基于ARM-Linux的鐵路電力遠動終端的研究和實現(xiàn)

焦現(xiàn)偉

（鄭州鐵路局工程管理所，河南 鄭州 450000）

基于ARM-Linux的鐵路電力遠動終端的研究和實現(xiàn)

焦現(xiàn)偉

（鄭州鐵路局工程管理所，河南 鄭州 450000）

在我國的鐵路電力系統(tǒng)中，遠動系統(tǒng)對配電所的貫通、自閉以及信號等方面具有重要的作用。作為此系統(tǒng)中重要組成部分的遠動終端，其作用主要是對數(shù)據(jù)進行采集，同時能夠起到對開關(guān)的監(jiān)控作用。在本文中，將就給予ARMLinux的鐵路電力遠動終端的研究與實現(xiàn)進行一定的分析與探討。

ARM-Linux；鐵路電力遠動終端；實現(xiàn)；

隨著我國社會的飛速發(fā)展，我國的鐵路建設(shè)也在這個過程中得到不斷的提高。在鐵路系統(tǒng)中，遠動系統(tǒng)是一項非常重要的系統(tǒng)，在鐵路的正常運行中占據(jù)著重要的位置。其由主站監(jiān)控中心、被控設(shè)備與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備進行組成。它的作用主要是用于對10KV電力系統(tǒng)的電力運行情況進行及時的控制與檢測。

1 當前鐵路電力遠動裝置存在的問題

在我國當前所使用的遠動裝置中，雖然都能夠較為良好的滿足所需要的部分功能，但是無論在其工程應(yīng)用上還是在其自身工藝的制造上都存在著明顯的不足。首先，其裝置內(nèi)核承載的CPU對于我國現(xiàn)今一些較為高端的技術(shù)設(shè)備的CPU相比，其在運算速度與運算能力上還存在著明顯的不足。其次，在部分廠商的裝置中，不能夠很好的滿足我國目前鐵路系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量逐年增大的要求，這就使得雖然一部分廠商制造出的RTU設(shè)備雖然對其數(shù)據(jù)的采集與檢測數(shù)量進行了明顯的提升，但是其在通信過程中的性能與兼容能力的表現(xiàn)卻極其有限。最后，我國目前遠動裝置中通信協(xié)議的靈活性還是表現(xiàn)一般，其性能還有待提升，同時，其在對于設(shè)備進行維護工作時，其方法途徑也較為單一。而這些問題對于我國目前的鐵路系統(tǒng)亟需加以解決。

2 遠動終端系統(tǒng)方案的研究與實現(xiàn)

在對于我國當前鐵路電力系統(tǒng)中遠動設(shè)備的重要性以及目前狀況進行了一定的了解之后，就應(yīng)當根據(jù)其良好運用性為設(shè)計的主體原則，對其進行一定的優(yōu)化。在對其進行正式設(shè)計之前，我們應(yīng)當對遠動系統(tǒng)的需求進行簡單的分析。

2.1 功能需求分析

對于遠動裝置進行設(shè)計的過程中，應(yīng)當首先保證其擁有良好的通用性。這就需要其能夠較好的同時具備STU、FTU、RTU等基本功能，同時，其還應(yīng)當具備遠動終端最重要、也是最基本的遙控、遙調(diào)、遙信與遙測功能，另外，對于設(shè)備故障，進行及時的監(jiān)控、錄波功能也不可缺少。

2.2 對于核心CPU的選擇

遠動終端作為嵌入式設(shè)備的一種，CPU就是其整個系統(tǒng)最關(guān)鍵、同時也是最不可缺少的核心之一。在我國以往的遠動終端中，通常都使用較為古老的DSP處理器與單片機，而隨著我國鐵路電力事業(yè)的發(fā)展，對于其中所使用CPU的性能要求也就更高。對于現(xiàn)今市場上存在的CPU中，單片機由于其年代較為古老，適用于一些簡單的控制操作與采集操作，其性能較為有限。DSP則具有較為優(yōu)秀的運算能力，適用于一些數(shù)據(jù)量較大的設(shè)備工作。而ARM處理器具有著較強的兼容性，其不僅能夠勝任遠動設(shè)備的控制與通信功能，還能較好的進行絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)運算。同時其還具備較好的拓展性，從而能夠良好的支持嵌入式系統(tǒng)。根據(jù)以上CPU特點，我們選擇了ARM處理器作為我們遠動設(shè)備的CPU。

2.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)我們的實際需求，我們以ARM+DSP+MCU為設(shè)備的硬件架構(gòu)，同時采用分布式設(shè)計，將其內(nèi)部細節(jié)的各個模塊通過插件的方式將其安裝到機箱之中。同時通過主板來實現(xiàn)設(shè)備的基本通信功能與控制功能，通過遙測板來實現(xiàn)交流、直流電的電量模擬，通過遙信板對開關(guān)的實時狀態(tài)進行準確的采集，通過遙控板對繼電器外部負荷的操作開關(guān)進行實現(xiàn)。最后在以上多個模塊的良好協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)最終的通信工作。

對于遠動設(shè)備的供電模式來說，我們可以選擇主板充電的方式對其運轉(zhuǎn)進行保證。通過選擇的ARM11為設(shè)備的處理器，其667MHz的高主頻與128M的RAM能夠有效滿足設(shè)備的各項工作要求。同時，通過Bootloader作為設(shè)備的引導程序、Linux作為設(shè)備的嵌入式內(nèi)核來使設(shè)備的功能達到最優(yōu)。最后還應(yīng)當在其網(wǎng)絡(luò)接口處以一主一備的方式，對主站和其通道處的狀態(tài)同時進行監(jiān)測，當主通道出現(xiàn)問題時，其備用通道就能夠及時的喚醒，并通過對數(shù)據(jù)進行召喚的方式使故障得以自行切換，從而保證主站與子站之間的通信保持正常。

2.4 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇

對于目前的嵌入式操作系統(tǒng)來說，通常都會選擇Linux系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)是現(xiàn)代嵌入式操作系統(tǒng)中較為常用的操作系統(tǒng)，并且被廣泛的應(yīng)用于終端軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。Linux操作系統(tǒng)具有開放、穩(wěn)定、多任務(wù)、多體系、可定制等一系列優(yōu)點，對于移動終端的軟件開發(fā)有著明顯的優(yōu)勢。Linux操作系統(tǒng)自身的源碼具有開放性，相對軟件數(shù)量眾多，各種豐富的資源極大的提高了Linux操作系統(tǒng)的實用性。Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)人員可以根據(jù)自身的具體需求，對于相應(yīng)的產(chǎn)品進行二次開發(fā)與定制，并且自主進行驅(qū)動代碼的優(yōu)化與調(diào)整。Linux操作系統(tǒng)的軟件資源十分豐富，在進行系統(tǒng)終端的設(shè)計中，直接通過相關(guān)軟件資源的獲取，節(jié)省了大量的開發(fā)時間，并且降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度。Linux操作系統(tǒng)具有穩(wěn)定、強大的內(nèi)核功能，并且在特定的工程現(xiàn)場，可以保證穩(wěn)定運行，并且通過對于多任務(wù)處理的支持，有效的提高了軟件終端的處理效率。Linux操作系統(tǒng)支持多種系統(tǒng)架構(gòu)，并且支持主流的CPU，有效的提高了軟件的通用性與可移植性，促進了移動終端的廣泛應(yīng)用。Linux操作系統(tǒng)具有科學的網(wǎng)絡(luò)與文件管理機制，并且支持的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)種類與文件格式眾多，在日常應(yīng)用中與其他類型的操作系統(tǒng)有著良好的通用性。另外，Linux操作系統(tǒng)的相關(guān)開發(fā)軟件環(huán)境較為成熟，開發(fā)人員可以有效地控制開發(fā)周期，保證開發(fā)效率。

2.5 軟件系統(tǒng)設(shè)計

在終端軟件系統(tǒng)接電或者復位時，通過Bootloader進行啟動，并且對于初始化硬件進行引導，讀取RAM、NandFlash、網(wǎng)卡設(shè)備等，然后進行Linux內(nèi)核的啟動，掛載其它地址開關(guān)和相關(guān)驅(qū)動設(shè)備。然后，Linux根文件系統(tǒng)與其它相關(guān)文件系統(tǒng)完成加載，并且對于系統(tǒng)的配置文件的相關(guān)信息進行讀取。最后，主板上的應(yīng)用與其他服務(wù)啟動，建立終端內(nèi)部的CAN通訊，實現(xiàn)遙控、遙信等設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，同時進行系統(tǒng)內(nèi)部的調(diào)度。與此同時，遙信板對輸入端子進行電平掃描與采集，進而對于遙信狀態(tài)的變化進行確定。遙測板在終端系統(tǒng)上運行時，開始采集，并且對于模擬量進行采集，最終對采集數(shù)據(jù)進行計算與處理，從而實現(xiàn)電壓、電流、功率等有效值地輸出。對于輸出的數(shù)據(jù)，終端設(shè)備的處理器進行計算與比較。如果超過了閥值，就第一時間進行上傳，主板對于上傳數(shù)據(jù)進行分析和處理，從而完成相關(guān)的操作。終端主板的啟動過程中，需要依靠相關(guān)軟件進行功能的實現(xiàn)，并且保證Linux操作系統(tǒng)中Bootloader、Linux內(nèi)核與Linux根文件系統(tǒng)移植的完善有效。

3 結(jié)語

總的來說，遠動終端設(shè)備在我國的鐵路電力系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位。這就需要我們在設(shè)計過程中，一定要在對硬件設(shè)備以及軟件設(shè)備進行良好選擇的前提下，對其進行合理、有效的設(shè)計，從而制造出擁有優(yōu)良性能的遠端設(shè)備。

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U223.6

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1671-0711（2017）10（下）-0180-02