基于ARM9和Linux系统的状态监测代理系统开发

韩卫东

(杭州东信电力科技有限公司，浙江 杭州 310011)

0 引言

随着信息化技术的发展，以嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为核心的嵌入式技术是近年来一个新的技术发展方向，目前得到了广泛的应用。在所有的32位嵌入式微处理器中，以ARM公司的32位IP核为基础的ARM嵌入式微处理器，因其高性能、低成本、低功耗、小体积、以及完整的产业链支持，占据32位嵌入式微处理器绝大部分市场份额[1]。

嵌入式片上系统(SOC)是追求产品系统最大包容的集成器件。SOC最大特点是成功实现了软硬件的无缝结合，直接在处理器的片内嵌入操作系统的代码模块。而且SOC具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，实现一个复杂的系统[2]。目前基于ARM9内核的SOC芯片分为通用和专用两大类，通用 SOC芯片生产厂商众多，有Samsung(S3C24系列)、Cirrus logic(EP93系列)等，其中AtmelSAM9260是美国爱特梅尔科技公司(ATMEL)生产的具备多种功能SOC芯片，是一款性价比极高的芯片。

1 行业背景技术

输电线路状态监测系统是智能电网建设输电环节的重要组成部分，是实现输电线路状态运行检修管理，提升生产运行管理精益化水平的重要技术手段[3]。

目前国内已有多家研究机构和公司研制开发出多种输电线路本体、气象及通道环境监测装置，包括导线温度、导线微风振动、舞动、绝缘子串风偏、绝缘子泄漏电流、盐密、杆塔倾斜、杆塔振动、微气象、图像、视频、杆塔防盗等监测装置，这些装置已在特高压交流示范工程、30多个大跨越线路、跨区线路等重要线路投入使用。

目前相关厂家提供的产品和系统均自成体系，采用的通讯规约、数据接口和实现的功能各不相同，造成信息分散、重复建设等局面，不能体现规模效益，已有的区域性集中监测系统，存在系统互联性不够、信息整合程度不高等情况，难以满足智能电网发展的要求。

2 基于AtmelSAM9260系统状态监测代理系统(CMA)硬件设计

2.1 系统硬件设计结构图(见图1)

图1 CMA硬件结构图

2.2 AT91SAM9260主要特性如下

主频200 MHz，ARM926EJ－S处理器，16 KB指令 CACHE，16 KB数据CACHE，内嵌MMU，支持Linux、WindowsCE等操作系统，内嵌80 KB SRAM，具有DSP扩展指令，JAVA硬件加速，拥有220 MIPS的运算性能;拥有2D图形协处理器，提升显示性能[4]。

3 基于AtmelSAM9260系统状态监测代理系统(CMA)软件设计

3.1 状态监测代理装置(CMA)应用系统体系架构(见图2)

图2 CMA应用系统体系架构图

3.2 状态监测代理装置(CMA)软件总体方案

3.2.1 系统软件部分

嵌入式操作系统选用 ARM-Linux－2.6.20，

内嵌如下网络协议栈[1]:

TCP/IP Library.HTTP、HTML、ICMP、IGMP、TCP、UDP、ARP、SNMP、PPP、IP、FTP、DHCP、DNS、TELNET、NFS、

具备的网络功能如下:

支持Internet互联，并保持双向数据传输，VPN隧道技术，路由与虚拟地址转换服务(NAT)，支持SNMP网络监控，寻找方式:IP直接寻找和域名寻址。

3.2.2 应用软件部分:

状态监测代理装置与现场在线监测装置通过TCP/IP形式进行数据通信，通信规约采用国家电网公司文件(1738号)制定的I1接口规约;同时状态监测代理装置与后台WebService服务器采用基于SOAP协议进行通信，通信规约采用国家电网公司文件(1738号)制定的I2接口规约。

图3为应用软件总体结构流程图

图3 应用软件总体结构流程图

4 基于AtmelSAM9260系统状态监测代理系统(CMA)系统特色功能

(1)实现了监测数据报文全面解析和发送，包括如下监测数据类型:微气象数据、杆塔倾斜、微风振动特征量、导线弧垂、导线温度、敷冰拉力、风偏、导线舞动、绝缘子污秽。

(2)实现工作状态报文格式解析和发送，包括:心跳信息、装置工作状态信息、装置故障状态信息。

(3)实现远程图像报文格式解析和发送，并在WebService服务器实现数据报文的解析和图像合成功能。

(4)实现一台状态监测装置和多台现场监测装置的通信。

(5)控制命令下发及读写现场在线监测装置参数配置，包括:时间查询和设置、监测装置远程复位、网络适配器参数查询和设置、采样参数查询和设置、报警阈值查询和设置、基本信息查询和设置、设备号查询和设置、装置苏醒时间设置。

(6)远程图像控制命令下发，包括:图像采集参数设置、拍照时间表设置、手动请求拍照、摄像机远程调节、启动终止视频传输。

(7)发布GSOAP服务端XML网页功能。

(8)现场在线监测装置历史存储数据查询功能。

5 结束语

目前国内出现了基于ARM9和WindowsCE系统状态监测代理装置，但基于ARM9和嵌入式Linux系统的状态监测代理系统(CMA)产品目前还没有出现。嵌入式Linux之所以能成为一种流行的嵌入式操作系统，除具有功能强大、高性能、稳定性好以及源代码开放、免费等优势外，其最大特点是用户可根据特定需求对内核进行配置和裁剪，满足嵌入式应用的差异性要求[1]125。

[1]李驹光，郑耿，江泽明.嵌入式Linux系统开发详解——基于EP93XX系列ARM[M].北京:清华大学出版社，2006.

[2]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发——基于ARM处理器与uC/OS－II实时操作系统[M].北京:清华大学出版社，2002.

[3]国家电网公司.输电线路状态监测装置通用技术规范(Q/GDW 242－2010)[S].北京:中国电力出版版，2010.

[4]AT91SAM9260.DataSheet[M/OL].San Jose:Atmel Corporation，2007.http://www.atmel.com/reviews/literature.