实验物理和工业控制系统在Linux平台上的实现

第37卷 第4期 2003年7月 原 子 能 科 学 技 术 Atomic Energy Science and Technology Vo1．37，NO．4 July 2003 实验物理和工业控制系统 在 Linux平台上的实现 许世富，赵籍九 (中国科学 院 高能物理研究所，北京 100039) 摘要 ：介绍了在 Linux平 台上实验物理和工业控制系统(EPICS)的系统结构及系统实现 ，这一实现为北 京正负电子对撞机控制 系统的改进提供 了一种可供选择的操 作系统平 台，也为 EPICS在其它领域的应 用提供了一种新的思路。 关键词 ：数据采集与监控；实验物理和工业控制系统 ；Linux 中图分类号：TL503．6；TP316．89 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—6931(2003)04—0358—03 Im plem entation of and Industrial Control Experim ental Physics System on Linux Platform XU Shi—fu，ZHAO ji—jiu (Institute of High Energy Physics，Chinese Academy of Sciences， P．O．Box 918—10，Beijing 100039，China) Abstract：The paper describes the system structure and implementation of experimental physics and industrial control system (EPICS)on Linux platform．The im plementation provides an alternative operating system for the upgrade of Beijing electron positron eollider control system． It also provides a new thought for using the EPICS in control system s of other fields． Key words：supervisory control and data acquisition；experimental physics and industrial control system ；Linux 目前，工业和加速器控制系统已普遍采用 数据采集与监控组态软件产品来开发。它既可 减少工作量 、缩短开发周期，开发出的产品又是 开放性的标准化系统，延长了软件的生存周期 ， 提高了软件的可维护性[1]。 为适应大型加速器控制 系统的需要 ，美国 洛斯阿拉莫斯国家实验室和阿贡国家实验室联 合开发了控制 系统开发软件包 EPICS，它是一 种非商业的数据采集与监控产品 ，目前 已被 50 余家高能物理实验设施和相关控制系统采用。 在对商业数据采集与监控产品和 EPICS进行 调研和评估后 ，北京正负电子对撞机控制系统 的改进项 目准备采用 EPICS软件包 。 收稿 日期 ：2002—03—25；修回日期 ：2002—12—12 作者简介：许世富(1966一)，男 ，湖北仙桃人 ，工程师，博士，核技术与应用专业 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 360 原子能科学技术 第37卷 3 系统 实现 3．1 EPICS IOC的实现 欲在样机系统中建立 EPICS环境 ，首先需 编译整个 EPICS base 3．14，然后需要定义数据 库记录实例文件(．db)和数据库记录定义文件 (．dbd)，编写与特定的硬件有关的设备支持例 程和设备驱动支持例程及 IOC启动 的脚本 文 件 。这里 ，关 键 在 于编 写 Linux内核模 块 PCI 设备驱动程序 。 1)I／O设备驱动程序 本 系统 中采 用 了 PCI卡 PCI8020和 ISA 卡 PC6310作 为前端 I／0通道设备，根据 PCI 总线 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 规定 ，PCI定义 了 3个 物理地址 空 间 ： 内存 地 址 空 间 、1／0 地 址 空 间 和 配 置 地 址 空 间口]。PCI8020的各命 令和状 态寄存 器位 于 PCI的 I／0地址空间，因此，需要找出其 I／0地 址空 间的基地址 。由于 系统 能够 自动识 别和配 置 PCI的配 置地 址 空 间 ，因此 ，根 据 PCI卡 的 厂商标志和设备标志就可找到该设备 ，然后可 通过对该设备的配置地址空间的基地址寄存器 操作求得 I／0地址空间的基地址 ，在驱动程序 中便可对其 A／D、D／A、DI／DO等进 行读写 。 PC6310 ISA卡的 I／0端 口地址直接通过跳线 确定，在 内核模块设备驱动程序 中可通过对端 口的直接读写来进行 A／D等操作 。 Linux系统中设备驱动程序 的一个基本特 点是对设备的抽象处理 ，即系统 中所有的设备 看起来 和一般 的文件 一样 。Linux系统 支 持 3 种类型的硬件设备：字符设备、块设备和网络设 备 。字符设备是直接读取的，不必使用缓冲区， 块设备通过缓冲区读写 ，网络设备通过 BSD套 接字界面存取【3]。因此 ，一般的硬件设备可作 为字符 设 备 来 处 理，它 的设 备 驱 动程 序 和 Linux系统之 间使用标准 的交互接 口，即可使 用处理文件的标准系统调用 open()、Close()、 read()、write()、和 ioctl()来对设备进行打开 、 关闭、读写和输入输出控制等。Linux系统是 可裁剪的、动态的操作系统，作为系统一部分的 设备驱动程序可通过设置脚本在系统启动时初 始化，也可作为内核模块在系统启动 以后装入 到系统内核中。作为内核模块动态装入和卸载 对设备驱动程序调试是非常有帮助的。 2)设备支持例程和数据库记录 在 EPICS设备支持例程中规定有标准接 口函数 ，可根据需要实现其 中的若 干个 函数。 如对模拟量输入设备支持例程中有 6个接 口函 数 report()、init()、init_record()、get—ioint—in- fo()、read_ai()、speciaLlinconv()，根 据需 要实 现其 中的 init—record()和 read—ai()。设备支 持例程工作在 Linux的用户模式下 ，这些 函数 可通过操作系统提供的标准接 口来操作前面的 设备 驱动程序，从而对 I／0设 备进行读 写控 制 。在 EPICS中，各种常用设备 的输入输出量 均有相应的数据记录类型及记录支持例程 ，用 户也可根据需要定义 自己的新的数据库记录类 型并开发相应的记录支持例程 。本工作涉及的 EPICS数据库记录类型有 ai、ao、bi、bo、和 calc 等，分别对应于模拟量入、模拟量出、数字量入、 数字量出和计算类型。 3．2 EPICS oPI的 实现 本工作选择 EPICS提供的客户方人机界 面开发工具 DM2K作为客户端的开发工具，用 它开发 了用 于测试 PCI8020中 A／D和 D／A功 能的一个 人机界面 。一 组正 弦 曲线 的值，经 D／A输出后直接连到 A／D的输入端进行 回采， 可观测两组正弦曲线的差异。 4 结 论 从本工作所实现 的系统来看，新版本 EP— ICS base 3．14的基本 功 能 在 Linux上 可 成功 运行，而 Linux以其开放源码、功能强大和稳定 而 日益受到广泛关注，这无疑给 EPICS在粒子 加速器、实验物理等领域的应用提供 了新的操 作系统平 台，也为北京正负电子对撞机加速器 控制系统的改进提供了一种可选的、新 的操作 系统平台。 参考文 献 ： E1-] 赵籍九．BEPCII设计 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ——控制系统ER]．北 京 ：中国科学院高能物理研究所 ，2002． [2] 刘乐善，欧 阳星明，刘 学清．微型计算 机接 口技 术及应 用 [M]．武 汉 ：华 中 理 工 大 学 出 版 社， 2001．356～ 367． [3] 周巍松．Linux系统 分析与高级 编程技术 [M]． 北京 ：机械工业 出版社 ，1999．109~I12． 维普资讯 http://www.cqvip.com