基于嵌入式以太网的机房远程监控系统

摘要

机房远程监控系统是机房监管的重要方式之一，能让本地PC机通过互联网，对远端机房的环境和设备进行监视和控制。目前，机房远程监控系统大多以PC机为处理核心，通过工业总线指示监控终端执行相关操作，存在能耗大、硬件成本高等问题。而且，嵌入式以太网技术已在工控领域成熟应用，为研发嵌入式以太网机房监控系统提供新的契机。苏大嵌入式实验室受飞思卡尔公司所托，对基于 Cortex-M4内核的K60芯片的应用进行深入的研究。鉴于上述因素，本文提出了一种基于K60以太网，具备环境采集、图像采集、异常告警、自动化控制等功能的机房远程监控系统设计方案。
　　深入研究 K60的工作机制，并分析机房监控系统的功能需求，依据嵌入式硬件构件开发思想，设计出既满足实际功能需求又预留可扩展性接口的硬件系统电路。针对机房的环境特性，完成AD采集电路、图像采集电路、GSM电路、SDHC电路和以太网电路等模块的电气隔离和抗电磁干扰设计。
　　本文按照软件工程结构化设计理念，将软件体系分为面向硬件的驱动程序、负责通信功能的TCP/IP协议栈和具有人机交互功能的Web服务器程序三层。按照软件构件化的开发思想，完成了各功能模块的构件化设计，提高了程序的可重用性和可维护性。针对数据在TCP/IP协议栈传输占用CPU的问题，本系统使用了“零拷贝”技术，实现了数据在各层传输零复制；为了节约硬件资源，根据实际需求对协议栈进行精简设计；重点叙述了Web服务器的编程要点，编写了CGI程序，完成嵌入式动态网页设计，解决无操作系统下实现人机交互的难题。
　　本系统在实验室局域网内布置试运行，基本实现机房的环境采集、图像监控和异常告警功能。实验结果表明，系统具有良好的稳定性，进过必要测试验证后，可应用机房监控领域。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 监控系统发展与现状

1.3 课题意义

1.4 毕业设计工作及论文结构

第二章 系统整体设计及相关依据

2.1系统设计的方法和关键技术

2.2 系统设计原则

2.3 总体框架设计

2.4 硬件框架设计

2.5 软件框架设计

2.6 本章小结

第三章 系统硬件构件设计

3.1 硬件模块总体设计

3.2 MCU选型及引脚分配

3.3 K60核心板设计与实现

3.4 K60扩展板设计与实现

3.5 性能评估与测试

3.6 本章小结

第四章 硬件驱动程序及TCP/IP协议栈设计

4.1软件体系功能划分

4.2 主程序与中断设计

4.3 硬件驱动程序设计

4.4 网络通信模块模块

4.5 本章小结

第五章 嵌入式web服务器程序设计

5.1嵌入式web服务器架构模型

5.2 嵌入式web服务器设计

5.3人机交互页面设计

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

参考文献

公开发表的论文及研究成果

附录A1 K60最小系统原理图

附录A2 以太网模块原理图

附录B 监控系统实物图

附录C 工程文件列表

致谢