點(diǎn)，以及系統(tǒng)需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方。主要包括機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)、嵌入式Web服務(wù)器及CGI控制程序、基于網(wǎng)頁的傳感信息與圖像信息的發(fā)布等。主要包括機(jī)器人運(yùn)動控制的實(shí)現(xiàn)、內(nèi)部傳感器信息的獲取、攝像頭圖像采集，以及同上位機(jī)的通訊接口設(shè)計等。主要包括嵌入式Linux系統(tǒng)的移植、USB無線網(wǎng)卡與USB攝像頭驅(qū)動的開發(fā)等。主要包括系統(tǒng)的規(guī)劃、平臺的搭建、硬件的選型及設(shè)計等。論文的主要研究內(nèi)容如下： (1) 怎樣構(gòu)建一個基于嵌入式系統(tǒng)的、開放的、可擴(kuò)展的機(jī)器人控制系統(tǒng)平臺；(2) 如何實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的運(yùn)動控制與傳感器信息的采集，以及底層硬件對上層控制器的封裝；(3) 如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與Internet的通訊，以及通訊接口的標(biāo)準(zhǔn)化；(4) 怎樣實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要研究如何將移動機(jī)器人與Internet結(jié)合，構(gòu)建一個易于移植、可擴(kuò)展、開放的、可重構(gòu)的系統(tǒng)控制框架。在分析其資源結(jié)構(gòu)、動態(tài)特性和控制需求的基礎(chǔ)上，從資源管理、通信和控制角度研究機(jī)器人的可動態(tài)重構(gòu)框架，提出基于組件的開發(fā)模式。 課題來源與主要研究內(nèi)容本課題來源于國家自然科學(xué)基金項目：傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下移動機(jī)器人動態(tài)特征與可重構(gòu)控制框架（60475031），和湖北省青年杰出人才基金項目：自治體系統(tǒng)的分布式智能傳感、控制與協(xié)作（2005ABB021）。一般開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)的程序調(diào)試和跟蹤都是使用仿真器來實(shí)現(xiàn)的，而使用Linux系統(tǒng)做原型的時候，可以饒過這個障礙，直接使用內(nèi)核調(diào)試器來做操作系統(tǒng)的內(nèi)核調(diào)試和查錯。移植到新微處理器ARM家族的Linux內(nèi)核運(yùn)行起來也非常穩(wěn)定。這就是這一網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的關(guān)鍵特性，Linux誕生于因特網(wǎng)并具有UNIX的特性，這就保證了它支持所有標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)協(xié)議，并且可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開發(fā)成為嵌入式的TCP/IP協(xié)議棧。（3）完善的網(wǎng)絡(luò)支持功能可以說Linux是網(wǎng)絡(luò)的代名詞。Linux下有同樣遵循GPL規(guī)定的C，C++，Java等一系列的軟件工具開發(fā)包，從功能角度上看并不亞于商用開發(fā)包，同時可以極大的降低開發(fā)成本。且商業(yè)操作系統(tǒng)下建立一個開發(fā)工具鏈，除了要為操作系統(tǒng)本身付費(fèi)之外，還要為組成工具鏈的應(yīng)用軟件工具包支付大量的使用費(fèi)用。其強(qiáng)大的語言編譯器gcc、g++等也可以很容易得到，不但成熟完善，而且使用方便。Linux 帶有Unix 用戶熟悉的完善的開發(fā)工具，幾乎所有的Unix 系統(tǒng)的應(yīng)用軟件都已移植到了Linux 上。支持廣泛的計算機(jī)硬件，包括MOTOROLA、X8Alpha、Sparc、MIPS、PPC、ARM、NEC 等現(xiàn)有的大部分芯片[31]。國內(nèi)也有不少的單位在Linux方面做了卓有成效的工作，如中科紅旗、拓林思等。5. Linux[30]Linux是一種提供源代碼、開放式自由軟件，具有嵌入式操作系統(tǒng)的很多特色，突出的優(yōu)點(diǎn)是適用于多種CPU和多種硬件平臺，性能穩(wěn)定，裁剪性好，開發(fā)和使用都很容易。它有開放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口，開發(fā)商可以根據(jù)需要自行開發(fā)所需應(yīng)用程序。但嵌入式操作系統(tǒng)追求高效、節(jié)省，而WinCE在這方面是笨拙的，它占用的內(nèi)存過大，應(yīng)用程序也很龐大。3. WinCEWinCE是Microsoft公司推出的嵌入式操作系統(tǒng)，支持眾多的硬件平臺，其最主要的特點(diǎn)是擁有與桌面型Windows系列一致的程序開發(fā)界面。它能為任何一個Unix平臺上的應(yīng)用，提供源代碼級水平的兼容性。VxWorks的內(nèi)核只占用很小的存儲空間，并可高度裁剪，從而保證了系統(tǒng)能以較高的效率運(yùn)行。VxWorks是專門為實(shí)時嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的操作系統(tǒng)內(nèi)核，為程序員提供了高效的實(shí)時多任務(wù)調(diào)度、中斷管理以及實(shí)時的任務(wù)間通信機(jī)制。這已逐漸成為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個發(fā)展方向。 幾種典型的嵌入式操作系統(tǒng)隨著微處理器的產(chǎn)生，價格低廉、結(jié)構(gòu)小巧的CPU 和外設(shè)連接提供了穩(wěn)定可靠的硬件架構(gòu)，那么限制嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸就突出表現(xiàn)在了軟件方面。Box）、高清電視（HDTV）、游戲機(jī)、智能玩具、交換機(jī)、路由器、數(shù)控設(shè)備或儀表、汽車電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等等，都是典型的嵌入式系統(tǒng)。Player、數(shù)字相機(jī)（DC）、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)（DV）、UDisk、機(jī)頂盒（Set目前，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的研制和應(yīng)用已經(jīng)成為我國信息化帶動工業(yè)化、工業(yè)化促進(jìn)信息化發(fā)展的新的國民經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。 嵌入式技術(shù)的發(fā)展近幾年，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品漸漸完善，并在全世界各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)在基于網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制技術(shù)領(lǐng)域的研究目前也有了長足的進(jìn)步。控制程序提供了各類表單來實(shí)例化給用戶的反饋信息比如用戶機(jī)器人的操作記錄，當(dāng)前目標(biāo)以及當(dāng)前動作，也具備了低寬帶通信下更新機(jī)器人的控制狀態(tài)的能力。該項目設(shè)計了三個WEB接口用于控制向?qū)C(jī)器人以及它和人群的互動。并且通過JAVA APPLET實(shí)時迅速的顯示地圖和位置信息。目前Xavier的計算能力已經(jīng)翻番，并且具有標(biāo)準(zhǔn)的低寬帶機(jī)制，JAVA和視頻技術(shù)以及各種相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議也在系統(tǒng)中得到了廣