基于ARM9和Linux系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理系統(tǒng)開發(fā)

韓衛(wèi)東

(杭州東信電力科技有限公司，浙江 杭州 310011)

0 引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，以嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式技術(shù)是近年來一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展方向，目前得到了廣泛的應(yīng)用。在所有的32位嵌入式微處理器中，以ARM公司的32位IP核為基礎(chǔ)的ARM嵌入式微處理器，因其高性能、低成本、低功耗、小體積、以及完整的產(chǎn)業(yè)鏈支持，占據(jù)32位嵌入式微處理器絕大部分市場(chǎng)份額[1]。

嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)是追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件。SOC最大特點(diǎn)是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件的無縫結(jié)合，直接在處理器的片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。而且SOC具有極高的綜合性，在一個(gè)硅片內(nèi)部運(yùn)用VHDL等硬件描述語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)[2]。目前基于ARM9內(nèi)核的SOC芯片分為通用和專用兩大類，通用 SOC芯片生產(chǎn)廠商眾多，有Samsung(S3C24系列)、Cirrus logic(EP93系列)等，其中AtmelSAM9260是美國(guó)愛特梅爾科技公司(ATMEL)生產(chǎn)的具備多種功能SOC芯片，是一款性價(jià)比極高的芯片。

1 行業(yè)背景技術(shù)

輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)輸電環(huán)節(jié)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)輸電線路狀態(tài)運(yùn)行檢修管理，提升生產(chǎn)運(yùn)行管理精益化水平的重要技術(shù)手段[3]。

目前國(guó)內(nèi)已有多家研究機(jī)構(gòu)和公司研制開發(fā)出多種輸電線路本體、氣象及通道環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，包括導(dǎo)線溫度、導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)、舞動(dòng)、絕緣子串風(fēng)偏、絕緣子泄漏電流、鹽密、桿塔傾斜、桿塔振動(dòng)、微氣象、圖像、視頻、桿塔防盜等監(jiān)測(cè)裝置，這些裝置已在特高壓交流示范工程、30多個(gè)大跨越線路、跨區(qū)線路等重要線路投入使用。

目前相關(guān)廠家提供的產(chǎn)品和系統(tǒng)均自成體系，采用的通訊規(guī)約、數(shù)據(jù)接口和實(shí)現(xiàn)的功能各不相同，造成信息分散、重復(fù)建設(shè)等局面，不能體現(xiàn)規(guī)模效益，已有的區(qū)域性集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，存在系統(tǒng)互聯(lián)性不夠、信息整合程度不高等情況，難以滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的要求。

2 基于AtmelSAM9260系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理系統(tǒng)(CMA)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖(見圖1)

圖1 CMA硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 AT91SAM9260主要特性如下

主頻200 MHz，ARM926EJ－S處理器，16 KB指令 CACHE，16 KB數(shù)據(jù)CACHE，內(nèi)嵌MMU，支持Linux、WindowsCE等操作系統(tǒng)，內(nèi)嵌80 KB SRAM，具有DSP擴(kuò)展指令，JAVA硬件加速，擁有220 MIPS的運(yùn)算性能;擁有2D圖形協(xié)處理器，提升顯示性能[4]。

3 基于AtmelSAM9260系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理系統(tǒng)(CMA)軟件設(shè)計(jì)

3.1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理裝置(CMA)應(yīng)用系統(tǒng)體系架構(gòu)(見圖2)

圖2 CMA應(yīng)用系統(tǒng)體系架構(gòu)圖

3.2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理裝置(CMA)軟件總體方案

3.2.1 系統(tǒng)軟件部分

嵌入式操作系統(tǒng)選用 ARM-Linux－2.6.20，

內(nèi)嵌如下網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧[1]:

TCP/IP Library.HTTP、HTML、ICMP、IGMP、TCP、UDP、ARP、SNMP、PPP、IP、FTP、DHCP、DNS、TELNET、NFS、

具備的網(wǎng)絡(luò)功能如下:

支持Internet互聯(lián)，并保持雙向數(shù)據(jù)傳輸，VPN隧道技術(shù)，路由與虛擬地址轉(zhuǎn)換服務(wù)(NAT)，支持SNMP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，尋找方式:IP直接尋找和域名尋址。

3.2.2 應(yīng)用軟件部分:

狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理裝置與現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)裝置通過TCP/IP形式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信規(guī)約采用國(guó)家電網(wǎng)公司文件(1738號(hào))制定的I1接口規(guī)約;同時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理裝置與后臺(tái)WebService服務(wù)器采用基于SOAP協(xié)議進(jìn)行通信，通信規(guī)約采用國(guó)家電網(wǎng)公司文件(1738號(hào))制定的I2接口規(guī)約。

圖3為應(yīng)用軟件總體結(jié)構(gòu)流程圖

圖3 應(yīng)用軟件總體結(jié)構(gòu)流程圖

4 基于AtmelSAM9260系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理系統(tǒng)(CMA)系統(tǒng)特色功能

(1)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)文全面解析和發(fā)送，包括如下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類型:微氣象數(shù)據(jù)、桿塔傾斜、微風(fēng)振動(dòng)特征量、導(dǎo)線弧垂、導(dǎo)線溫度、敷冰拉力、風(fēng)偏、導(dǎo)線舞動(dòng)、絕緣子污穢。

(2)實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)報(bào)文格式解析和發(fā)送，包括:心跳信息、裝置工作狀態(tài)信息、裝置故障狀態(tài)信息。

(3)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖像報(bào)文格式解析和發(fā)送，并在WebService服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)文的解析和圖像合成功能。

(4)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置和多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的通信。

(5)控制命令下發(fā)及讀寫現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)裝置參數(shù)配置，包括:時(shí)間查詢和設(shè)置、監(jiān)測(cè)裝置遠(yuǎn)程復(fù)位、網(wǎng)絡(luò)適配器參數(shù)查詢和設(shè)置、采樣參數(shù)查詢和設(shè)置、報(bào)警閾值查詢和設(shè)置、基本信息查詢和設(shè)置、設(shè)備號(hào)查詢和設(shè)置、裝置蘇醒時(shí)間設(shè)置。

(6)遠(yuǎn)程圖像控制命令下發(fā)，包括:圖像采集參數(shù)設(shè)置、拍照時(shí)間表設(shè)置、手動(dòng)請(qǐng)求拍照、攝像機(jī)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)、啟動(dòng)終止視頻傳輸。

(7)發(fā)布GSOAP服務(wù)端XML網(wǎng)頁(yè)功能。

(8)現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)裝置歷史存儲(chǔ)數(shù)據(jù)查詢功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了基于ARM9和WindowsCE系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理裝置，但基于ARM9和嵌入式Linux系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理系統(tǒng)(CMA)產(chǎn)品目前還沒有出現(xiàn)。嵌入式Linux之所以能成為一種流行的嵌入式操作系統(tǒng)，除具有功能強(qiáng)大、高性能、穩(wěn)定性好以及源代碼開放、免費(fèi)等優(yōu)勢(shì)外，其最大特點(diǎn)是用戶可根據(jù)特定需求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置和裁剪，滿足嵌入式應(yīng)用的差異性要求[1]125。

[1]李駒光，鄭耿，江澤明.嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)詳解——基于EP93XX系列ARM[M].北京:清華大學(xué)出版社，2006.

[2]王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)——基于ARM處理器與uC/OS－II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2002.

[3]國(guó)家電網(wǎng)公司.輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置通用技術(shù)規(guī)范(Q/GDW 242－2010)[S].北京:中國(guó)電力出版版，2010.

[4]AT91SAM9260.DataSheet[M/OL].San Jose:Atmel Corporation，2007.http://www.atmel.com/reviews/literature.