嵌入式設備的通信故障檢測研究

摘要：嵌入式設備使用高效、方便，應用廣泛。嵌入式設備在應用的系統中起著重要的控制決策作用，所以有必要及時檢測防止嵌入式設備發生故障，保障嵌入式設備的正常、穩定工作。本文進行了嵌入式設備故障檢測和診斷硬件和軟件設計，具有很強的工程應用性，在實踐中具有較高的應用價值。

關鍵詞：嵌入式設備 通信 故障檢測

0 引言

嵌入式設備使用高效、方便，在現代工業控制領域，嵌入式設備可以根據系統特殊使用要求，通過多通訊接口接入系統進行工作。嵌入式設備使用方便，同時技術先進、結構復雜，具有較多功能，嵌入式設備在應用的系統中起著重要的控制決策作用。所以，防止嵌入式設備發生故障，保證嵌入式設備能夠正常、持續地工作是十分重要的，在應用嵌入式設備時需要對嵌入式設備進行及時的故障檢測和監測，在應用中有著極為重要的現實的意義。

嵌入式設備具有體積小、重量輕、功耗低便于移動的特點，所以經常根據需要，把嵌入式設備接入到應用系統中進行工作。為了保障嵌入式設備正常功能的發揮，需要有可行的嵌入式設備故障檢測方法。本文對多串行通訊嵌入式設備故障檢測進行了研究，提出充分利用嵌入式設備多串行通訊資源，實現對嵌入式設備故障檢測和故障診斷的方法，以保障嵌入式設備的有效使用。本文基于對車載GPS導航系統故障檢測的研究，從故障檢測和診斷系統的硬件設計、故障檢測和診斷系統的故障檢測和診斷方法及故障檢測和診斷系統的軟件實現三個方面，提出了對嵌入式設備進行故障檢測的方法。本文的研究可以被其他嵌入式設備故障檢測所借鑒，在實踐中有著重要的應用價值。

1 嵌入式設備故障檢測的依據

對嵌入式設備進行故障檢測，主要是利用嵌入式設備多串行通訊資源，基于以下的數據基礎：①串行通訊接口傳輸數據內容質量，反映了嵌入式系統整機通訊性能。所以通過數據質量可以判斷是否存在故障。通過串行交互式通訊方式判斷嵌入式設備系統反饋信息，對反饋信息進行檢測，就可以判定嵌入式設備是否存在故障。②串行通訊數據在嵌入式設備各元件中傳輸，所以串行通訊數據的質量反映了嵌入式設備是否完好，如果串行通迅數據有問題，說明嵌入式設備可能出現故障，根據通讀數據的異常可以判斷嵌入式設備故障的種類。

2 嵌入式設備故障檢測的硬件設計

本文的研究對象是一種車載GPS導航系統，車載GPS導航系統主要在野外環境下使用，車載GPS導航系統有多個串行通信接口，通過串行通信接口進行工作，實現野外工作的定位、導航。硬件設計的實現，是為了通過GPS導航系統故障檢測設備硬件設計提供六個串行通訊口資源，通過GPS導航系統故障檢測設備硬件設計建立數據傳輸通道的連接，通過數據質量對GPS導航系統進行故障檢測。

車載GPS導航系統故障檢測設備進行中央處理單元設計時，采用嵌入式CPU模塊ETX為車載GPS導航系統故障檢測設備中央處理單元。在車載GPS導航系統故障檢測設備設計中，由于ETX模塊提供的串行通訊口資源功能有限，有限的通訊口使得故障檢測硬件設計在技術上無法實現，需要進行擴展串行通訊口。在進行車載GPS導航系統故障檢測設備設計時，需要了解ETX模塊中斷資源并進行利用，對ETX模塊總線資源也需要進行評估和充分利用，在了解現有資源的基礎上，根據短缺情況，基于ISA總線進行串口的擴展，進行車載GPS導航系統故障檢測設備硬件設計。車載GPS導航系統故障檢測設備設計時，異步串行接口芯片TL16C5544被用來進行串口的擴展，使用CPLD芯片進行多串口中斷源和地址譯碼控制。

在車載GPS導航系統故障檢測設備設計中，異步串行接口芯片TL16C554進行嵌入式設備數據的串/并切換。一片TL16C554由4個增強型TL16C550異步通訊單元構成，4個增強型TL16C550異步通訊單元可以擴展，通過擴展形成4路UART接口。在用異步通訊單位進行4路UART接口擴展時，芯片選通管腳（CS[A..D]）根據需要分別選通UART接口。車載GPS導航系統故障檢測設備設計中程序讀寫TL16C554內部寄存器控制，車載GPS導航系統故障檢測設備設計中寄存器的選取由ISA總線地址線低三位（SA[0..2]）實現。

車載GPS導航系統故障檢測設備設計中，CPLD主要用于設計地址譯碼電路和多中斷源控制電路。對宏單元和管腳進行硬件設計時，使用EPM7032款芯片進行設計。為使檢測設備選中擴展的4路UART接口，輸入譯碼電路要利用地址線SA，在譯碼電路輸出設計中，將譯碼電路輸出分別連至異步串行接口芯片TL16C554的四個片選端（CS[A..D]）。車載GPS導航系統故障檢測設備設計中，中斷請求通過ISA總線的IRQ5進行，CPU檢測中斷端口的IIR寄存器來判斷中斷的串行端口，通過中斷處理程序對中斷進行處理。為防止嵌入式設備檢測時中斷阻塞發生，通過中斷允許寄存器（IER）屏蔽端口中斷，這樣CPU就可以順利進行中斷處理程序。

3 嵌入式設備故障檢測和診斷方法研究

嵌入式設備故障檢測，一般采用定性分析方法分析故障的性質，本文研究通過故障樹方法進行嵌入式設備故障的檢測。

嵌入式設備具有較高的技術含量，對嵌入式設備的用戶來說是難以清晰了解的，嵌入式設備內部電路技術先進，原理復雜，涉及跨學科的學識，用戶很難全面了解嵌入式設備的原理和結構。嵌入式設備元件很多，連接復雜，電路板間具有耦合效應，所以進行嵌入式設備故障的定量檢測是非常復雜的。為了進行恰當的處理，在嵌入式設備故障檢測中，首先需要采用定性分析的方法確定嵌入式設備故障的性質。故障的檢測與分析是依靠“發送-接收-判斷”的模式來實現的。分析嵌入式設備的功能是否正常，根據輸入輸出檢測數據，與設定的正常狀態數據進行對比，定性預測嵌入式設備的表現是否正常。嵌入式設備接口資源是面向用戶進行設計的，所以采用串行通訊口進行嵌入式設備故障檢測。

嵌入式設備故障檢測與診斷，可以采用故障樹的分析方法實現。進行嵌入式設備的故障樹分析，以數據傳輸路徑為故障檢查的依據，依次檢測串口通訊故障，建立嵌入式設備故障樹檢測模型。向嵌入式設備發出檢測數據，根據嵌入式設備反饋數據，比較檢測前設定的正常設備設定數據，判定嵌入式設備反饋數據是否正常，診斷嵌入式設備是否存在故障，如發生故障根據反饋數據與設定數據的差異尋找故障原因。在嵌入式設備故障分析中，采用故障樹分析方法時，將把嵌入式設備故障定位到板級，這樣可以有利于故障數分析在板與板之間依次進行。

4 嵌入式設備故障檢測與診斷的軟件設計

嵌入式設備故障檢測與診斷軟件采用模塊化設計，以嵌入式設備故障檢測與診斷軟件為核心，從底層嵌入式設備故障檢測與診斷測試硬件驅動，到嵌入式設備故障檢測與診斷應用程序開發在內的所有環節。嵌入式設備故障檢測與診斷軟件設計中，嵌入式設備故障檢測與診斷驅動層，溝通了嵌入式設備故障檢測與診斷軟件設計平臺和硬件設備，嵌入式設備故障檢測與診斷驅動層由接口驅動和Windows API組成。嵌入式設備故障檢測與診斷軟件設計中為了達到較好的人機交互效果，采用Windows 7操作系統進行嵌入式設備故障檢測和診斷程序操作。在本文研究中，嵌入式設備故障檢測與診斷軟件主要通過VC++來進行設計，這樣可以有效地減小代碼的編寫量。嵌入式設備故障檢測與診斷軟件中，嵌入式設備故障樹以對象類表示，包括嵌入式設備故障樹相關信息、規則庫、解釋模塊等。為保證嵌入式設備故障檢測與診斷時串行通訊的可靠性，嵌入式設備故障檢測與診斷軟件設計中串口通訊部分采用軟件實現循環冗余校驗（CRC）。嵌入式設備故障檢測與診斷軟件設計中采用第三方編寫的多線程串口通訊類C Serial Port。

5 結束語

本文進行了嵌入式設備故障檢測和診斷設計，達到較好的嵌入式設備故障檢測和診斷目的。本文的研究具有很強的工程應用性，在實踐中具有較高的應用價值。

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