基于ARM11的通信设备状态监测终端设计

陈安全， 周安栋， 罗 勇， 张伽伟

0 引言

在现行的故障诊断技术中，一般采用预防维护理念[1]，采用定期检修的方法，在规定时间内对其进行检修，或者在故障之后判断故障产生的原因，继而修复。这样的方法不仅不能及时发现设备故障，而且可能存在过剩检修的问题[2]。为了以更经济有效的方式检测通信设备的健康状况，及时了解通信设备的工作状态和性能情况，设计一个新的方案对通信设备实施在线监测，以保证通信设备始终处于良好的工作状态。

由于ARM11具有片上资源丰富，处理速度快，功能强，体积小等诸多优点[3]，将其应用到通信设备的状态监测中能够很好的提升控制的效率，实现监测系统的小型化和远程网络化，降低成本。文中设计了以ARM11嵌入式系统为核心状态监测终端，实现了对通信设备的各种性能指标采集，监测控制等。

1 通信设备监测终端需求分析

通信设备状态监测的核心部件是前端测试设备，也可称之为监测终端。虽然通信设备的种类繁多，但对通信装备的状态监测一般都离不开监测控制，参数测试和数据分析等几个重要部分。以短波发信系统的监测为例，暂定的状态监测方案结构组成如图1所示。

状态监测的流程大致如下：

1）控制台通过网络向监测终端下发监测指令，控制监测终端的启动，数据的采集，测试信号的产生等。

2）监测终端根据收到的控制台指令，产生并发射音频测试信号；监测终端根据电台工作频率方式，测量射频信号功率，并进行信号解调和采集。

3）控制台将状态监测的结果，放入状态监测数据库，以供数据分析。

4）分析监测数据，诊断设备的健康状况，并报警。

图1 发信系统状态监测系统组成

综上分析可知，通信设备状态监测终端主要有信号模块、数据采集模块、数据处理模块和控制模块等组成。控制模块控制着监测终端各个模块的工作，并负责处理终端的各类数据，对整个终端工作起着至关重要的作用，因此其在功能和性能上要求最高。由于监测终端是现场监测设备，就要求其占用尽可能少的空间，而基于 ARM11的嵌入式处理器不仅能在体积上满足要求，在处理和运算性能上也相当优越。

2 基于ARM11监测终端控制模块设计

控制模块是整个监测终端的核心，其主要负责以下几个方面的工作：接收控制台的各种指令，控制测试设备的工作，分析处理数据，显示监测结果。控制模块以微处理器为核心，将各类功能模块和硬件有机的结合起来，配合相应的驱动程序和应用程序，进而实现监测终端的各种功能。

2.1 监测终端的硬件结构

根据控制模块主要实现的各类功能，其设计主要分为硬件和软件两部分，其硬件的总体结构图如图2所示。

终端控制模块以ARM11为核心，包括信号采集、数据处理等模块，LCD监视屏、开关、键盘以及外围存储设备等。软件部分主要分为驱动程序和应用程序，驱动主要负责驱动网卡、串口、LCD屏、键盘和开关，应用程序主要负责与控制台的网络通信、与测试设备之间的通信、响应输入、LED状态指示以及模拟量的采集。

综合对监测终端的性能需求，要求嵌入式微处理器首先应该具有足够强的处理能力来采集处理监测数据；其次处理器的速度要足够快，监测终端与控制台之间的网络通信具有很高的实时性；再次处理器的片上资源要足够丰富，接口要有一定的拓展性，由于监测终端的控制模块由很多功能模块组成，而处理器必须能够为其提供足够的接口，为了系统功能的进一步完善还应该对各类接口保留一定的拓展性，此外监测终端控制模块还不能够影响到通信设备的硬件结构和工作状态，这要求处理器的体积尽可能的小，耗能尽可能的少，外围电路尽可能的简单。

图2 状态监测终端的硬件结构

从以上分析来看，ARM系列的处理器芯片均能够满足要求，但是在考虑到系统的扩展性、开发及运行效率，ARM11具有较高的处理性能。ARM11处理速度为533 MHz，最高可达667 MHz，比ARM7的66 MHz提高了近十倍[4]，极大地减少了系统的处理时间，提高了运行效率，此外ARM11接口资源比较丰富，具有更好的扩展性，因此监测终端的设计中，选择ARM11作为核心微处理器。S3C6410微处理器是韩国三星电子公司（Samsung Electronics Co.Ltd）推出的内核为ARM1176JZF-S的32位RISC嵌入式微处理器[5]，其内核基于ARMv6指令集架构，工作频率最高可达到667 MHz，低功耗仅为200 mW。

2.2 监测终端的软件结构

状态监测终端的控制模块是一个嵌入式系统，其通常有嵌入式处理器、操作系统、外围设备以及相关应用软件组成。由于Linux具有实时性，可裁剪性和强大的网络功能等优点，故选用Linux作为本监测终端的操作系统。整个监测终端ARM11控制模块的总体软件流程图如图3所示，以Linux嵌入式操作系统为基础，结合设计的相关硬件，实现设备控制，完成通信设备监测任务。

系统首先调用初始化函数对数据采集、状态指示、LCD显示等模块进行初始化，初始化后建立网络接收任务和外围设备输入检测两个任务。网络接收任务中系统工作为服务器模式，根据一定的通信标准协议接收网络数据，进入数据包处理任务，然后分类处理执行。外围设备输入检测任务用于检测各个外围设备如信号采集模块、开关和按键等是否有数据输入，若有则对其分类处理，需要发送的再调用网络发送数据。一个周期结束后，再回到网络接收和外围设备监测两个并行任务。

图3 监测终端程序总体流程

2.3 系统的调试

根据设计搭载好相应的硬件电路，加载相应的驱动程序和应用程序，对系统进行调试。首先通过网线连接好监测终端控制模块，运行上面的控制台程序，经调试，状态监测终端控制模块能够循环扫描键盘、模拟量输入、开关等设备状态数据，并且能够将收到的数据进行处理，并做出相应的动作如LED灯的控制命令就送到LED接口控制LED灯，信号采集控制命令就送到信号采集模块接口进行信号采集等。系统运行良好，并很好的实现了对通信设备的状态参数的采集和监测，实现了监测的网络化远程化。

3 结语

由于ARM11微处理器具有体积小、处理速度快、功能强大等诸多优点，并且具有实时性稳定性较好的网络功能[6-8]，在整个通信设备监测终端的控制模块中发挥了举足轻重的作用。整个监测模块终端很好地实现了对通信设备的在线监测和各种性能指标的采集，并能够通过网络发送设备的各类参数，实现了对通信设备健康状况的智能有效的监测。

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[7] 杨菲,周凤星.基于 ARM的蓝牙通信模块的设计与实现[J].通信技术,2011,42(07)：113-115.

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