嵌入式技術的工業通信管理機的開發及應用

馬澤海

[摘 要] 通信管理機是企業自動化和信息化中實現各類設備和系統互聯與集成的重要設備，在企業通信管理機中應用嵌入式技術能有效解決通訊方式和通訊協議多樣化問題，有利于提高系統的互聯集成能力，增加系統穩定性。本文就嵌入式技術在工業通信管理機中的開發和應用進行了探討，具有一定理論價值與技術應用價值。

[關鍵詞] 通信管理機；工業自動化；嵌入式技術；系統集成

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 10. 021

[中圖分類號] F272.7；TM73 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）10- 0034- 02

1 引 言

在現代工業系統中，涉及大量設備、系統的互聯和集成，但不同設備、不同系統間，往往采用了不同的通信標準和通信協議，這給系統集成與互聯帶來極大的困擾，在工業應用中需要投入大量工程技術人員，耗費大量時間和精力來解決異構系統的互聯通信問題，降低了設備和系統的經濟性、安全性和可靠性，極容易因為一些偶然因素而造成系統崩潰甚至滋生重大風險。對工業自動化設備和信息系統進行二次開發，構建起更為安全可靠的通信管理系統，對提升工業通信控制水平極為重要。嵌入式系統以應用為中心，以計算機技術為基礎，有效地提升了系統的功能拓展能力和可靠性，能極大地提升工業知識集成能力，在工業通信管理機中有極高的應用價值。下面，本文就嵌入式技術在工業通信管理機中的開發和應用進行簡要的探討。

2 嵌入式技術簡介

嵌入式技術是應用專用的計算機系統作為裝置或設備的一部分，面向用戶、面向產品、面向應用的先進技術。利用嵌入式技術構建嵌入式系統，能有效地提高系統應用效率，去除系統冗余，更好地針對系統用戶的具體需求提供理想的性能和功能，是一種技術密集、高度分散，充分融合了計算機技術、半導體技術、電子技術的知識集成系統。目前，大多數嵌入式系統都采用32位處理器，使得嵌入式系統的性能有了極大的提高，構建起了高度專業化的計算機系統，在實踐應用中能提供較長的生命周期。同時，由于嵌入式系統的軟件通常固化在只讀存儲器中，與通用計算機軟件有很大的區別，需要更強的繼承性和技術銜接性，因此整體發展更為穩定。隨著嵌入式技術的發展，目前嵌入式系統在任務調度、同步機制、中斷處理、信息傳輸等方面的性能都有了很大的提高，并具有強大的功能拓展能力，具有極高的適應性。

3 工業通信管理機應用分析

3.1 工業通信架構需求

在目前工業通信體系中，通常包括監控系統、通信網絡、自動化控制、數據傳輸等多個體系。工業生產自動化程度的不斷提高，需要對整個工業生產自動化體系內處于分散狀態的生產過程、設備狀態進行集中監視、控制和統計管理，工業通信系統承擔著極為重要的責任，綜合了自動控制技術、計算機技術、現代通信技術等多個方面的技術，形成了一個覆蓋工業生產過程各個環節的綜合系統，而其中遠距離的人機信息交互是這一系統的核心需求，以滿足包括如遙控、遙測、遙調、遙信等遠動技術的需要。此外，工業通信體系中，涉及大量智能模塊，包括如變壓器保護、電容器保護、線路保護、自動控制、智能操作等模塊，這些模塊處于工業通信系統中，使得工業通信系統內部存在大量的數據通信，以滿足各子系統內部及子系統之間的信息傳輸與信息共享需要，因此實現設備、系統的共聯互通極為重要。但目前，由于數據傳輸規約的統一標準化還不夠完善，并沒形成統一、規范的標準體系，造成工業通信體系的共聯互通中存在大量規約轉換問題，既增加了人力物力的耗費，又降低了系統運行的可靠性。

3.2 通信管理機工作機制

通信管理機是工業通信系統中的主單元，通常位于通信系統主控層，用以完成各個設備、系統之間的信息交換工作，實際上是對整個通信系統進行控制。由于工業系統中設備、系統多樣復雜，各類通信協議、通信接口摻雜于整個系統之中，為了使設備、系統之間的信息交換工作得到良好的保障，通信管理機應當有強大的通信能力，以適應整個系統中不同通信接口、通信方式、通信協議之間的協調集成工作，疏通系統中的信息交換障礙。而這些問題，都需要通信管理機在硬件和軟件方面來滿足。目前常用的通信管理機主要分為工控機硬件平臺和嵌入式處理器硬件平臺兩大類，工控機硬件平臺的通信管理機主要以軟件來完成通信管理，在應用中不需要單獨開發硬件平臺而采用標準的工控機，但在實際應用中根據不同企業的需要還需要增加各類輔助設備，包括如終端服務器、轉換設備、網絡集線器等；嵌入式處理器硬件平臺的通信管理機，則是面向用戶開發設計，有較強的針對性，整個系統經過特殊處理和設計，擁有較強的擴展能力和轉換能力，相對于工控機硬件平臺的通信管理機更具有針對性，適用性更高。

4 嵌入式通信管理機開發應用

4.1 嵌入式通信管理機硬件結構

嵌入式硬件設備通常包括嵌入式處理器和外圍接口兩個部分，其中嵌入式處理器是整個系統的核心，嵌入式處理器并不是普適性處理器，而是針對特定用戶專門設集的處理器，在芯片內部集成了大量特定功能；外圍繞接口是嵌入式系統的輔助功能部件，用以支撐存儲、通信、調試、顯示功能，包括如存儲設備、通信設備、顯示設備等。由于工業應用中，設備環境復雜、現場通信標準多樣，硬件設備必須要能兼容多種現場總線模式，兼容和支持多種接口，同時還應當充分結合以太網技術的開放性和擴充性，構建起低功耗、高可靠、多功能的硬件系統。

4.2 嵌入式通信管理機軟件結構

嵌入式通信管理機軟件系統需要具有很強的實時性、硬件協調性、軟件固化性、應用專業性的特點，由于嵌入式通信管理機存儲器芯片容量有限，往往需要對標準的嵌入式系統進行小型化裁剪處理，構建起適合特定工業應用場合的嵌入式軟件系統。同時，還需要降低系統的開發成本，拓展系統的硬件平臺應用能力，并保障系統的性能和網絡支撐能力。目前，在嵌入式軟件系統中，為了實現多種通信管理機制，往往采用將從多接口程序作為一個大集合提供獨立線程調用的方式，或者為每個接口程序建立單獨文件構建單一線程調用的方式，這兩種方式各有優點，不過考慮工業通信管理機的拓展能力，采用每一通訊接口提供單一執行程序的方式具有更高的實用性。

主要參考文獻

[1]陳杰，杜偉春.基于嵌入式技術的工業通信管理機的開發及應用[J].電力系統保護與控制，2010，38（11）.

[2]武苗苗，郭雯雯.嵌入式Linux操作系統通信管理機的設計研究[J].電子技術與軟件工程，2013（10）.