基于ARM處理器實(shí)現(xiàn)發(fā)射臺(tái)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．概述

廣西廣播電視信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司按照“有人留守，無(wú)人值班”的設(shè)計(jì)思路開(kāi)發(fā)了一套無(wú)線發(fā)射臺(tái)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)廣西1 6座邊遠(yuǎn)廣播電視無(wú)線發(fā)射臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理。原監(jiān)控系統(tǒng)采用下位機(jī)和上位機(jī)監(jiān)控的模式，下位機(jī)采用以8位單片機(jī)為處理核心的單片機(jī)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有集成度低外圍擴(kuò)展電路多、系統(tǒng)主頻低、實(shí)時(shí)響應(yīng)性慢的缺點(diǎn)，同時(shí)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)交互需要許多專(zhuān)用的軟硬件，不同廠家的發(fā)射機(jī)甚至同一廠家的不同類(lèi)別、不同功率等級(jí)的發(fā)射機(jī)對(duì)應(yīng)不同程序，使系統(tǒng)備件增加，而且在需要更新升級(jí)的時(shí)候只能奔赴發(fā)射臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)，這對(duì)于有著程序多樣性的各類(lèi)發(fā)射機(jī)采集控制器來(lái)說(shuō)顯得十分繁瑣，給維護(hù)管理帶來(lái)極大的不便。隨著大規(guī)模集成電路和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制領(lǐng)域向高集成、高速度、快速響應(yīng)、易維護(hù)管理等方向發(fā)展。正因?yàn)槿绱?a target="_blank">ARM9以其高集成的軟硬件系統(tǒng)和良好的可移植性及性?xún)r(jià)比走進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，我們將嵌入式ARM9系統(tǒng)很好地運(yùn)用于無(wú)線發(fā)射臺(tái)尤其是高山臺(tái)智能化監(jiān)控系統(tǒng)中，不僅進(jìn)～步提高了發(fā)射臺(tái)發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，也解決了程序更新難的問(wèn)題。在更新程序或備份設(shè)備更換、新增設(shè)備燒寫(xiě)的時(shí)候只需將該設(shè)備插上網(wǎng)線連入監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)，就可以在局域網(wǎng)的任何一地對(duì)其進(jìn)行燒寫(xiě)、更新軟件。系統(tǒng)改進(jìn)后下位機(jī)、上位機(jī)以及采集控制器的維護(hù)與升級(jí)都變成了極其方便和簡(jiǎn)單，進(jìn)一步減少了發(fā)射臺(tái)管理和運(yùn)行維護(hù)成本。

2．系統(tǒng)構(gòu)成

ARM （Advanced R I S C Machines），原意為公司名稱(chēng)，現(xiàn)泛指一類(lèi)微處理器，一種技術(shù)，指采用ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器。它是一種先進(jìn)的精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)微處理器，具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。支持多任務(wù)操作系統(tǒng)，就是說(shuō)在一塊ARM芯片上可以移植一套完整的操作系統(tǒng)，能夠完成類(lèi)似個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)所能完成的基本功能，其內(nèi)核CPU采用AT91SAM9260的ARM芯片，該模塊出廠時(shí)已由廠家預(yù)裝了正版WinCE5．0實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)以及相關(guān)底層外圍驅(qū)動(dòng)，這樣在開(kāi)發(fā)基于該模塊的應(yīng)用程序時(shí)，不用深入了解處理器芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、寄存器、總線等，而只需借助廠家提供的API庫(kù)函數(shù)就能完成相關(guān)功能，大大節(jié)省了軟件的開(kāi)發(fā)周期。我們通過(guò)外圍電路設(shè)計(jì)了模擬的A／D轉(zhuǎn)換電路、開(kāi)關(guān)量輸入輸出和四個(gè)串13，四個(gè)串口都可以通過(guò)跳線選擇RS232、RS485和RS422方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)通訊。

Windows CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接13和與處理器無(wú)關(guān)等特點(diǎn)，其操作界面雖來(lái)源于Windows 95／98，但Windows CE是基于WlN32 API重新開(kāi)發(fā)、新型的信息設(shè)備的平臺(tái)，是一個(gè)用于各種通訊、娛樂(lè)和移動(dòng)式計(jì)算設(shè)備的操作系統(tǒng)平臺(tái)。WinCE5．0在2004年5月份推出，微軟宣布WinCE5．0擴(kuò)大開(kāi)放程序源代碼，開(kāi)放了250萬(wàn)行源代碼程序作為*估套件，它除了1 00％兼容于Windows CE外，還強(qiáng)化許多功能。ARM芯片及外圍電路結(jié)構(gòu)圖如圖1

基于ARM9的EM9260系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工具就是著名嵌入式開(kāi)發(fā)工具EVC，一款類(lèi)似VC開(kāi)發(fā)環(huán)境的專(zhuān)業(yè)嵌入式開(kāi)發(fā)軟件，其編程風(fēng)格幾近相同于VC編程，當(dāng)開(kāi)發(fā)在線調(diào)試時(shí)只需借助一根網(wǎng)線連接到目標(biāo)設(shè)備即可，這點(diǎn)不同于單片機(jī)設(shè)備調(diào)試，需要取下處理器芯片并借助仿真器才能調(diào)試，顯得非常方便。整個(gè)系統(tǒng)具有程序移植比較方便、程序類(lèi)型庫(kù)管理維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

3．1程序移植

在軟件開(kāi)發(fā)完成后，需要對(duì)程序進(jìn)行移植，也就是類(lèi)似我們單片機(jī)設(shè)備的芯片程序第一次燒寫(xiě)工作。進(jìn)行程序移植，實(shí)際上也就是一個(gè)文件拷貝過(guò)程，一共需要拷貝或者存儲(chǔ)至少6個(gè)文件，它們是userinfo．txt、dbginfo．1xt、Onboot．ini、ComNet．ini、Onboot．exe、ComNet．exe。其中CornNet．exe為設(shè)備正常工作的應(yīng)用程序可執(zhí)行文件，它可以為任意名稱(chēng)，但是對(duì)應(yīng)．Ini后綴的名稱(chēng)也要跟它一致，另“l(fā)，Onboot．ini內(nèi)部［run］鍵值下的對(duì)應(yīng)名稱(chēng)必須也要和它一致。當(dāng)設(shè)備上電進(jìn)入操作系統(tǒng)以后，系統(tǒng)根目錄下有一個(gè)文件名為“Nandflash”的文件夾，這就是所有以上6個(gè)文件需要存放的地方，它為系統(tǒng)的flash disk，設(shè)備掉電時(shí)只有存放在該文件內(nèi)部的文件不會(huì)丟失，存放到其他位置的文件都將丟失（見(jiàn)圖2）。

以上7個(gè)文件中除ComNet New．exe外，userinfo.txt內(nèi)部存放有該設(shè)備的IP地址，可以修改，相應(yīng)bginfo．txt亦存放有設(shè)備lP地址信息，它必須與userinfo．txt內(nèi)部IP地址一致，另外還有遠(yuǎn)程調(diào)試主機(jī)IP地址，亦可以修改，但不建議做改動(dòng)。Onboot.exe為引導(dǎo)應(yīng)用程序，ComNet．exe為最終運(yùn)行的應(yīng)用程序，我們將該名字用于發(fā)射機(jī)采集控制器程序。Onboot．ini為引導(dǎo)程序配置說(shuō)明，包括它所引導(dǎo)的將要運(yùn)行的應(yīng)用程序信息。ComNet．ini內(nèi)部包含有關(guān)設(shè)備的所有參數(shù)配置，包括開(kāi)放串口、設(shè)備lD、發(fā)射機(jī)機(jī)型選擇、手自動(dòng)以及故障倒機(jī)狀態(tài)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間表等重要信息。對(duì)新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行更新軟件的步驟是：在原有6個(gè)文件的基礎(chǔ)上，首先需要拷貝或者替換兩個(gè)文件ComNet_New．exe、Onboot．ini，其中前者為更新文件，統(tǒng)一規(guī)定更新文件的文件名為在原有文件的名稱(chēng)后面冠以_New未表示，Onboot．ini文件是在原文件中組名為［update］下新增鍵值0=更新文件名，原有文件名；然后給設(shè)備斷電重啟或者遠(yuǎn)程控制設(shè)備復(fù)位重啟即可完成對(duì)設(shè)備程序的更新。

3.2程序類(lèi)型庫(kù)

為了有效的避免因?yàn)榘l(fā)射機(jī)的種類(lèi)多，導(dǎo)致采集器程序較多，我們建立了發(fā)射機(jī)程序類(lèi)型庫(kù)，通過(guò)對(duì)所有發(fā)射機(jī)的采集施工后，將所有程序建庫(kù)，通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置就可以達(dá)到發(fā)射機(jī)采集器的互用。當(dāng)有新的發(fā)射機(jī)加入時(shí)只需要在系統(tǒng)中增加該發(fā)射機(jī)的采集程序。

4．軟件功能

軟件主要分為下位機(jī)軟件和服務(wù)器軟件兩個(gè)部分。下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采用了嵌入式ARM，下位機(jī)的軟件采用win．dows CE系統(tǒng)，通過(guò)遠(yuǎn)程的上位機(jī)可以進(jìn)行在線式程序更新。操作簡(jiǎn)單，管理方便。我們可以像在電腦上一樣嵌入設(shè)置網(wǎng)頁(yè)方便非專(zhuān)業(yè)人員對(duì)設(shè)置的更改。嵌入網(wǎng)頁(yè)可以設(shè)置各個(gè)通訊端口的參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、倒備機(jī)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)等。

5．發(fā)射機(jī)采集監(jiān)控系統(tǒng)

發(fā)射機(jī)采集控制器采用先進(jìn)的嵌入式ARM9作為核心單元，它不但具有發(fā)射機(jī)參數(shù)采集、主備機(jī)倒換控制、定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)、遙控開(kāi)關(guān)機(jī)，而且提供了發(fā)射機(jī)程序類(lèi)型庫(kù)、在線式程序升級(jí)等功能極大的減少了備件的種類(lèi)，方便了設(shè)備維護(hù)。一臺(tái)采集器就可以完成一套節(jié)目包括主備發(fā)射機(jī)、主備激勵(lì)器參數(shù)的采集和監(jiān)視，以及故障倒備機(jī)控制等功能。上位機(jī)軟件采用B／S架構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)具有升級(jí)維護(hù)方便，客戶(hù)端電腦擴(kuò)展簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。通過(guò)上位機(jī)可以完成監(jiān)控各個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示、參數(shù)異常報(bào)警、發(fā)射機(jī)遙控開(kāi)關(guān)機(jī)等功能，并能夠設(shè)定發(fā)射機(jī)自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)、倒備機(jī)的時(shí)間設(shè)置等功能。發(fā)射機(jī)嵌入式ARM9采集器具體實(shí)現(xiàn)功能如下：

1）采用主備發(fā)射機(jī)互為主備的工作方式，即主備機(jī)之間沒(méi)有明確的從屬關(guān)系，隨著發(fā)射機(jī)的工作情況發(fā)射機(jī)的不同主備關(guān)系也隨之變化，大大地提高了發(fā)射機(jī)的工作壽命。

2）可以分別定義A機(jī)和B機(jī)的工作時(shí)間段

3）A機(jī)、B機(jī)的高壓狀態(tài)，是彼此自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)的互鎖條件

4）天線位置為開(kāi)機(jī)的必要條件

5）A機(jī)、B機(jī)的高壓狀態(tài)鎖定天線閘自動(dòng)倒換驅(qū)動(dòng)

6）可以預(yù)設(shè)倒機(jī)的功率門(mén)限以及延時(shí)時(shí)間

7）采集控制器根據(jù)監(jiān)測(cè)當(dāng)前工作發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率判別是否需要倒機(jī)

8）倒機(jī)流程：關(guān)閉并封鎖主機(jī)，倒換天線，開(kāi)啟備機(jī)

結(jié)構(gòu)圖如圖3。

6．結(jié)束語(yǔ)

監(jiān)控系統(tǒng)用ARM處理器代替單片機(jī)，不僅使系統(tǒng)性能得以大大提高，而且在遠(yuǎn)程升級(jí)維護(hù)管理上有明顯的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)連接發(fā)射臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)中斷時(shí)，嵌入在ARM9內(nèi)的網(wǎng)頁(yè)又可以滿足對(duì)臺(tái)內(nèi)設(shè)備的自動(dòng)控制和平時(shí)應(yīng)急式的設(shè)置與維護(hù)，不至于造成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的癱瘓，提高了安全播出的可靠性，并大大減少了發(fā)射臺(tái)管理和運(yùn)行維護(hù)成本。

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