基于ARM11的通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端設(shè)計(jì)

陳安全， 周安棟， 羅 勇， 張伽偉

0 引言

在現(xiàn)行的故障診斷技術(shù)中，一般采用預(yù)防維護(hù)理念[1]，采用定期檢修的方法，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行檢修，或者在故障之后判斷故障產(chǎn)生的原因，繼而修復(fù)。這樣的方法不僅不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，而且可能存在過(guò)剩檢修的問(wèn)題[2]。為了以更經(jīng)濟(jì)有效的方式檢測(cè)通信設(shè)備的健康狀況，及時(shí)了解通信設(shè)備的工作狀態(tài)和性能情況，設(shè)計(jì)一個(gè)新的方案對(duì)通信設(shè)備實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，以保證通信設(shè)備始終處于良好的工作狀態(tài)。

由于ARM11具有片上資源豐富，處理速度快，功能強(qiáng)，體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)[3]，將其應(yīng)用到通信設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)中能夠很好的提升控制的效率，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的小型化和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化，降低成本。文中設(shè)計(jì)了以ARM11嵌入式系統(tǒng)為核心狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)了對(duì)通信設(shè)備的各種性能指標(biāo)采集，監(jiān)測(cè)控制等。

1 通信設(shè)備監(jiān)測(cè)終端需求分析

通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的核心部件是前端測(cè)試設(shè)備，也可稱之為監(jiān)測(cè)終端。雖然通信設(shè)備的種類繁多，但對(duì)通信裝備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)一般都離不開(kāi)監(jiān)測(cè)控制，參數(shù)測(cè)試和數(shù)據(jù)分析等幾個(gè)重要部分。以短波發(fā)信系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)為例，暫定的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方案結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)的流程大致如下：

1）控制臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)測(cè)終端下發(fā)監(jiān)測(cè)指令，控制監(jiān)測(cè)終端的啟動(dòng)，數(shù)據(jù)的采集，測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生等。

2）監(jiān)測(cè)終端根據(jù)收到的控制臺(tái)指令，產(chǎn)生并發(fā)射音頻測(cè)試信號(hào)；監(jiān)測(cè)終端根據(jù)電臺(tái)工作頻率方式，測(cè)量射頻信號(hào)功率，并進(jìn)行信號(hào)解調(diào)和采集。

3）控制臺(tái)將狀態(tài)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，放入狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以供數(shù)據(jù)分析。

4）分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，診斷設(shè)備的健康狀況，并報(bào)警。

圖1 發(fā)信系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

綜上分析可知，通信設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端主要有信號(hào)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊等組成?？刂颇K控制著監(jiān)測(cè)終端各個(gè)模塊的工作，并負(fù)責(zé)處理終端的各類數(shù)據(jù)，對(duì)整個(gè)終端工作起著至關(guān)重要的作用，因此其在功能和性能上要求最高。由于監(jiān)測(cè)終端是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，就要求其占用盡可能少的空間，而基于 ARM11的嵌入式處理器不僅能在體積上滿足要求，在處理和運(yùn)算性能上也相當(dāng)優(yōu)越。

2 基于ARM11監(jiān)測(cè)終端控制模塊設(shè)計(jì)

控制模塊是整個(gè)監(jiān)測(cè)終端的核心，其主要負(fù)責(zé)以下幾個(gè)方面的工作：接收控制臺(tái)的各種指令，控制測(cè)試設(shè)備的工作，分析處理數(shù)據(jù)，顯示監(jiān)測(cè)結(jié)果?？刂颇K以微處理器為核心，將各類功能模塊和硬件有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，配合相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)終端的各種功能。

2.1 監(jiān)測(cè)終端的硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)控制模塊主要實(shí)現(xiàn)的各類功能，其設(shè)計(jì)主要分為硬件和軟件兩部分，其硬件的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

終端控制模塊以ARM11為核心，包括信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理等模塊，LCD監(jiān)視屏、開(kāi)關(guān)、鍵盤(pán)以及外圍存儲(chǔ)設(shè)備等。軟件部分主要分為驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，驅(qū)動(dòng)主要負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)卡、串口、LCD屏、鍵盤(pán)和開(kāi)關(guān)，應(yīng)用程序主要負(fù)責(zé)與控制臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)通信、與測(cè)試設(shè)備之間的通信、響應(yīng)輸入、LED狀態(tài)指示以及模擬量的采集。

綜合對(duì)監(jiān)測(cè)終端的性能需求，要求嵌入式微處理器首先應(yīng)該具有足夠強(qiáng)的處理能力來(lái)采集處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；其次處理器的速度要足夠快，監(jiān)測(cè)終端與控制臺(tái)之間的網(wǎng)絡(luò)通信具有很高的實(shí)時(shí)性；再次處理器的片上資源要足夠豐富，接口要有一定的拓展性，由于監(jiān)測(cè)終端的控制模塊由很多功能模塊組成，而處理器必須能夠?yàn)槠涮峁┳銐虻慕涌?，為了系統(tǒng)功能的進(jìn)一步完善還應(yīng)該對(duì)各類接口保留一定的拓展性，此外監(jiān)測(cè)終端控制模塊還不能夠影響到通信設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，這要求處理器的體積盡可能的小，耗能盡可能的少，外圍電路盡可能的簡(jiǎn)單。

圖2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端的硬件結(jié)構(gòu)

從以上分析來(lái)看，ARM系列的處理器芯片均能夠滿足要求，但是在考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性、開(kāi)發(fā)及運(yùn)行效率，ARM11具有較高的處理性能。ARM11處理速度為533 MHz，最高可達(dá)667 MHz，比ARM7的66 MHz提高了近十倍[4]，極大地減少了系統(tǒng)的處理時(shí)間，提高了運(yùn)行效率，此外ARM11接口資源比較豐富，具有更好的擴(kuò)展性，因此監(jiān)測(cè)終端的設(shè)計(jì)中，選擇ARM11作為核心微處理器。S3C6410微處理器是韓國(guó)三星電子公司（Samsung Electronics Co.Ltd）推出的內(nèi)核為ARM1176JZF-S的32位RISC嵌入式微處理器[5]，其內(nèi)核基于ARMv6指令集架構(gòu)，工作頻率最高可達(dá)到667 MHz，低功耗僅為200 mW。

2.2 監(jiān)測(cè)終端的軟件結(jié)構(gòu)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端的控制模塊是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，其通常有嵌入式處理器、操作系統(tǒng)、外圍設(shè)備以及相關(guān)應(yīng)用軟件組成。由于Linux具有實(shí)時(shí)性，可裁剪性和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能等優(yōu)點(diǎn)，故選用Linux作為本監(jiān)測(cè)終端的操作系統(tǒng)。整個(gè)監(jiān)測(cè)終端ARM11控制模塊的總體軟件流程圖如圖3所示，以Linux嵌入式操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)計(jì)的相關(guān)硬件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制，完成通信設(shè)備監(jiān)測(cè)任務(wù)。

系統(tǒng)首先調(diào)用初始化函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)指示、LCD顯示等模塊進(jìn)行初始化，初始化后建立網(wǎng)絡(luò)接收任務(wù)和外圍設(shè)備輸入檢測(cè)兩個(gè)任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)接收任務(wù)中系統(tǒng)工作為服務(wù)器模式，根據(jù)一定的通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，進(jìn)入數(shù)據(jù)包處理任務(wù)，然后分類處理執(zhí)行。外圍設(shè)備輸入檢測(cè)任務(wù)用于檢測(cè)各個(gè)外圍設(shè)備如信號(hào)采集模塊、開(kāi)關(guān)和按鍵等是否有數(shù)據(jù)輸入，若有則對(duì)其分類處理，需要發(fā)送的再調(diào)用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。一個(gè)周期結(jié)束后，再回到網(wǎng)絡(luò)接收和外圍設(shè)備監(jiān)測(cè)兩個(gè)并行任務(wù)。

圖3 監(jiān)測(cè)終端程序總體流程

2.3 系統(tǒng)的調(diào)試

根據(jù)設(shè)計(jì)搭載好相應(yīng)的硬件電路，加載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。首先通過(guò)網(wǎng)線連接好監(jiān)測(cè)終端控制模塊，運(yùn)行上面的控制臺(tái)程序，經(jīng)調(diào)試，狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端控制模塊能夠循環(huán)掃描鍵盤(pán)、模擬量輸入、開(kāi)關(guān)等設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)⑹盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，并做出相應(yīng)的動(dòng)作如LED燈的控制命令就送到LED接口控制LED燈，信號(hào)采集控制命令就送到信號(hào)采集模塊接口進(jìn)行信號(hào)采集等。系統(tǒng)運(yùn)行良好，并很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)通信設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)的采集和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程化。

3 結(jié)語(yǔ)

由于ARM11微處理器具有體積小、處理速度快、功能強(qiáng)大等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且具有實(shí)時(shí)性穩(wěn)定性較好的網(wǎng)絡(luò)功能[6-8]，在整個(gè)通信設(shè)備監(jiān)測(cè)終端的控制模塊中發(fā)揮了舉足輕重的作用。整個(gè)監(jiān)測(cè)模塊終端很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)通信設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)和各種性能指標(biāo)的采集，并能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送設(shè)備的各類參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)通信設(shè)備健康狀況的智能有效的監(jiān)測(cè)。

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