嵌入式電力通信設備基礎平臺的研究



摘 要：由于電力各環節中的嵌入式通信設備日益復雜多樣，傳統的產品開發模式難以滿足要求。在此基于多款電力通信設備的開發經驗，進行深入分析和總結提煉，梳理了一種嵌入式電力通信設備基礎開發平臺的構建思路，著重闡述了其主要研究內容和開發方法，并對技術難點進行了分析。通過在實際開發中的應用，證明了基于該平臺能夠快速、高效地開發電力嵌入式通信設備，且對其他專業的設備開發亦有一定的借鑒意義。

關鍵詞：基礎平臺； 電力通信設備； 嵌入式； 支撐平臺

0 引 言

電力專用通信網是隨著電力系統的發展逐步形成的，如今它已經是現代電力系統不可缺少的重要組成部分。電力通信業務已廣泛應用各種通信技術，隨著電網向智能電網的發展和企業信息化進一步發展，對電力通信提出了高帶寬、高可靠性、容災、廣覆蓋等新的需求[1-2]。在這些通信設備中，嵌入式系統得到了越來越多的應用，尤其是一些新技術的應用帶來了人們對嵌入式系統開發的新思路和新需求。在屏蔽不同的硬件平臺甚至不同操作系統基礎之上，中間件、虛擬機等概念的引用形成了符合通信設備上應用軟件不同需求的支撐平臺，為上層的嵌入式應用軟件的開發提供了統一接口，也為嵌入式系統提供了一種新的開發模式和實現思想[3-4]。

由于通信設備變得越來越復雜，導致嵌入式系統的復雜程度也越來越高，而當前的通信設備開發很多還是小作坊式的，重復開發嚴重，導致大量的資源浪費，同時也使得開發速度和產品質量難以滿足市場發展的需求。如何通過平臺技術簡化軟件的設計，通過模塊重用的思想減少開發的工作量，提高系統的穩定性，成為了一項十分緊迫的任務[5]。經過多年的努力，中國電力科學研究院已經在嵌入式電力通信設備開發方面取得了一定的成果和經驗，例如應用于智能變電站的工業以太網交換機、配用電通信中的無源光網絡設備、輔助輸電線路監測的CMA監測代理裝置。在這種情況下，為使嵌入式電力通信設備開發朝著通用化、標準化、系列化、模塊化、平臺化的方向發展，為系統內外的互連、互通、互操作提供穩定可靠的保障，研究和構建嵌入式電力通信設備的基礎平臺是很有意義的。

1 研究內容

1.1 開發階段的規范

基礎平臺的研發是為系列化的嵌入式設備開發而服務的，脫離設備開發的基礎平臺是缺乏應用價值的。這也就造成了基礎平臺研發與實際的設備開發密切相關、不可分割的狀況。因此明確和規范基礎平臺在嵌入式設備開發的各個開發階段的功能，對于構建基礎平臺是具有重要意義的。

根據設備開發經驗的總結，歸納了五個開發階段，基礎平臺按照這五個階段進行更多的細化，明確職能分工，規范開發流程，定義各環節的邊界和職能，形成開發流程的整體指導書，也便于更好地管理項目。這五個階段是：前期的方案設計和驗證；調試硬件，驗證各功能板的基本功能；構建系統平臺，在各功能板上建立相適應的系統，形成開發的基礎；構建開發平臺，在各功能板上以中間件為基礎實現應用軟件開發基礎；輔助應用調試，為應用開發人員提供開發環境，解決平臺相關問題。

1.2 處理器的規劃和升級

在嵌入式通信設備領域，需要根據各設備的性能需求、功能需求、環境需求等應用特點，構建相適應的基于處理器的最小系統，這就是嵌入式設備的處理器平臺。結合應用的需求分析對處理器平臺進行整體的規劃，分別制成相應的核心模塊用于不同規模的應用場合，后續的開發和升級可對各檔處理器平臺中進行有針對性地開發。這樣的開發思路有利于設備開發的模塊化、標準化、系列化。

1.3 技術總線的構建

針對通信設備的特點，結合已有的設備開發的基礎，總結了以下三條技術總線進行規范化開發，即千兆以太網交換總線、百兆以太網交換總線和面向控制的低速串行總線。這三條總線有其不同特點和特性，在通信設備中起著類似中樞神經的作用，保證了內部數據流和控制指令的順利通暢。基于平臺組合的思想，分別對三種總線進行了相應的硬件接口定義、驅動封裝和面向應用的API規范，極大地提高了設備中的硬件模塊和程序接口的復用度。

1.4 操作支撐層

如圖1所示，基礎平臺在操作系統層的接口之上實現了OSL（Operating Support Layer）層用以支撐各種通信應用。它針對通信行業設備軟件的一些特定需求，在平臺中實現了可定制的組件和中間件模塊，包括系統支撐模塊、業務支撐模塊、內存數據庫、通用算法模塊、協議實現模塊。這樣使得上層應用設計人員只需關心具體業務的實現，而不用深入了解底層的操作系統的細節[67]。

1.5 通信應用開發環境

基礎平臺實現了在Windows的操作系統下，參考Wind River開發環境基于Eclipse開發套件將功能組件和中間件的可視化配置、通信中有限狀態機框架代碼的自動生成、通信應用的測試仿真以及在線幫助功能等集成為通信應用統一集成的一套開發環境，作為基礎平臺的輔助工具集，形成通信應用的集成開發測試環境，以提高基礎平臺的開發規范性和測試效率[89]。

2 技術難點

2.1 基礎平臺的內涵外延

基礎平臺的概念相當寬泛，其內涵和外延中具有太多的屬性，一般難以明確定義。在本項目中將其縮小為面向嵌入式通信設備開發的基礎平臺，換言之就是基于信通所已有的開發積累和以后的開發計劃而定義的嵌入式通信設備基礎平臺，基于這一點明確內涵、外延，才能切實地發揮該基礎平臺在實際設備開發中的承前啟后、軟硬件協同的作用[10]。因此定義此基礎平臺的內涵外延要進行因地制宜的思考和歸納，才能使該項目發揮出應有的作用。

2.2 技術積累和沉淀

技術積累和沉淀是進行基礎平臺研發的一個重要目標，通過基礎平臺的研發構建一個面向嵌入式通信設備的開發體系架構，充分發揮其可重用、可移植的特性，朝著通用化、標準化、系列化、模塊化、平臺化方向努力，對于提升信通所的設備開發能力大有裨益。要明確該目標，在基礎平臺研發中貫徹該目標，才能真正發揮基礎平臺的作用和意義。至于如何進行技術積累和沉淀，在形式和內容上，都需要進行一定的思考和總結，形成一套行之有效的方法。

2.3 平臺升級的技術風險

基礎平臺在歸納既有知識的同時，還需要根據設備開發的實際需要，進行同步的平臺升級，這其中就會涉及硬件系統升級、操作系統升級、中間件升級等諸多方面。因此構建一個滿足應用環境需求的穩定平臺是一個較為復雜的事情，需要進行全面的需求分析，詳細的設計規劃，務實的開發執行，這其中存在著較大的開發風險[11]。

3 結 語

綜上所述，基礎平臺存在著可管理、可重構、可復用、可移植等優點，從而為開發設備帶來了諸多優點：節

約人力成本、加快開發速度、提高產品的穩定性和可靠性等。利用此基礎平臺能夠很好地適應電力場合對通信設備不斷變化的要求。因此，因地制宜地研究和構建面向應用場合的設備基礎平臺是大有裨益的。

參 考 文 獻

[1]王勇，利韶聰，陳寶仁.電力通信業務應用及發展分析[J].電力系統通信，2010，31（10）：4447.

[2]趙子巖，張大偉.國家電網公司“十二五”電力通信業務需求分析[J].電力系統通信，2011，32（5）：5660.

[3]白瑞林，吳廣霖，吉峰.基于平臺和中間件的嵌入式系統軟硬件協同設計術[J].計算機工程與應用，2005，28（3）：104107.

[4]周學功.可重構嵌入式系統樣機平臺與操作系統研究[D].上海：復旦大學，2007.

[5]黃燁明，蘆東昕，謝世波.一種面向通信設備的嵌入式軟件平臺術[J].中興通訊技術，2004，11（4）：3740.

[6]李艷，方康玲，方紅萍.基于模態的嵌入式軟件動態重構技術研究[J].計算機科學，2012，39（2）：175178.

[7]李艷.嵌入式組態軟件設備通訊子系統的設計與實現[D].武漢：武漢科技大學，2009.

[8]袁琦.跨平臺嵌入式開發環境研究[J].電腦與電信，2008，12（11）：7781.

[9]丁英麗.嵌入式軟件開發平臺抽象層設計的一種思路[J].計算機工程，2006，32（6）：5963.

[10]謝麗榮，奚后瑋，馬新平.實時的嵌入式Linux在電力系統中的應用[J].江蘇電機工程，2005，24（7）：5557.

[11]貴軒，吳躍，繆敬.面向通信行業的嵌入式軟件開發平臺研究[J].成都信息工程學院學報，2004，19（3）：368371.