基于COLDFIRE MCF5270電力通訊管理機的設計

【摘要】介紹一種基于飛思卡爾MCF5270單片機的電力通訊管理機的設計，同時介紹了其硬件設計和軟件設計方案，通過配置軟件可方便地配置其所有通訊端口的協議、通訊參數等設置，并可進行遠程維護調試。

【關鍵詞】電力通訊MCF5270單片機

基于高可靠性硬件平臺的、采用IP技術的、符合相關IEC標準并兼容區域或廠商標準的“電力通訊管理機”已經成為電力自動化發展的方向。

一、硬件構成

1.1單片機

單片機選用COLDFIRE MCF5270芯片，MCF527X系列單片機是飛思卡爾針對于通用低端外設的聯接擴展和網絡市場空間飛速發展開發的高性能、低功耗32位單片機。其V2 ColdFire核心可在166MHz的時鐘頻率下提供159MIPS的處理能力，具有32×32位的增強型乘加運算單元和硬件除法器；8K的指令/數據緩存；豐富的外設，包括1個以太網通訊控制模塊，USB2.0全速模塊，3個UART，2個QSPI，I2C等。

1.2CPLD

CPLD芯片選用XILINX公司的XC9500系列器件的XC9572XL-10/TQ100，此芯片可以通過JTAG在線編程，由72個邏輯宏單元和1600個可用邏輯門。

1.3以太網接口芯片

常用的單口10M/100Mbps高速以太網物理層接口器件主要有RTL8201、DM9161等，均提供MII接口和傳統7線制網絡接口，可方便地與MCF5270接口。

1.4串口轉換芯片

ST16C554是一個整合4個通道的增強型異步通訊組件。它的每個通道能從外圍設備或MODEM接受數據，實現串-并轉換；同時，它也可以從CPU端接受數據，實現并-串轉換。CPU可以在工作時隨時查詢每一個通道的完整狀態，監視各種命令的執行和任何發生的錯誤。

1.5其他主要器件

（1）SDRAM：SAMSUNG K4S281632 128M程序運行時變量空間。（2）FLASH：SST39VF040存放程序代碼和用于液晶顯示的漢字庫。（3）DS1390：實時時鐘芯片。通過SPI接口與5270單片機連接。（4）SD卡：通過SPI接口與5270單片機連接。SD卡用來存放配置文件。

二、軟件設計

2.1操作系統移植

本設計采用μC/OS-Ⅱ操作系統，并在此基礎上加了μC/FS文件系統模塊和μC/TCP-IP協議棧模塊。作為一個實時內核，μC/OS-Ⅱ最多支持56個任務，其內核為占先式，總是執行就緒態的優先級最高的任務，并支持Semaphore（信號量）、Mailbox（郵箱）、Message Queue（消息隊列）等多種常用的進程間通信機制。

2.2應用程序介紹

系統上電時，完成初始化后開始讀取SD卡中的配置文件，配置文件總共有13個文件，包含了所有的系統配置參數；然后初始化系統變量，這時會置位循環標志；然后根據配置文件中各端口通訊參數的設置來初始化相應的通訊端口，這時會為每個使用到的通訊端口創建一個串口數據接受進程，該進程把該端口上接受到的數據存放到相應的緩沖區中去；然后再加載配置文件中各使用端口的通訊協議，系統會為每個通訊協議創建一個進程，該進程依據該通訊協議規則收發數據；然后再創建三個系統公共進程，一個是離線設備監視進程，用于清除設備離線訪問標志，一個是時鐘同步進程，用于設置設備對時標志，另外一個是SOE處理進程，把系統的SOE和遙信變位數據放到各個上傳調度緩沖區；所有進程創建完成后，會進入到主循環中，主循環中只做兩件事，一是讀取當前時間并顯示到液晶上，一是處理調度遙控命令。

三、配置軟件

配置軟件是針對本設計產品進行配置維護、對象建模和瀏覽調試的管理工具，運行于Windows NT/2000/XP平臺上，它通過網絡連接，配置各種運行對象、管理對象和控制對象，并提供運行狀態和系統信息的在線監測、通信調試和診斷，以及控制命令過程的執行情況在線監測。

四、結語

經過現場的實際使用，這種電力通訊管理機無論是現場工程調試，還是遠程管理維護都很方便，大大減少現場的工作量，具有配置簡單、維護便捷、結構小巧等優點，有良好的應用前景。

參考文獻

[1] Labrosse Jean J.μC/OS-Ⅱ———源碼公開的實時操作系統.邵貝貝譯.北京：中國電力出版社，2001

[2] Labrosse Jean J.嵌入式系統構件.袁勤勇譯.北京：機械工業出版社，2002