基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統的電子機箱智能監控技術

孟慶鵬，翟剛毅，朱慶彬

(1.海軍駐南京地區雷達系統軍事代表室，南京 210003；2.中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統的電子機箱智能監控技術

孟慶鵬1，翟剛毅2，朱慶彬2

(1.海軍駐南京地區雷達系統軍事代表室，南京 210003；2.中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

研究了基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統對VPX電子機箱實時智能監控的技術。完成了故障監測收集、控制、存儲和上報，解決了VPX電子機箱故檢和監控的技術問題，實現了VPX電子機箱的智能監控，方便故障定位和維修。

ARM處理器；uC/COS-II操作系統；VPX；智能監控

0 引 言

目前在電子機箱故障監測領域的技術研究和裝備研制中，主要采用通過CPLD或單片機收集各板卡故障電平信號的方法實現簡單的電子機箱故障檢測功能。由于受到采用的處理器和故障監測信息收集傳輸方法等原因的影響，在系統性能監控能力、系統工作檢查能力和故障隔離能力等方面存在不足。

本文采用基于ARM 處理器和uC/OS-II操作系統，通過監測總線對VPX電子機箱內各板卡進行故障收集、監測、記錄和上報，通過溫度感知自動調節散熱單元風機轉速，自動檢測機箱是否過溫，控制電源通斷保護板卡，實現VPX電子機箱的智能監控。

1 總體設計

VPX通用信息處理平臺主要由插箱、背板、電源模塊、散熱單元和各功能模塊組成。故檢接口模塊主要負責VPX電子機箱的故檢和監控功能。

故檢接口模塊的ARM處理器將收集的VPX電子機箱各板卡的溫度、電壓、故障等信息和散熱單元的故障、轉速等信息進行綜合處理，通過UDP網絡協議發送給后端上位機記錄故障狀態信息，同時控制風機轉速，實現VPX電子機箱故檢監測功能，達到智能監測的目的。系統的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統的總體框圖

2 硬件設計

故檢接口模塊由ARM處理器、溫度電壓電流監視芯片(LT2990)、鐵電存儲器和接口電路組成。

ARM處理器為故檢接口模塊的核心，負責故障分析和監控的主要運算；LT2990芯片監視電壓、電流和溫度信息；鐵電存儲器對故障和狀態信息進行存儲；接口電路負責對外的接口工作。

3 軟件設計

3.1 μC/OS-II的移植

為保證系統內的各種任務實時調度，本設計采用了μC/OS-II操作系統。

μC/OS-II是一個可裁剪的、源代碼開放的、結構小巧且可剝奪型的實時多任務內核，提供任務調度、任務間的通信與同步、任務管理、時間管理和內存管理等基本功能。將μC/OS-II移植到ARM處理器上，可以實現多任務處理，能夠實時地將VPX通用信息處理平臺各功能模塊溫度、電壓及故障信息通過UDP傳送給后端上位機，從而實現VPX電子機箱的智能監控。

μC/OS-II的移植就是對與處理器有關的代碼進行重寫或修改。將μC/OS-II移植到ARM處理器上，只需要對OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM三個相關的文件進行修改。μC/OS-II的文件結構及硬件的關系如圖2所示。

(1) 設置與處理器相關的OS_CPU.H文件

OS_CPU.H文件中定義了和處理器相關的一些設定，包括了用#define定義與處理器相關的常量、宏和類型定義，主要有系統數據類型定義、棧增長方向定義、關中斷和開中斷定義以及系統軟中斷定義等等。

(2) 設置與操作系統相關的OS_CPU_C.C文件

μC/OS-II在該文件中一共定義了6個函數，但最重要是OSTaskStkInit()，其他都是對系統內核擴展時用的。

OSTaskStkInit()是在用戶建立任務時由系統內部函數OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()調用的，對用戶任務的堆棧進行初始化，使建立好的進入就緒態任務的堆棧和系統發生中斷，并且將環境變量保存完畢時的棧結構一致，這樣就可以用中斷返回指令使就緒態的任務運行起來。

(3) 編寫6個匯編語言函數于OS_CPU_A.S文件

這部分需要對處理器的寄存器進行操作，所以必須用匯編語言來編寫，包括4個子函數：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。

完成以上3個程序的改寫，μC/OS-II就可以在ARM上正確運行了，實現對VPX電子機箱的智能監控功能。

3.2 算法設計

ARM處理器接收到網絡開機命令后通過TTL電平控制電源模塊。為了使各個功能模塊正常運行，系統對各個模塊采用了過溫保護。ARM處理器通過I2C總線對溫度傳感器LT2990芯片進行配置，根據讀取的VPX電子機箱的溫度信息采用脈沖寬度調制(PWM)對風機模塊轉速進行控制。當VPX電子機箱溫度過高時，發送溫度報警并向各個模塊發送溫度保護命令，對各個模塊起到過溫保護作用。

后端上位機定時通過UDP發送故障檢測命令，ARM處理器接收到命令，通過I2C總線將收集的VPX電子機箱各板卡的溫度、電壓、故障等信息和散熱單元的故障、轉速等信息進行綜合處理，通過UDP網絡協議發送給后端上位機記錄故障狀態信息，實現VPX電子機箱故檢監測功能。系統的ARM算法處理流程如圖3所示。

圖3 ARM算法處理流程圖

4 結束語

本文分析了基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統對VPX電子機箱實時智能監控技術的設計方法，并完成了拷機試驗。實際的使用結果表明，ARM處理器能夠實時地進行故障監測收集、控制、存儲和上報，方便故障定位和維修。

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Intelligent monitoring technology of electronic chassis based on ARM processor andμC/OS-II operating system

MENG Qing-peng1, ZHAI Gang-yi2, ZHU Qing-bin2

(1.Military Representatives Office of Radar System of the Chinese PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003; 2.No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The real-time intelligent monitoring technology of the VPX electronic chassis is studied based on the ARM processor and theμC/OS-II operating system. The technical problem of fault detection and monitoring of the VPX electronic chassis is solved through fault monitoring and collection, control, storage, and report, realizing the intelligent monitoring of the VPX electronic chassis which facilitates fault location and maintenance.

ARM processor; μC/COS-II operating system; VPX; intelligent monitoring

2014-02-27；

2013-04-15

孟慶鵬(1983-)，男，工程師，研究方向：雷達總體技術；翟剛毅(1978-)，男，高級工程師，研究方向：雷達信息處理；朱慶彬(1984-)，男，工程師，碩士，研究方向：信號處理。

TP316.84

A

1009-0401(2014)02-0059-03