智能終端軟硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘要： 隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展和規(guī)范，產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，成本壓力越來越大，供貨要求越來越嚴(yán)格。為了解決設(shè)計(jì)成本高，研發(fā)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品平臺(tái)化、序列化差的問題，提出了基于AT91SAM9260的終端軟硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。該平臺(tái)利用AT91SAM9260的資源優(yōu)勢(shì)，整合國(guó)網(wǎng)集中器、配變監(jiān)測(cè)終端、負(fù)荷管理終端及未來智能終端的技術(shù)和功能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了可同時(shí)滿足多類終端軟硬件需求的整合平臺(tái)，保證了公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)的高效性，為產(chǎn)品的開發(fā)和推廣提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞： AT91SAM9260； 終端軟硬件平臺(tái)； 嵌入式開發(fā)； Linux

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）06?0059?04

0 引 言

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力智能設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展規(guī)劃也在不斷完善，促使設(shè)備制造廠家的研發(fā)能力和技術(shù)水平不斷提高。為了適應(yīng)快速發(fā)展的電力設(shè)備制造行業(yè)，生產(chǎn)廠家都在尋找一種能快速響應(yīng)市場(chǎng)且開發(fā)成本較低的產(chǎn)品研發(fā)方案來應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的需要，河南許繼儀表有限公司的智能終端軟硬件平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱終端平臺(tái)）應(yīng)運(yùn)而生。

為了提高新產(chǎn)品研發(fā)效率，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)品的序列化、平臺(tái)化，許繼儀表有限公司通過多年的技術(shù)沉淀和經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品的開發(fā)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，基于AT91SAM9260核心處理器、Linux操作系統(tǒng)，SQLLITE數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)出來了一個(gè)針對(duì)智能用電管理終端產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的嵌入式開發(fā)平臺(tái)，它支持集中器[1]、配變監(jiān)測(cè)管理終端、負(fù)控控制管理終端、變電站數(shù)據(jù)采集終端以及未來智能終端等一系列產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，為許繼儀表有限公司的終端開發(fā)提供了強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái)和可靠的技術(shù)保障。

1 現(xiàn)狀分析

因各地市場(chǎng)需求不同，產(chǎn)品需要針對(duì)不同的市場(chǎng)需求進(jìn)行定制，為了保證實(shí)現(xiàn)的速度和質(zhì)量，傳統(tǒng)的研發(fā)管理是1個(gè)市場(chǎng)（區(qū)域）安排一到幾個(gè)設(shè)計(jì)人員，由其全權(quán)負(fù)責(zé)該市場(chǎng)（區(qū)域）產(chǎn)品的更新或者需求變更的維護(hù)，通過人員戰(zhàn)術(shù)來解決市場(chǎng)的差異問題。這樣做不僅要浪費(fèi)大量的時(shí)間和人力，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量也很難保證，團(tuán)隊(duì)人員積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)也無法很好的利用和共享，因此急需要實(shí)現(xiàn)出一種能解決產(chǎn)品快速開發(fā)瓶頸的方法來處理這些難題。這其中包含3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）避免過多的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)間；

（2）保證多用戶需求的同時(shí)盡可能降低成本；

（3）設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品不需要太多時(shí)間測(cè)試即可保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量；

（4）經(jīng)驗(yàn)的積累和傳承；如何能同時(shí)做到以上4點(diǎn)成了能否解決現(xiàn)存問題的關(guān)鍵。許繼儀表公司研發(fā)部經(jīng)過多年的研討和論證，最終通過實(shí)現(xiàn)終端軟硬件開發(fā)平臺(tái)的辦法來解決這個(gè)技術(shù)性難題。

2 平臺(tái)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

軟件開發(fā)平臺(tái)是一種軟件開發(fā)工具，以通用技術(shù)架構(gòu)（如MVC）為基礎(chǔ)，集成常用建模[2]工具、二次開發(fā)包、基礎(chǔ)解決方案等而成。可以大幅縮減編碼率[3]，使開發(fā)者有更多時(shí)間關(guān)注客戶需求，在項(xiàng)目的需求、設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試、部署、維護(hù)等各個(gè)階段均可提供強(qiáng)大的支持。 平臺(tái)源于繁瑣的實(shí)踐開發(fā)過程中。開發(fā)人員在實(shí)踐中將常用的函數(shù)、類、抽象、接口等進(jìn)行總結(jié)、封裝，成為了可以重復(fù)使用的“中間件”，而隨著“中間件”的成熟和通用，功能更強(qiáng)大、更能滿足企業(yè)級(jí)客戶需求的軟件開發(fā)平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。平臺(tái)是一段時(shí)間內(nèi)科研成果的匯聚，也是階段性平臺(tái)期的標(biāo)志，為行業(yè)進(jìn)入新的研發(fā)領(lǐng)域提供了基礎(chǔ)。由于平臺(tái)對(duì)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升非常明顯，目前國(guó)內(nèi)的管理軟件市場(chǎng)，軟件開發(fā)平臺(tái)的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢(shì)[4]。

3 終端平臺(tái)設(shè)計(jì)

其中SGE800平臺(tái)硬件系統(tǒng)主要包括基于AT91SAM9260為核心的硬件平臺(tái)，該平臺(tái)利用9260自身豐富的資源優(yōu)勢(shì)，結(jié)合擴(kuò)展的硬件模塊電路組合而成。同時(shí)AT91SAM9260支持Linux和Wince兩種操作系統(tǒng)[5]，給開發(fā)人員提供了更多的選擇，也方便原有資源的重復(fù)利用；

平臺(tái)開發(fā)包主要包括底層硬件驅(qū)動(dòng)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)操作封裝庫(kù)、任務(wù)調(diào)度庫(kù)3部分：業(yè)務(wù)平臺(tái)主要包括為業(yè)務(wù)功能提供服務(wù)的協(xié)議庫(kù)[6]、常用函數(shù)庫(kù)及應(yīng)用層系統(tǒng)。

下面將詳細(xì)介紹各個(gè)部分的功能。

3.1 SGE800平臺(tái)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了更好地做到平臺(tái)化，平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)時(shí)就從模塊化考慮，將常用的硬件功能采用模塊化設(shè)計(jì)，并以模塊化電路的形式固化下來，通過對(duì)這些固化電路進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試并經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期驗(yàn)證后，最后才被放入硬件模塊庫(kù)中為以后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)所用，通過這種方式將常用的模塊電路進(jìn)行不斷積累和優(yōu)化。硬件平臺(tái)就是從這些合格的模塊電路中進(jìn)行篩選，并結(jié)合終端常用的功能及未來需要的功能進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì)，滿足了產(chǎn)品最大化設(shè)計(jì)需求，然后通過采用配置文件的形式對(duì)硬件功能模塊進(jìn)行使能設(shè)置，滿足不同產(chǎn)品的硬件需求，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品平臺(tái)化、工程化的目的。

3.2 平臺(tái)開發(fā)包設(shè)計(jì)

3.3 業(yè)務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)平臺(tái)，顧名思義就是為業(yè)務(wù)服務(wù)的一個(gè)開發(fā)平臺(tái)，它把與業(yè)務(wù)相關(guān)的資源全部整合起來，形成了一個(gè)業(yè)務(wù)相關(guān)的功能模塊庫(kù)，類似于Delphi 或者C#開發(fā)工具中自帶的控件庫(kù)[8]，為終端軟件應(yīng)用的快速開發(fā)設(shè)計(jì)提供了可以直接調(diào)用的功能類庫(kù)，極大提高了軟件開發(fā)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。目前的業(yè)務(wù)平臺(tái)已經(jīng)集成了控制、狀態(tài)燈、遙信、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)流設(shè)備、顯示、按鍵、采集、事件、統(tǒng)計(jì)、對(duì)時(shí)、檔案等終端常用的功能模塊，在平臺(tái)應(yīng)用過程中，只需要將這些功能模塊通過做好的配置工具，進(jìn)行一定的組合設(shè)計(jì)，即可快速開發(fā)出具備特定功能的終端產(chǎn)品，真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品模塊化、工程化的目的，極大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，減少了現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)和維護(hù)工作。

4 終端平臺(tái)總體設(shè)計(jì)規(guī)劃

（2）終端平臺(tái)產(chǎn)品包括：多功能表、GPRS多功能表[9]、負(fù)控終端、配變終端、集中器以及其他智能終端。

（3）主板軟件按平臺(tái)化設(shè)計(jì)：通過配置文件，可分別實(shí)現(xiàn)多功能表、GPRS多功能表、負(fù)控終端、配變終端、集中器和其他智能終端的主板軟件。

（4）主板通過TTL電平異步通信口（1#TTL通信口）獲取底板軟件版本、計(jì)量數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，并向底板計(jì)量CPU下發(fā)計(jì)量用參數(shù)，從計(jì)量板獲取計(jì)量結(jié)果，產(chǎn)生各種實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，將歷史數(shù)據(jù)保存起來。

（5）主板通過TTL電平異步通信口（2#TTL通信口）與顯示板交互軟件版本、顯示信息、按鍵信息、停電控制信息、紅外通信信息等，完成顯示、按鍵、控制、紅外等交互功能的實(shí)現(xiàn)。

（6）主板通過控制信號(hào)線獲取上行通信模塊硬件版本，對(duì)上行通信模塊進(jìn)行復(fù)位、停電控制；主板通過TTL電平異步通信口（3#TTL通信口）與上行通信模塊交流上行通信信息，完成終端與遠(yuǎn)方主站的通信，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、遠(yuǎn)程升級(jí)[10]等功能。

（7）當(dāng)用于集中器主板時(shí)，主板通過控制信號(hào)線獲取載波（或無線）通信模塊硬件版本，對(duì)載波（或無線）通信模塊進(jìn)行復(fù)位、停電控制；主板通過TTL電平異步通信口（4#TTL通信口）與載波（或無線）通信模塊交流下行通信信息，實(shí)現(xiàn)下行通信功能。

（8）當(dāng)用于GPRS多功能表、負(fù)控終端和配變終端主板時(shí)，主板通過控制信號(hào)線獲取開入模塊的開關(guān)量信息，從而實(shí)現(xiàn)各種產(chǎn)品開入開出功能。

（9）當(dāng)用于GPRS多功能表、負(fù)控終端主板時(shí)，1#、2#RS 485通信口為主方；當(dāng)用于多功能表主板時(shí)，1#、2#RS 485通信口為從方；當(dāng)用于配變終端和集中器主板時(shí)，2#RS 485通信口為主方，1#RS 485通信口可被設(shè)置為主方或從方（用于抄表口時(shí)，設(shè)為主方；用于級(jí)聯(lián)時(shí)，作為主終端時(shí)設(shè)為主方，作為從終端時(shí)設(shè)為從方）。

（10）3#通信口為本地維護(hù)通信口，用于完成主板程序升級(jí)、整機(jī)功能測(cè)試。

（11）直流量采集用于測(cè)量溫度、壓力等非電氣量。

（12）開入口即可用于一般開關(guān)量采集，也可用于脈沖量采集。

4.2 軟件平臺(tái)

為了保證軟件平臺(tái)能對(duì)多套規(guī)約進(jìn)行兼容，同時(shí)把在規(guī)約修訂或者擴(kuò)展時(shí)對(duì)平臺(tái)的影響降到最小，在平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，首先通過對(duì)各種現(xiàn)有規(guī)約（如05規(guī)約、376.1規(guī)約、62056協(xié)議、DL/T645規(guī)約等）進(jìn)行認(rèn)真地分析和研究，通過對(duì)各種數(shù)據(jù)種類、數(shù)據(jù)類型進(jìn)行高度的分離和抽象，通過在軟件處理時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置、存儲(chǔ)空間、存儲(chǔ)類型、規(guī)約相關(guān)數(shù)據(jù)等差異化因素的充分考慮，最終確定下來軟件開發(fā)平臺(tái)的定義、配置、管理、通信和存儲(chǔ)模式，為提升終端軟件平臺(tái)的靈活適應(yīng)能力打下了良好的基礎(chǔ)。

為了最終達(dá)到終端軟件不對(duì)規(guī)約和功能需求產(chǎn)生較大的依賴，軟件設(shè)計(jì)時(shí)將測(cè)量點(diǎn)、數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)行為進(jìn)行關(guān)聯(lián)配置設(shè)計(jì)，通過配置功能可對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)行為進(jìn)行拆分或者關(guān)聯(lián)，從而保證了在不對(duì)軟件進(jìn)行修改的前提下，靈活改變軟件的功能及兼容不同的規(guī)約。具體實(shí)現(xiàn)思路如下：

（1）軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)盡量將終端作為采集裝置的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證終端采集及傳輸?shù)目煽啃裕?/p>

（2）終端只實(shí)現(xiàn)檔案管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、上下行通信、數(shù)據(jù)基本解析、任務(wù)調(diào)度等功能；

（3）終端的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)目（測(cè)量點(diǎn)、采集項(xiàng)目、采集間隔、測(cè)量點(diǎn)相關(guān)參數(shù)等）通過項(xiàng)目配置方案下發(fā)給終端來完成；

（4）項(xiàng)目配置方案包括測(cè)量點(diǎn)的編號(hào)、地址、使能標(biāo)志、上行規(guī)約編號(hào)、數(shù)據(jù)解析使能標(biāo)志、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，下行規(guī)約編號(hào)、采集數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)量、數(shù)據(jù)項(xiàng)目標(biāo)示、通信端口號(hào)、波特率、啟動(dòng)時(shí)間、采集頻率、存儲(chǔ)標(biāo)志等；

（5）終端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)根據(jù)項(xiàng)目配置方案中數(shù)據(jù)項(xiàng)目標(biāo)示、存儲(chǔ)標(biāo)志進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)內(nèi)容根據(jù)數(shù)據(jù)解析使能標(biāo)志、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行分類，需要解析的直接存儲(chǔ)解析數(shù)據(jù)，不需要解析的直接存儲(chǔ)返回?cái)?shù)據(jù)報(bào)文；

（6）數(shù)據(jù)的詳細(xì)解析功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能則全部交給主站軟件來協(xié)助完成；

（7）通過規(guī)范和擴(kuò)展上行規(guī)約來實(shí)現(xiàn)終端的功能配置。

5 結(jié) 語(yǔ)

終端平臺(tái)是針對(duì)智能用電管理終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)的嵌入式開發(fā)平臺(tái)，它采用AT91SAM9260作為核心處理器，Linux作為平臺(tái)操作系統(tǒng)，SQLLITE作為平臺(tái)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)，可以支撐集中器、配變監(jiān)測(cè)管理終端、負(fù)控控制管理終端以及未來智能終端等一系列產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，對(duì)于提高新產(chǎn)品研發(fā)效率，降低研發(fā)難度，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，產(chǎn)品序列化、平臺(tái)化起到了良好的促進(jìn)作用。

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