電力設(shè)備智能傳感器通用嵌入式系統(tǒng)軟件框架設(shè)計(jì)

劉燚榮

（大連航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116000）

0 引 言

隨著國(guó)家建設(shè)的逐漸推進(jìn)，電力企業(yè)快速發(fā)展，在為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)的同時(shí)，也為人們生產(chǎn)生活的正常用電提供了基本支持。隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)我國(guó)電力設(shè)備的使用性能、工作效率等提出了更高要求?；谇度胧较到y(tǒng)，促進(jìn)電力設(shè)備智能傳感器通用軟件框架的實(shí)現(xiàn)，能夠有效提高其運(yùn)行效率，保證其運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，為電力設(shè)備更好更快的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 發(fā)展背景

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展逐漸推進(jìn)的背景下，我國(guó)各行各業(yè)開(kāi)始積極探索智能發(fā)展。電力企業(yè)是保證國(guó)家正常運(yùn)行的關(guān)鍵。要想滿足對(duì)智能電網(wǎng)的實(shí)際需求，需要促進(jìn)傳感器的智能化發(fā)展，加強(qiáng)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。針對(duì)不同的硬件平臺(tái)，它所對(duì)應(yīng)的差異性相對(duì)較大，且其程序在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)自身的工作效率和實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較高。在應(yīng)用嵌入式軟件系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)用多任務(wù)操作系統(tǒng)能夠有效提高其運(yùn)行效率，增強(qiáng)其實(shí)時(shí)性和可靠性。在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)具有一定的商業(yè)性。同時(shí)，這種嵌入式系統(tǒng)資源較為有限，尤其是單片機(jī)系統(tǒng)資源。在這種情況下，促進(jìn)移植系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效解決該問(wèn)題。但是，這對(duì)操作人員的技術(shù)素質(zhì)要求非常高，使得該操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用較為困難?；诖?，設(shè)計(jì)嵌入式智能傳感器通用系統(tǒng)，根據(jù)其系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)，促進(jìn)其在電力設(shè)備智能傳感器架構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，提高其智能傳感器代碼的復(fù)用率、及時(shí)性和可靠性。

2 對(duì)電力設(shè)備智能傳感進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的意義

進(jìn)行基于嵌入式系統(tǒng)的電力設(shè)備智能傳感器設(shè)計(jì)的全面研究，首先應(yīng)當(dāng)明確這一系統(tǒng)下的設(shè)計(jì)和運(yùn)行意義。該電力設(shè)備智能傳感器的嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，能夠有效解決電力系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的高效性、及時(shí)性和可靠性[1]。該系統(tǒng)在結(jié)合電力設(shè)備智能傳感器通用嵌入系統(tǒng)后，能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，增強(qiáng)其應(yīng)用性能，保證電力設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。同時(shí)，該系統(tǒng)應(yīng)用操作方便，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。因此，需要進(jìn)一步完善嵌入式系統(tǒng)的電力設(shè)備智能傳感器設(shè)計(jì)工作，盡可能保障我國(guó)電力設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)而為社會(huì)的整體運(yùn)行發(fā)展奠定基礎(chǔ)。由此可知，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備智能傳感器的嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，對(duì)推動(dòng)電力行業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 電力設(shè)備智能傳感器通用嵌入式系統(tǒng)軟件框架設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思想

就電力設(shè)備智能傳感器通用嵌入式系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，雖然在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上與其形成了較大的差異，但是就嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它主要包括硬件層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用程序等。其中，硬件層是嵌入式的主板，是保證整個(gè)應(yīng)用程序有效運(yùn)行的平臺(tái)，能夠體現(xiàn)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能。針對(duì)不同的硬件平臺(tái)，其所存在的差異性相對(duì)較大。要想有效促進(jìn)嵌入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，植入的軟件需要滿足其硬件系統(tǒng)的應(yīng)用[2]，使其能夠形成一個(gè)硬件抽象層。在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，根據(jù)硬件平臺(tái)的不同，其對(duì)應(yīng)的硬件抽象接口也是不同的，需要促進(jìn)不同驅(qū)動(dòng)模塊的有效實(shí)現(xiàn)和形成，將硬件與軟件相分離，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件在不同硬件平臺(tái)中的應(yīng)用。

3.2 總體設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，對(duì)其的設(shè)計(jì)工作主要包括軟件系統(tǒng)和硬件設(shè)施，其中最主要的是ASIC。它是一種微型處理器，其應(yīng)用對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的有效運(yùn)行具有重要意義。這種設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，需要在進(jìn)行具體集成操作前，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確的驗(yàn)證，保證此系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)需求，使性能與實(shí)際需要相符合。其中，涉及的驗(yàn)證方法相對(duì)較多，主要包括協(xié)調(diào)模擬方法和格式化驗(yàn)證等。嵌入式系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)工作具有多個(gè)環(huán)節(jié)，需要相關(guān)人員詳細(xì)掌握。在不斷加強(qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)踐的工作中，可以有效增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能，從而促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)不斷優(yōu)化升級(jí)。

傳統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為單一，難以有效滿足電力企業(yè)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際需求。應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)能夠在原有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，強(qiáng)化其編輯、翻譯等功能，促進(jìn)其與其他功能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)嵌入軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的建立，并實(shí)現(xiàn)嵌入式協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)環(huán)境的有效構(gòu)建，促進(jìn)其功能結(jié)構(gòu)的全面升級(jí)。同時(shí)，需要進(jìn)行目標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有效劃分其中的軟件和硬件，使其形成兩個(gè)獨(dú)立的軟件部門(mén)。在實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要將其與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念相區(qū)分。在這種情況下，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)模塊出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，不會(huì)對(duì)其他模塊的正常運(yùn)行造成影響，能夠保證電力設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。要促進(jìn)軟件嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，需要保證其能夠與RTOS實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，將其涉及的目標(biāo)代碼進(jìn)行有效處理，促進(jìn)指令集合，并對(duì)其進(jìn)行翻譯[3]。

3.3 軟件定時(shí)器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

實(shí)際運(yùn)行中，軟件定時(shí)器以任務(wù)調(diào)度器為基礎(chǔ)，應(yīng)用回調(diào)方式的同時(shí)，使任務(wù)例程回調(diào)。這一工作過(guò)程中，系統(tǒng)能夠?qū)ζ渲腥魏我粋€(gè)軟件定時(shí)器分配軟件定時(shí)器控制塊。它的設(shè)計(jì)與硬件定時(shí)器相類(lèi)似，會(huì)分配一個(gè)32位的定時(shí)器設(shè)計(jì)值，并且具有1個(gè)使能觸發(fā)寄存器、1個(gè)具有32位的計(jì)數(shù)器和1個(gè)定時(shí)任務(wù)回調(diào)的函數(shù)接口。在對(duì)該軟件定時(shí)器展開(kāi)設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，需要從系統(tǒng)定時(shí)器入手。它會(huì)在相應(yīng)的定時(shí)器列表中獲取一個(gè)軟件定時(shí)器控制塊。該模塊具有空閑特點(diǎn)，主要是將其分配給等待被進(jìn)行創(chuàng)建的定時(shí)器。設(shè)計(jì)形成過(guò)程中，還需要在系統(tǒng)中創(chuàng)建一個(gè)硬件定時(shí)器的服務(wù)流程。一旦其硬件定時(shí)器在運(yùn)行過(guò)程中中斷，其對(duì)應(yīng)的定時(shí)器服務(wù)例程會(huì)充分發(fā)揮自身作用，變成所需要的定時(shí)器列表，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件系統(tǒng)的計(jì)時(shí)操作。隨著計(jì)時(shí)的不斷積累，在達(dá)到軟件定時(shí)器設(shè)定的數(shù)值時(shí)，軟件中的定時(shí)器會(huì)被刺激激發(fā)進(jìn)行運(yùn)作。這樣的軟件定時(shí)器能夠支持系統(tǒng)進(jìn)行多種運(yùn)行，但僅僅在突發(fā)情況下才能被推動(dòng)，否則將一直處于掛起狀態(tài)。這時(shí)，系統(tǒng)定時(shí)器對(duì)應(yīng)的軟件定時(shí)器不會(huì)進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，只有在應(yīng)用相關(guān)函數(shù)的情況下，軟件定時(shí)器才能夠處于就緒狀態(tài)。這時(shí)的軟件定時(shí)器會(huì)形成一定的順序，并根據(jù)順序進(jìn)行CPU的執(zhí)行權(quán)獲取[4]。這種軟件定時(shí)器具有掛起作用，也能夠進(jìn)行刪除。已經(jīng)被掛起的軟件定時(shí)器，需要將其從就緒的列表中刪除，停止其操作過(guò)程，被用來(lái)等待CPU的執(zhí)行權(quán)。這些處于掛起狀態(tài)的軟件，其定時(shí)器能夠根據(jù)相關(guān)函數(shù)操作被恢復(fù)到就緒狀態(tài)，這樣程序主要為timer Resume。選擇應(yīng)用程序時(shí)，也可以選擇timer Delete。這時(shí)的函數(shù)會(huì)刪除相應(yīng)的軟件定時(shí)器，同時(shí)軟件定時(shí)器被從定時(shí)器的列表刪除，STCB資源被回收[5]。

3.4 基于通用嵌入式的電力設(shè)備智能傳感器

對(duì)其展開(kāi)設(shè)計(jì)工作，需要應(yīng)用SF6氣體密度微水傳感器。該傳感器具有一定的特殊性，在應(yīng)用過(guò)程中需要采集壓力、濕度和氣體溫度等數(shù)據(jù)，然后分析整合采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出SF6氣體的密度，保證有效掌握其露點(diǎn)。同時(shí)，應(yīng)用無(wú)線方式將采集后經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)[6]。所采用的系統(tǒng)主處理器主要為Freescale的MLW01Z128，同時(shí)需要一個(gè)sub-1GHz射頻模塊，其所對(duì)應(yīng)的主頻率最高能夠達(dá)到48 MHz。此外，需要一個(gè)MKW 01Z128集成的低耗能ARM Cortex MO+CPU[7]。

4 結(jié) 論

對(duì)電力設(shè)備智能傳感器通用嵌入式系統(tǒng)軟件框架設(shè)計(jì)問(wèn)題展開(kāi)研究，能夠促進(jìn)電力設(shè)備的有效運(yùn)行，增強(qiáng)其運(yùn)行穩(wěn)定性，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展提供支持。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要從總體設(shè)計(jì)入手，有效結(jié)合行業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況，促進(jìn)嵌入式電力設(shè)備智能系統(tǒng)的有效構(gòu)建。