智能終端軟硬件平臺設(shè)計

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)計成本高，研發(fā)周期長，產(chǎn)品平臺化、序列化差的問題，提出了基于AT91SAM9260的終端軟硬件平臺的設(shè)計。該平臺利用AT91SAM9260的資源優(yōu)勢，整合國網(wǎng)集中器、配變監(jiān)測終端、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)了可同時滿足多類終端軟硬件需求的整合平臺，保證了公司產(chǎn)品設(shè)計的高效性，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； 嵌入式開發(fā)； Linux

中圖分類號： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 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)市場且開發(fā)成本較低的產(chǎn)品研發(fā)方案來應(yīng)對市場的需要，河南許繼儀表有限公司的智能終端軟硬件平臺（以下簡稱終端平臺）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)庫開發(fā)出來了一個針對智能用電管理終端產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的嵌入式開發(fā)平臺，它支持集中器[1]、配變監(jiān)測管理終端、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，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)平臺和可靠的技術(shù)保障。

1 現(xiàn)狀分析

因各地市場需求不同，產(chǎn)品需要針對不同的市場需求進(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個市場（區(qū)域）安排一到幾個設(shè)計人員，由其全權(quán)負(fù)責(zé)該市場（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)來解決市場的差異問題。這樣做不僅要浪費(fèi)大量的時間和人力，產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量也很難保證，團(tuán)隊人員積累的技術(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個關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）避免過多的軟硬件設(shè)計時間；

（2）保證多用戶需求的同時盡可能降低成本；

（3）設(shè)計出的產(chǎn)品不需要太多時間測試即可保證產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量；

（4）經(jīng)驗(yàn)的積累和傳承；如何能同時做到以上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)平臺的辦法來解決這個技術(shù)性難題。

2 平臺特點(diǎn)及優(yōu)勢

軟件開發(fā)平臺是一種軟件開發(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)者有更多時間關(guān)注客戶需求，在項目的需求、設(shè)計、開發(fā)、測試、部署、維護(hù)等各個階段均可提供強(qiáng)大的支持。 平臺源于繁瑣的實(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)級客戶需求的軟件開發(fā)平臺應(yīng)運(yùn)而生。平臺是一段時間內(nèi)科研成果的匯聚，也是階段性平臺期的標(biāo)志，為行業(yè)進(jìn)入新的研發(fā)領(lǐng)域提供了基礎(chǔ)。由于平臺對企業(yè)核心競爭力的提升非常明顯，目前國內(nèi)的管理軟件市場，軟件開發(fā)平臺的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢[4]。

3 終端平臺設(shè)計

其中SGE800平臺硬件系統(tǒng)主要包括基于AT91SAM9260為核心的硬件平臺，該平臺利用9260自身豐富的資源優(yōu)勢，結(jié)合擴(kuò)展的硬件模塊電路組合而成。同時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；

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

下面將詳細(xì)介紹各個部分的功能。

3.1 SGE800平臺硬件系統(tǒng)設(shè)計

為了更好地做到平臺化，平臺硬件設(shè)計時就從模塊化考慮，將常用的硬件功能采用模塊化設(shè)計，并以模塊化電路的形式固化下來，通過對這些固化電路進(jìn)行嚴(yán)格測試并經(jīng)過現(xiàn)場長期驗(yàn)證后，最后才被放入硬件模塊庫中為以后的產(chǎn)品設(shè)計所用，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，滿足了產(chǎn)品最大化設(shè)計需求，然后通過采用配置文件的形式對硬件功能模塊進(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)品平臺化、工程化的目的。

3.2 平臺開發(fā)包設(shè)計

3.3 業(yè)務(wù)平臺設(shè)計

業(yè)務(wù)平臺，顧名思義就是為業(yè)務(wù)服務(wù)的一個開發(fā)平臺，它把與業(yè)務(wù)相關(guān)的資源全部整合起來，形成了一個業(yè)務(wù)相關(guān)的功能模塊庫，類似于Delphi 或者C#開發(fā)工具中自帶的控件庫[8]，為終端軟件應(yīng)用的快速開發(fā)設(shè)計提供了可以直接調(diào)用的功能類庫，極大提高了軟件開發(fā)設(shè)計的效率和質(zhì)量。目前的業(yè)務(wù)平臺已經(jīng)集成了控制、狀態(tài)燈、遙信、存儲、數(shù)據(jù)流設(shè)備、顯示、按鍵、采集、事件、統(tǒng)計、對時、檔案等終端常用的功能模塊，在平臺應(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，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)計效率，減少了現(xiàn)場服務(wù)和維護(hù)工作。

4 終端平臺總體設(shè)計規(guī)劃

（2）終端平臺產(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）主板軟件按平臺化設(shè)計：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、計量數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)，并向底板計量CPU下發(fā)計量用參數(shù)，從計量板獲取計量結(jié)果，產(chǎn)生各種實(shí)時和歷史數(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）主板通過控制信號線獲取上行通信模塊硬件版本，對上行通信模塊進(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[10]等功能。

（7）當(dāng)用于集中器主板時，主板通過控制信號線獲取載波（或無線）通信模塊硬件版本，對載波（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，主板通過控制信號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，1#、2#RS 485通信口為主方；當(dāng)用于多功能表主板時，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，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，設(shè)為主方；用于級聯(lián)時，作為主終端時設(shè)為主方，作為從終端時設(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、整機(jī)功能測試。

（11）直流量采集用于測量溫度、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

為了保證軟件平臺能對多套規(guī)約進(jìn)行兼容，同時把在規(guī)約修訂或者擴(kuò)展時對平臺的影響降到最小，在平臺設(shè)計時，首先通過對各種現(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，通過在軟件處理時對數(shù)據(jù)存儲位置、存儲空間、存儲類型、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)平臺的定義、配置、管理、通信和存儲模式，為提升終端軟件平臺的靈活適應(yīng)能力打下了良好的基礎(chǔ)。

為了最終達(dá)到終端軟件不對規(guī)約和功能需求產(chǎn)生較大的依賴，軟件設(shè)計時將測量點(diǎn)、數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)行為進(jìn)行關(guān)聯(lián)配置設(shè)計，通過配置功能可對數(shù)據(jù)項和數(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）軟件平臺設(shè)計時盡量將終端作為采集裝置的角度進(jìn)行設(shè)計，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、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)項目（測量點(diǎn)、采集項目、采集間隔、測量點(diǎn)相關(guān)參數(shù)等）通過項目配置方案下發(fā)給終端來完成；

（4）項目配置方案包括測量點(diǎn)的編號、地址、使能標(biāo)志、上行規(guī)約編號、數(shù)據(jù)解析使能標(biāo)志、數(shù)據(jù)長度，下行規(guī)約編號、采集數(shù)據(jù)項目數(shù)量、數(shù)據(jù)項目標(biāo)示、通信端口號、波特率、啟動時間、采集頻率、存儲標(biāo)志等；

（5）終端數(shù)據(jù)存儲根據(jù)項目配置方案中數(shù)據(jù)項目標(biāo)示、存儲標(biāo)志進(jìn)行存儲，存儲內(nèi)容根據(jù)數(shù)據(jù)解析使能標(biāo)志、數(shù)據(jù)長度等項目內(nèi)容進(jìn)行分類，需要解析的直接存儲解析數(shù)據(jù)，不需要解析的直接存儲返回數(shù)據(jù)報文；

（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

終端平臺是針對智能用電管理終端產(chǎn)品設(shè)計的嵌入式開發(fā)平臺，它采用AT91SAM9260作為核心處理器，Linux作為平臺操作系統(tǒng)，SQLLITE作為平臺應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，可以支撐集中器、配變監(jiān)測管理終端、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，對于提高新產(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、平臺化起到了良好的促進(jìn)作用。

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