通过利用Linux操作系统实现闸门智能监控系统的设计
闸门系统是水资源调度中重要的组成部分，国内目前多采用手动和部分电动的操作方式，真正实现闸门的智能控制还少有报道。文中采用的是基于linux 操作系统的嵌入式技术，实现水利工程闸门的集视频监控与水位、闸位、库容、流量等参数实时监控一体化的本地/ 远程自动监控。
linux 与嵌入式系统
嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应实际应用对功能、可靠性、成本、体积、功耗等要求严格的专用计算机系统。它面向特定应用，有较高的可靠性和较长的市场生命周期。由于嵌入式系统的功能越来越复杂，硬件条件越来越好，选择合适的嵌入式操作系统成为系统开发的关键问题。
目前嵌入式系统的开发方法主要有两种：一是依赖现有商业软件提供的开发平台和组件，如vxworks ，uc/os ，windows ce ，qnx等等，其技术成熟，功能强大，提供大量可用函数调用接口，大大缩短了产品的开发周期，但是价格不菲;二是基于自由软件linux 做开发，根据自己系统的需求进行定制，并且不必为获得使用许可而支付额外的费用，可大大降低开发成本。
linux 是一个以unix 核心为基础的、多任务多进程的嵌入式操作系统，支持广泛的计算机硬件。开发人员可以根据自己的需要对操作系统进行自行修改和定制，它有大量的开放的应用代码可以使用，并且linux 有可支持多达11 种操作平台的c ，c ++ ，object c 编译器gcc ，功能强大，执行效率高出一般编译器20 %～30 %。在基于linux 的嵌入式操作系统中，有许多改良品种迎合了嵌入式/ 实时市场，包括rtlinux（实时linux） 、μclinux（用于非mmu 内存管理单元处理器的linux） 、montavista linux（用于arm、mips、ppc 的linux 分发版） 、arm2linux（arm 上的linux） 等等。针对目前闸门智能监控系统对操作的实时性要求并不高的特点，我们在本次应用中选用linux2.4.22 内核基础上的red hat 9. 0 作为开发环境。
linux 定制内核配置
由于嵌入式系统的存储空间有限，因而要将linux 用于嵌入式系统就必须对其定制，即要对内核中不必要的模块诸如scsi、floppy 之类的外设支持模块等进行裁减。
（1） 清除设置环境make mrproper
（2） 设置配置 make config
（3） 编译内核及模块 make dep ;make clean ;make bzimage ;make modules
编译出的内核文件为/ usr/ src/ linux/ arch/ i386/ boot/ bzimage及/ usr/ src/ linux/ system. map
制作系统电子盘
在标准linux 环境下，将电子盘mount 到/ ramdisk 上，在电子盘上制作引导和启动。
（1） 修改lilo. conf 文件，系统直接从电子盘启动。
（2） 创建一个内核文件系统ext2 ：mke2f s - i 8192 - m 0/ dev/ ram 50 ，并在/ ramdisk 目录下，建立运行系统所必需的目录文件：bin dev etc lib mnt proc sbin tmp usr var ，以及各个目录下必要的文件，特别是应用程序所需要的库文件。
（3） 将内核文件放入ramdisk ： # dd if = bzimage of = / dev/ ram bs = 1k. 并加载根系统文件： # dd if = /tmp/ ram-image. gz of = / dev/ fd0 bs = 1k seek = 内核数据块数。其中ram-image. gzj 是压缩后的根系统文件，内核数据块数就是内核的大小。
快速启动及开机画面
由于该系统是基于rad hat 910 基础之上开发的，因此启动过程较长，从系统加电直至系统控制台显示“login ：”为止，需要三十多秒的时间。通过测试，内核启动时有大量的时间耗费在硬件初始化上。例如linux 一共要探测20 个ide 接口（包括主、从盘） ，通过修改linux 源代码中max-hwifs 的定义值，由10 改为1 ，以减少linux探测ide 接口的时间来缩短系统启动的时间。真正加快启动时间，则是通过改写rc. sysinit ，rc 等启动脚本，让系统只做必要的硬件模块的初始化工作及服务来达到目的。
快速启动时只需显示用户定义的界面，可将256 色640x480 象素的1pcx 或1tif 格式的图片数据替换linuxlogo.h 中原有的数据，并对driver/ video/ fbcon. c 源代码做少量修改，将宏定义logo- h 80 改为640 ，logo- w 80改为480 ，并修改相应的函数。
非正常关机
在系统使用过程中，为了方便用户使用，应该支持非正常关机，即在直接切断电源的情况下避免可能引发的问题。通常采用ext2 文件系统是非日志型文件系统，系统在重新启动时会耗费大量的时间来检查文件系统，有时甚至产生致命错误（fatal error） ，强迫用户手工使用命令fsck 检查文件系统。
而使用通用日志型文件ext3 系统，会通过日志记录来保证数据恢复的可靠性，系统在重新启动时不会要求检查文件系统，并且运行速度和稳定性等方面表现良好。升级原有的ext2 文件系统到ext3 ： tune2fs - j / dev/hda6 ，并在/ etc/ fstab 文件中将该分区的文件系统类型从ext2 更改为ext3 。由于使用了ext3 日志文件系统之后，不需要再经常进行文件系统的检查（fsck） ，因此有必要使用tune2fs - i 0 - c 0 / dev/ hda6 命令关闭文件系统检查，同时也达到了减少系统启动时间的目的。
闸门智能监控系统组成
系统结构与功能
闸门智能监控系统由中心控制室控制柜、现场闸门启闭机、前端视频监控点、现场水位、闸位监测点以及相关辅助设备构成，系统结构如图1 所示。监控系统以基于linux 的嵌入式系统为核心，实现功能为：
（1） 闸门的升、降、停等运行的智能控制，以及报警、紧急泄洪智能控制;
（2） 8 路数字mpeg24 压缩流媒体视频，通过视频图像对水情、闸门的状态及运行情况进行远程监视;
（3） 实时水情数据监测，自动测报水位流量和水量，为防洪和水量调度提供依据;
（4） 历史数据统计，生成相应过程线及报表。
硬件实现
中心控制室的控制柜要求有视频监控和数据曲线显示功能，采用crt 监视器，配合无源底板，半长cpu 板采用pci6870 ，cpu 使用intel 公司的piii celeron 1.2ghzmhz ，内存为256mb ，以太网接口为10mhz 的rtl-8139a ，四路视频采集卡为飞图dvs4816avc。cpu 板通过pc104 总线与采样模块和输出模块相连，电子盘采用64m flashdisk。
软件实现
系统的软件有两部分，即嵌入式操作系统和应用程序（结构如图2） 。基本的嵌入式操作系统包括：
（1） 引导程序bootloader （初始化处理器，初始化必需的设备，下载系统映像，初始化操作系统） ;
（2） 嵌入式linux 内核（包括内存管理、进程管理，进程间通信等，以及其他可配置的硬件驱动，tcp/ ip 网络堆栈） ;
（3） 根文件系统。
总结与展望
嵌入式linux 应用于闸门智能监控系统，对于降低成本，提高可靠性、稳定性，有着积极的意义。
在本系统中，采用的是ext3 文件系统，为了进一步提高系统的可靠性，今后还可使用专门针对flash 存储器设计的日志文件系统jffs 或jffs2。由于jffs2 采用新的存储方式，支持损耗平衡，具有断电保护功能，使文件崩溃后能够迅速恢复。因此jffs2 文件系统更适合于以flash 作为存储设备的嵌入式系统。
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目前嵌入式系统的开发方法主要有两种：一是依赖现有商业软件提供的开发平台和组件，如vxworks ，uc/os ，windows ce ，qnx等等，其技术成熟，功能强大，提供大量可用函数调用接口，大大缩短了产品的开发周期，但是价格不菲;二是基于自由软件linux 做开发，根据自己系统的需求进行定制，并且不必为获得使用许可而支付额外的费用，可大大降低开发成本。
linux 是一个以unix 核心为基础的、多任务多进程的嵌入式操作系统，支持广泛的计算机硬件。开发人员可以根据自己的需要对操作系统进行自行修改和定制，它有大量的开放的应用代码可以使用，并且linux 有可支持多达11 种操作平台的c ，c ++ ，object c 编译器gcc ，功能强大，执行效率高出一般编译器20 %～30 %。在基于linux 的嵌入式操作系统中，有许多改良品种迎合了嵌入式/ 实时市场，包括rtlinux（实时linux） 、μclinux（用于非mmu 内存管理单元处理器的linux） 、montavista linux（用于arm、mips、ppc 的linux 分发版） 、arm2linux（arm 上的linux） 等等。针对目前闸门智能监控系统对操作的实时性要求并不高的特点，我们在本次应用中选用linux2.4.22 内核基础上的red hat 9. 0 作为开发环境。
linux 定制内核配置
由于嵌入式系统的存储空间有限，因而要将linux 用于嵌入式系统就必须对其定制，即要对内核中不必要的模块诸如scsi、floppy 之类的外设支持模块等进行裁减。
（1） 清除设置环境make mrproper
（2） 设置配置 make config
（3） 编译内核及模块 make dep ;make clean ;make bzimage ;make modules
编译出的内核文件为/ usr/ src/ linux/ arch/ i386/ boot/ bzimage及/ usr/ src/ linux/ system. map
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在标准linux 环境下，将电子盘mount 到/ ramdisk 上，在电子盘上制作引导和启动。
（1） 修改lilo. conf 文件，系统直接从电子盘启动。
（2） 创建一个内核文件系统ext2 ：mke2f s - i 8192 - m 0/ dev/ ram 50 ，并在/ ramdisk 目录下，建立运行系统所必需的目录文件：bin dev etc lib mnt proc sbin tmp usr var ，以及各个目录下必要的文件，特别是应用程序所需要的库文件。
（3） 将内核文件放入ramdisk ： # dd if = bzimage of = / dev/ ram bs = 1k. 并加载根系统文件： # dd if = /tmp/ ram-image. gz of = / dev/ fd0 bs = 1k seek = 内核数据块数。其中ram-image. gzj 是压缩后的根系统文件，内核数据块数就是内核的大小。
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（2） 嵌入式linux 内核（包括内存管理、进程管理，进程间通信等，以及其他可配置的硬件驱动，tcp/ ip 网络堆栈） ;
（3） 根文件系统。
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