高級應用程序的設計以控制算法為核心，多個任務為控制服務。系統內核定時將測得的數據通過回調函數傳遞給高級應用程序。高級應用程序為每個被測通道分配一個數據緩沖區，數據緩沖區是個含有10個無符號整型數的數組，GCC編譯器默認無符號整型數長度為16位。測量電路中ADC為10位模數轉換器，緩沖區中的每個單元的低10位存儲數值，最高位為1表示該數據無效或者已經被處理，為0表示該數據有效并等待處理，第10～14位表示數據編號，用以區分不同通道的數據。內核驅動程序把測量數據按格式準備好后，回調函數把數據傳送給高級應用程序。應用程序只要使用“與”、“或”操作就可以提取數據類型、實際數據等信息。

3.1 自定義設備驅動

設備驅動程序是操作系統和硬件設備之間的接口，它主要完成對設備初始化、實現內核和應用程序與設備之間的數據交換、檢測處理設備錯誤等功能。在μClinux操作系統使用設備文件的方式來進行設備管理應用，一個具體的物理設備被映射為一個設備文件，用戶程序可以像對其它文件一樣對此設備文件進行打開、關閉、數據讀寫等操作。

系統軟件設計中的驅動層部分，除了使用μClinux操作系統自帶的設備驅動程序以外，需要對外部設備編寫自定義的設備驅動程序，以滿足操作系統的要求。以字符設備為ADC為例，主要對其編寫自定義的驅動程序。使用結構體file_operations{}作為ADC字符設備的函數接口，內核通過這個函數接口來操作設備。自定義后的file_operations{}結構體如下：

編寫自定義的驅動程序完成后，內核調用相應的函數即對ADC設備文件進行open、ioctl等具體操作。

3.2 圖形用戶界面設計

圖形用戶界面（GUI）把圖形視窗引入到嵌入式平臺上，其友好的界面為大多數用戶所接受，也得到越來越廣泛的應用。本設計采用MicroWindows來實現圖形界面，以窗口形式顯示測量數據及其它參數。MicroWindows是一個較早出現的、開放源碼的嵌入式圖形用戶界面軟件，它提供了比較完整的圖形功能，支持多種外部設備輸入，具有占用空間小、可移植性好的優點。在μClinux操作系統上使用MicroWindows易于圖形程序的開發。

MicroWindows采用了層次化結構：在底層提供設備的驅動，在中間層通過一個可移植圖形引擎實現繪制多邊形、區域填充、使用顏色等，在頂層實現多種API以適應不同的應用環境。MicroWindows API之間采用消息傳遞的基本通信機制。消息被儲存在應用程序的消息隊列中，不同消息對應不同的事件，核心的API通過傳遞對應相應事件的消息來實現各種功能，如窗口的創建、繪制、移動等等。

在本設計中，編寫基于Microwindows的應用程序，基本結構為初始化、創建窗口與資源、進入消息循環三部分。主程序中相關部分如下所示：

在調用窗口創建函數CreateWindowEx()后，系統在內存中創建了一個虛擬的窗口，之后調用窗口顯示函數ShowWindow()就可將虛擬窗口顯示為可視窗口，成為Windows風格的視窗界面。在本設計中，主程序運行時不斷調用提取消息函數PeekMessage()，查看消息隊列是否收到任務信息，當有信息產生時，就執行對應的消息處理函數。同時，在消息循環里也反復調用鍵盤緩沖區查詢函數RxKeyvalue ()，查看是否有鍵盤輸入，以便隨時響應。

4 抗干擾措施

在本設計中，采用低溫漂的基準穩壓電源為前置放大電路供電，并且在每個元件的電源管腳處加去耦電容。元器件選用高精度、漂移小的精密運算放大器；選用高精度、低溫漂的精密電阻；信號線采用雙絞線或屏蔽線。印刷板布線時，盡量縮短前置放大電路的信號線，并確保了電路接地、屏蔽良好。

5 結語

本文創新點在于設計和實現了一種基于ARM的微伏信號在線監測系統，以差動放大方式消除外界對測量信號的干擾，利用S3C44B0X微處理器和μClinux操作系統實現液晶屏顯示數據、人機交互和故障自動報警功能，為實現微伏信號在線監測提供了一種體積小、功耗低、操作靈活的解決方案。本設計已投入使用，長時間工作穩定。

參考文獻：