【正文】 基于嵌入式系統(tǒng)的配電子站和其應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)基于VxWorks的配電子站摘要：配電子站是大中型配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的信息樞紐。該文對(duì)基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks的嵌入式配電子站的硬件和軟件進(jìn)行了研究。嵌入式配電子站硬件平臺(tái)采用基于工業(yè)處理器ARM9（AT91RM9200）的硬件平臺(tái)，支持雙以太網(wǎng)技術(shù)，支持串行口通信和CAN總線通信等，采用的通信協(xié)議有TCP/IP協(xié)議，基于網(wǎng)絡(luò)的IEC608705104規(guī)約通信，可以方便地與各種設(shè)備進(jìn)行連接、通信、信息交換。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明基于VxWorks的嵌入式配電子站可以大大提高配電自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞：VxWorks；配電子站；ARM9；IEC608705104中圖分類號(hào)：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：10030867(2008)10002703隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和農(nóng)網(wǎng)改造的層層深入，用戶對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性要求越來越高，這就需要電力部門提供安全、經(jīng)濟(jì)、可靠和高質(zhì)量的電能，而配電自動(dòng)化則是其中重要的一環(huán)。配電網(wǎng)絡(luò)線路復(fù)雜而龐大，其供電容量、用戶性質(zhì)、供電質(zhì)量、可靠性要求等千差萬別，使其需要有很強(qiáng)的適應(yīng)性。配電子站是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基本單元和重要組成，它在配電網(wǎng)中起著承上接下，上下聯(lián)系節(jié)點(diǎn)的作用。配電子站用于對(duì)配電網(wǎng)及配電設(shè)備的信息采集、監(jiān)控和控制等?；谇度胧讲僮飨到y(tǒng)VxWorks的配電通信子站，可以實(shí)現(xiàn)高性能的通信管理，能夠?qū)崿F(xiàn)配電子站與配電主站以及與FTU、TTU等終端的通信?？梢圆杉銐虻呐潆娋W(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理及分析，通過通信通道，如光纖、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)、電話線等，將信息傳送至配電自動(dòng)化終端設(shè)備或主站系統(tǒng)，同時(shí)接收來自主站的控制命令。通過遙控即可在控制中心對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行必要的操作，從而大大縮短故障處理時(shí)間和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。1 通信方案配置配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)有別于輸電網(wǎng)，終端數(shù)量大。配電系統(tǒng)的通信設(shè)備大多暴露在室外，需承受各種惡劣的自然條件和電磁干擾，同時(shí)還要考慮到維護(hù)方便，因此要求有高度的可靠性。我國(guó)的大中型配電網(wǎng)絡(luò)采用分層次結(jié)構(gòu)。配電通信網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。圖1 配電通信網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)配電主干通信網(wǎng)：主要是子站與主站之間通信，一般采用網(wǎng)絡(luò)通信方式。通過高速以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)子站與主站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換通信。配電分支通信網(wǎng)：是子站到配電終端FTU的通信，一般采用光纖。光纖通信具有高速、可靠、抗干擾、易施工等優(yōu)點(diǎn)。光纖通信有兩種不同的通信方式：光纖以太網(wǎng)和光纖自愈環(huán)。FTU與用戶TTU的通信網(wǎng)：由于TTU數(shù)量很大，根據(jù)TTU在配電網(wǎng)絡(luò)的布局，其通信方式可以分為CAN網(wǎng)通信和串口總線方式，也可以TTU加MODEM，經(jīng)過音頻電纜與FTU實(shí)現(xiàn)通信，也可以通過GPRS等無線方式進(jìn)行傳輸。2 硬件平臺(tái)嵌入式配電子站硬件平臺(tái)采用基于工業(yè)處理器ARM9（AT91RM9200）的硬件平臺(tái)，支持雙以太網(wǎng)技術(shù)，支持串行口通信和CAN總線通信等，功耗低，可靠性高，具有完善周密的電路設(shè)計(jì)和強(qiáng)大的技術(shù)支持。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：MCU及外圍電路，SDRAM和FLASH電路，雙以太網(wǎng)，CAN總線，RS232和RS485串行口，電源、復(fù)位電路和JTAG接口，液晶顯示模塊和鍵盤輸入接口。 MCU及外圍電路嵌入式處理器基于ARM9TDMI架構(gòu)的AT91RM9200處理器，保證網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)采集的暢通和實(shí)時(shí)性。ARM32位嵌入式RISC處理器，具有低功耗、低成本和高性能的特點(diǎn)，AT91RM9200集成了許多標(biāo)準(zhǔn)接口，包括在網(wǎng)絡(luò)層廣泛使用的10/100BaseT以太網(wǎng)媒體訪問控制器(MAC)，串口控制器等。AT91RM9200集成了包括JTAGICE、專門UART調(diào)試通道(DBGU)及嵌入式的實(shí)時(shí)追蹤的一系列的調(diào)試功能。 存儲(chǔ)器接口電路SDRAM采用兩片Hynix的HY57V281620ETPH芯片，容量達(dá)到了16MB2。FLASH采用intel公司的JS28F640J3d75芯片，容量為64Mb(8MB)，～，16位數(shù)據(jù)寬度。 IO接口通用串行總線：串行口采用的通信協(xié)議有兩種：異步協(xié)議和同步協(xié)議。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，通用的同步USRT和異步UART接口芯片種類越來越多，采用ADM3202ARN和MAX3430串行口芯片作為串行通信接口電路的核心芯片，會(huì)使電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且性能優(yōu)良。CAN總線接口：CAN總線通信速率高，抗干擾能力強(qiáng)，通信距離長(zhǎng)。采用雙CAN總線通信，CAN控制器采用SJA1000T芯片，CAN總線收發(fā)器采用TJA1040芯片。工業(yè)以太網(wǎng)接口：采用雙以太網(wǎng)技術(shù)。AT91RM9200內(nèi)部實(shí)際上已包含了以太網(wǎng)MAC控制，但并未提供物理層接口，故需外接一片物理層芯片DM9161E，以提供以太網(wǎng)的接入通道。單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)芯片采用LAN9115，組成雙以太網(wǎng)。光纖以太網(wǎng)通信，網(wǎng)絡(luò)通信速率高，可靠性強(qiáng)，冗余度高，可擴(kuò)展性好。通過光纖以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)主站與子站之間的通信。 電源、復(fù)位電路和JTAG接口電源部分是整個(gè)電路正常工作的基礎(chǔ)，它為處理器和各個(gè)部件提供工作電壓，ARM9電路系統(tǒng)需要5V、。復(fù)位能夠迅速使微控制器進(jìn)入到開始狀態(tài)，并且從用戶定義的存儲(chǔ)器地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位能夠迅速停止當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，初始化控制和狀態(tài)位。JTAG主要用于芯片內(nèi)部及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試。JTAG技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測(cè)試電路訪問口，通過專用的JTAG測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。 液晶顯示模塊和鍵盤輸入接口全中文菜單顯示，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面。3 軟件實(shí)現(xiàn) VxWorks概述VxWorks操作系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。VxWorks以其良好的持續(xù)發(fā)展能力，高性能的內(nèi)核，友好的用戶開發(fā)環(huán)境，高可靠性和實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如飛機(jī)導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)，衛(wèi)星通行等。配電通信子站采用VxWorks，可以大大提高系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)具有高效的TCP/IP協(xié)議棧，可以實(shí)時(shí)與主站通信，并可以遠(yuǎn)方診斷現(xiàn)場(chǎng)裝置運(yùn)行情況，進(jìn)行遠(yuǎn)方軟件維護(hù)和升級(jí)。 采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，由于其具有的高抗干擾能力，高速及高可靠性而得到廣泛應(yīng)用。，又在過濾接收功能里增加了雙濾功能，因而更加適于具有多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，需要實(shí)時(shí)傳輸信息，能夠廣播傳輸信息的應(yīng)用場(chǎng)合。 網(wǎng)絡(luò)通信和IEC608705104規(guī)約的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信采用TCP/IP通信協(xié)議。配電子站作為服務(wù)器，在建立TCP連接前，應(yīng)一直處于偵聽狀態(tài)并等待調(diào)度端的連接請(qǐng)求，當(dāng)TCP連接已經(jīng)建立，則應(yīng)持續(xù)地監(jiān)測(cè)TCP連接的狀態(tài)，以便TCP連接被關(guān)閉后能重新進(jìn)入偵聽狀態(tài)并初始化一些與TCP連接狀態(tài)有關(guān)的程序變量；配電主站作為客戶機(jī)，在建立TCP連接前，應(yīng)不斷地向配電子站發(fā)出連接請(qǐng)求，一旦連接請(qǐng)求被接收，則應(yīng)監(jiān)測(cè)TCP連接的狀態(tài)，以便TCP連接被關(guān)閉后重新發(fā)出連接請(qǐng)求。當(dāng)子站發(fā)生了突發(fā)事件，子站將根據(jù)具體情況主動(dòng)向主站發(fā)送報(bào)文。IEC608705104規(guī)定控制站（即配電主站）作為客戶機(jī)，而被控站（即配電子站）作為服務(wù)器?；诰W(wǎng)絡(luò)的IEC608705104規(guī)約通信報(bào)文格式：I格式可計(jì)數(shù)的信息傳輸功能；S格式可計(jì)數(shù)的確認(rèn)功能；U格式啟動(dòng)，停止，測(cè)試功能。通信流程圖如圖2所示。圖2 IEC608705104規(guī)約通信流程圖 BSP開發(fā)BSP是針對(duì)具體的硬件平臺(tái)，用戶所編寫的啟動(dòng)代碼和部分設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的集合。BSP所實(shí)現(xiàn)的功能包括初始化和驅(qū)動(dòng)部分設(shè)備。BSP需要支持處理器復(fù)位、初始化、驅(qū)動(dòng)串口和必要的時(shí)鐘處理等。 功能實(shí)現(xiàn)從配電終端讀取數(shù)據(jù)：、YX量等數(shù)據(jù)傳送至配電子站，并將數(shù)據(jù)填入已開辟的緩沖區(qū)。使用緩沖區(qū)操作使得系統(tǒng)對(duì)底層驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)用機(jī)會(huì)大大減少，將大量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的保存下來，以便于查詢和轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)：配電子站需要將從配電終端裝置獲取的數(shù)據(jù)有選擇地轉(zhuǎn)發(fā)到配電主站上去，或者接受配電主站有選擇的查詢。遙測(cè)改變，配電子站具有上送功能。發(fā)送數(shù)據(jù)到配電主站：配電子站通過以太網(wǎng)將從配電終端讀取的數(shù)據(jù)傳送到配電主站，遵循基于網(wǎng)絡(luò)的IEC608705104遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約。4 系統(tǒng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)硬件測(cè)試平臺(tái)主要用于測(cè)試配電子站與配電終端之間的CAN通信以及配電子站與配電主站之間的以太網(wǎng)通信。測(cè)試中配電終端裝置采用國(guó)電南瑞的DAT1000系列產(chǎn)品，主要與DAT1L和DAT1LA裝