摘要：针时油井液位长途测验体系中现场嵌入式设备核算资源缺乏和不能满意长途实时监控的问题，本文依据云核算技能，规划和完结了一套嵌入式云测验体系。依据亚马逊公司的Eucalyptus(桉树)云渠道完结了云测验监控中心的功用。测控现场端选用STM32F103微处理器和S3C 2440A微处理器完结了测控节点和嵌入式测控服务器的硬件开发，嵌入式测控服务器在嵌入式Linux操作体系的支撑下，经过KVM、QEMU完结了测验设备的虚拟化，测控节点和测控服务器之间选用Modbus通讯协议。体系完结了实时测验和长途实时测控的功用，测验成果表明，能满意实践运用的需求。
在油井挖掘过程中，为了解油井的产油才能，把握出产动态，丈量油井的液位是一项经常性的作业。因而，对此丈量液位的实时监控以及能快速的测取、剖析数据和存储数据就显得尤为重要。
但是针对油井的动态液位丈量有必要进行人工手持产生设备、传感器和测距仪比及油井现场去测验，而且关于测距仪的核算才能，以及存储资源的缺乏，选用现在越来越老练的云核算技能来处理。云核算经过网络拜访非本地的核算服务(包含数据处理、存储、和信息服务等)的技能，其核算设备不在本地而在网络中，用户不需求关怀他们所在的详细位置。嵌入式云核算具有通用化构件、虚拟化办理特征，也能够愈加有用地下降构件本钱，进步资源运用率，一起明显进步了体系的全体牢靠性。传统的本地油井丈量测验存在许多问题，如测验东西费用贵重;而且因为本地测验环境的约束，难以获得超大规模的核算才能;测验环境难以布置，测验资源预备繁琐、测验堆集比较匮乏等一系列问题，这些都限制了测验作业的开展。而云测验是依据云核算的一种新式测验计划。
为此，文中规划开宣布一种依据开放式操控规范、具有完善通讯联网才能的嵌入式云测验体系，运用于油井动态液面丈量中。云核算渠道选用亚马逊公司的开源项目Eucalyptus(桉树)云，完结了云测验监控中心的功用。现场嵌入式测控服务器的终端节点作为云测验渠道中的NC节点。现场测控服务器的网络接口选用无线WiFi技能或TCP/IP技能可与Internet/Intranet无缝集成，达到了“任何时刻、任何地址”的测验体系。
其在嵌入式Linux体系的支撑下，经过移植KVM、QEMU虚拟机，完结了测验设备的虚拟化，测控节点和测控服务器之间选用Modbus通讯协议。体系完结了实时测验和长途实时测控的功用，能有用地进步采油井的测验功率，节约人力物力财力，更节约了名贵的时刻。
1 体系体系结构
本文规划的嵌入式云测验体系是由云测验监控中心和现场测控两部分构成，现场测控设备由嵌入式测控节点与嵌入式云服务器构成。测控的整体结构如图1所示。
本文依据亚马逊公司的Eucalyptus(桉树)云渠道完结了云测验监控中心的功用。Eucalyptus是用于完结对各种虚拟设备、虚拟机实例的全局性监控，对整个集群的核算资源、存储资源、网络资源进行动态装备。在云测验监控中心，当有长途客户端的恳求指令时，其能够为运用方针供给拜访服务，完结有用的长途操控与办理。网络化测控服务器作为云测验渠道中重要的NC节点。其间，现场嵌入式测控节点完结数据收集和操控开关等作业;关于现场嵌入式测控服务器，完结设备的虚拟化，为长途运用现场设备供给条件。
2 嵌入式测控服务器和测控节点硬件结构
现场嵌入式测控服务器和测控节点的体系硬件按功用首要分为：中心操控模块、网络通讯模块、数据剖析及处理模块和数据收集、继电器操控模块等。硬件结构别离如图2、图3所示。
1)中心操控部分。以三星公司出产的S3C244OA作为主控芯片，其选用ARM920T内核。以ARM Cortex—M3内核的STM32增强型系列芯片STM 32F103VET6微处理器。
2)信号调度电路。首要是对微音器收集到的声响信号进行调度，而规划的调度电路。其意图便是将声响信号模仿量经过简略的信号调度送入到16位高分辨率的4路模仿量串行输入A/D转化器材ADS8341，将转化之后的数字量送入主操控器。
3)网络部分。包含以太网接口及WIFI网络模块。外接的以太网模块选用的是DM9000E 100M网络传输模块;WIFI网络模块选用的是依据SPI接口marvell 88w8686 wifi网络传输模块;经过其间任何一个模块都能够树立嵌入式测控服务器与该云测验体系网络之间的数据通讯。
4)外围接口电路。包含：电源电路、时钟电路、复位电路、JTAG接口电路、NandFlash/NorFlash挑选电路、串口电路、以太网接口。
现场测控完结了对声响和压力信号的数据收集、信号调度和继电器等操控作业。声响信号、压力信号收集模块与继电器驱动模块是完结测控的根本模块。串口RS485模块是测控节点与嵌入式测控服务器完结交互的首要通讯接口。
3 软件规划
本文选用的是嵌入式Linux操作体系。Bootloader移植的是U-boot-1.1.6.tar.gz，Linux内核版别为2.6.25.8.。
3.1 虚拟化技能
3.1.1 KVM虚拟机技能
KVM(Kernel-based Virtual Machine)是一种依据Linux内核的虚拟机，它是一种全新的开源的虚拟机技能。在KVM模型中，每一个虚拟机都是一个由Linux调度程序办理的规范进程。一个一般的Linux进程有两种运转形式：内核和用户。而KVM添加了第3种形式：客户形式(有自己的内核和用户形式。)KVM由2个部分组成：一个是办理虚拟硬件的设备驱动，该驱动运用字符串设备/dev/kvm做为办理接口;另一个是模仿硬件的用户空间组件，这是一个需求做修正的qemu进程。
3.1.2 移植KVM到ARM架构渠道
本文选用KVM虚拟化计划，来完结在ARM处理器硬件架构渠道上的虚拟化，即设备的虚拟化，为长途运用现场设备供给条件。在KVM中，经过翻开设备节点“/dev/kvm”就能够创立一个虚拟机。这儿需求对载有KVM模块的Linux内核进行修正，使之能够支撑ARM架构。虽然KVM供给了能够被一切用户空间仿真器运用的通用接口，但是QEMU是仅有的能够履行这些数据的东西。
3.1.3 编译QEMU
QEMU具有支撑ARM主机与客户环境的仿真技能，在QEMU仿真环境下疏忽了企图使KVM有用的操作，因而需求对QEMU进行修正以使KVM能够运转。QEMU是一个用户级与体系级的仿真器，它在KVM上下文环境中被当作用户空间的运用程序运转，它与用户操作体系相互配合，向内核模块发送音讯并对I/O和其它设备进行仿真，经过修正QEMU的装备和运转时的参数能够使QEMU能够支撑KVM。在穿插编译时，除了需求重视穿插编译的设置外，还需求修正内核和设置KVM参数。
3.1.4 创立并运转虚拟机
Eucalyptus完结根本的简略的虚拟机办理功用，它的首要方针是将根本的虚拟化办理API化。简略易用，扩展便利。用户能够经过euca 200ls东西制造镜像，上传之后能够经过指令行运转实例。检查实例运转状况，中止，重启自己的实例。也能够经过web界面检查已上传镜像，并制止自己上传的镜像，修正自己的材料。也能够作为用户存储文件和数据的当地。创立的镜像和运转的虚拟机，如图4所示。
图4中的方框部分显示出，虚拟机的内核编号、镜像编号、IP地址和运转实例，而且成功运转登入进虚拟机实例。
3.2 数据收集与测深核算
数据收集是测控体系的根底，是由以STM32F103微处理器为中心的现场测控节点完结，将收集到的声响信号发送给现场嵌入式测控服务器，其选用ModBus协议进行通讯。云测验监控中心将声响信号数据经过去野值、接箍波提取、液面回波提取、FFT改换等一系列程序处理后，终究得到油井液位的深度。
3.3 ModBus通讯协议和协议栈移植
本文选用完全契合工业规范的Modbus通讯协议。Mod bus通讯协议，读坚持寄存器(0x03)、读输入寄存器(0x04)等15个常用功用码，完全能满意工业运用要求。
Modbus协议支撑Modbus RTU/ASCII/TCP 3种传输办法，其移植能够依据串口或网口来完结，然后完结MobusRTU/ASCII或Mobus TCP帧的处理，这点与协议栈详细运用场景、运用的处理器渠道、硬件接口密切相关。本文选用ModBus RTU传输办法进行现场嵌入式测控设备之间的通讯。ModBus主机协议中Commun层和从机协议中Port层，都是将Modbus的物理层链路与详细渠道的硬件驱动联系起来，该层本质上完结不同链路上数据帧的接纳作业。Modbus中的各个功用码操作函数都是渠道无关的，运用程序经过解析数据帧中的功用码查找函数指针，并终究履行功用码函数。Mbm.c和mb.c文件为用户运用程序供给了调用接口，对Modbus不同的传输办法(RTU、ASCII、TCP)进行了一致的办理。
Modbus RTU归于Modbus数据帧在串行链路上的传输形式。依据RTU的Modbus首要移植过程如下：
1)232/485接口驱动。在主机协议的Commun层和从机协议port层portserial.c中完结串口相关函数的编写，包含串口初始化、数据发送、数据接纳、中止处理等。
2)定时器功用。在主机协议的mbm.c中，选用线程进行定时器;在从机协议的port层porttimer.c中完结定时器相关函数的编写，包含定时器的初始化、定时器的使能与制止、超时中止函数等。
现场测控体系选用Modbus RTU数据帧进行传输，规划中运用操作体系供给的多使命环境，创立Modbus RTU服务使命来办理和呼应数据帧。
依据实践需求，用户能够删减不必要的功用码或添加自定义功用码，协议的可裁剪性与扩展性非常好。本规划中运用到的功用码与Modbus地址间的对应联系如表1所示。在程序中能够依据表1所对应的功用码来读写数据。
4 体系测验
选用本文提出的办法，规划出的这套云测验体系。在华北油田进行了30多口井次实验，其间包含多种井况，得到声速、时刻和深度，声速的规模335～343 m/s，深度的差错规模1.0～3.0 m，经过浏览器长途拜访本节点，发动数据收集，得到的成果如表2所示。
现场实验成果表明，经过得到的声响信号波形与油井动态液面的深度丈量值，其差错较小，满意实践运用需求。
5 结束语
文中依据云测验技能，规划完结了一套网络化嵌入式云测控体系，在开源Linux体系的支撑下，经过网络化传感器和虚拟化等技能完结了长途数据的收集、实时测验和长途实时监控;对收集到的声响信号进行滤波、测深算法很好的消除了由现场恶劣环境带来的噪声并得到了相应的接箍波和液面回波的波形曲线，在华北油田实验成果得到的波形也比较抱负。在现场网络化嵌入式测控体系中，体系供给了多接口，完结了智能测控节点的长途保护。以S3C2440A为中心的主操控器，作为现场嵌入式测控服务器，经过RS485硬件接口，选用ModBus通讯协议，别离监控多个以STM32F103为中心主操控器的现场嵌入式测控节点;在Linux操作体系的支撑下，经过KVM，QEMU完结了设备的虚拟化，为长途运用现场设备供给条件;在Linux和μC/OS-II操作体系上，别离移植契合工业规范的Modbus主机协议栈和从机协议栈，并依据多线程、多使命环境完结了对Modbus RTU数据帧的呼应和处理，完结体系终端设备的多通道、智能化、网络化操控。
实践运转成果表明，该智能云测控节点安稳牢靠，性价比高，通用性与适应性强。该嵌入式云测验体系及相关技能还可适用于其他网络化测控体系，在云测验开展的各个热门范畴有着广泛的运用远景。
