（检测技术与自动化装置专业论文）windows+cenet在通信电源监控系统中的应用研究.pdf

摘要 摘要 随着现代电信事业的高速发展，实现通信机房的无人值守或者少人值守，对 通信电源进行计算机管理己成为电信事业发展的必然方向。针对当前国内通信电 源监控存在的问题，诸如：通信电源设备厂商多，而且都各自带有自己的监控系 统，很多功能重复使用，造成资源重复浪费；缺乏大规模监控系统建设经验，大 部分监控产品都是个别厂商针对自己的产品量身定做，适应性小；系统的功能少， 智能化程度不高等问题，将嵌入式系统w in d o w sc e n e t 引入到通信电源监控系统， 利于其多任务、实时性、模块化、伸缩性强、强大的图形显示功能和通信能力、 易于开发等特点，与过去的前后台的软件结构相比，多任务操作系统w in d o w s c e n e t 可以提供标准化、实时性可预测、软件易于维护等特性，实现对通信电源 进行规范化、大规模化、更高效化地管理。 本论文是在对中国移动中山移动分公司及其相关基站进行实地考察之后，结合 国内外电源监控系统的现状所提出的。本文首先对通信电源监控系统的国内外发 展现状及结构组成、嵌入式系统的概念、嵌入式处理器和几类常用的嵌入式操作 系统进行了论述和比较，列出各嵌入式系统的优缺点，着重强调了选用嵌入式系 统w i n d o w sc e n e t 作为监控系统的软件平台的原因。接下来介绍了本文基于 w in d o w sc e n e t 平台下的通信电源监控系统的硬件设计，该设计是以三星公司的 $ 3 c 2 4 l0a r m 9 芯片为核心处理器的硬件开发平台，并对平台的的几种接口电路和 芯片进行相应地分析，重点分析了存储器，串行接口，l c d 显示和触摸屏。本论 文包括两个重点：首先是对w i n d o w sc e n e t 操作系统的分析研究，根据监控系统 自身的特点本文实现了操作系统内核的定制和移植，并针对硬软件平台分析研究 了b o o t l o a d e r 的开发。利用e m b e d d e dv i s u a lc + + 开发应用软件是本文的另外一 个重点，根据本文所设计的监控系统的功能要求，本文采用了e v c 实现了w i n d o w s c e n e t 平台下的串口、数据库、多线程开发，分析并研究了t c p 通信。首先规定 了各功能线程的优先等级，并对各监控系统功能使用多线程实现，接下来开发了 在w i n d o w sc e n e t 平台下的串口通信，并开发了操作人员资料管理数据库。最后 对本文所设计的监控系统进行了总结并指出了不足之处并对未来嵌入式系统在通 广东t 业大学工学硕十学位论文 信电源监控系统中的应用进行了展望。 i i 控监源电 信 通 + + c1 上aus- 1vqeqqebme 统系作操 式入 嵌 tenecs w ounl w 词 键统关系 a b s t r a c t a bs t r a c t w i t ht h eh i g h s p e e dd e v e l o p m e n to ft h em o d e r nt e l e c o mi n d u s t r y u n a t t e n d e do r l e s sd u t yc o r r e s p o n d e n c ee n g i n er o o m ，u s i n gc o m p u t e rt om a n a g ec o m m u n i c a t i o n p o w e rs u p p l yh a v eb e c o m et h ei n e v i t a b l ed i r e c t i o n t h i sp a p e ra p p l i e st h ee m b e d d e d o p e r a t i n gs y s t e mi nc o m m u n i c a t i o np o w e rs u p p l ym o n i t o r i n gs y s t e m ，c o m p a r e dt ot h e p a s tf b r e g r o u n d b a c k g r o u n ds o f ta r c h i t e c t u r e ，m u l t i - t a s ks y s t e m sc a np r o v i d et h e s t a n d a r d i z a t i o n 、r e a l - t i m ea n ds o f t w a r ee a s yt om a i n t a i na n ds oo nc h a r a c t e r i s t i c s t h i sp a p e rf i s t g i v eab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h ec o m m u n i c a t i o np o w e rs u p p l y m o n i t o r i n gs y s t e md e v e l o p m e n ta th o m ea n da b r o a da n di t ss t r u c t u r e ，c o n c e p to f e m b e d d e ds y s t e m ，e m b e d d e dp r o c e s s o r sa n de m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ，i l l u s t r a t e h a r d w a r ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o np o w e rs u p p l ym o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do n w i n d o w sc e n e t ，s a m s u n ga r m 9c h i p 一$ 3 c 2 410i st h ec o r ep r o c e s s o ro ft h e h a r d w a r ep l a t f o r m ，g i v eab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h em a i ns t r u c t u r eo fr e l a t e dh a r d w a r e t h i sp a p e ri n c l u d e st h et w ok e yp o i n t s ：f i r s ti st h es t u d y i n go nw i n d o w sc e n e t e m b e d d e do p e r a t i o n1 s y s t e m o sk e r n e lc u s t o m i z a t i o na n d t r a n s p l a n t a t i o n a r e a c h i e v e di n t h i s p a p e r ，a n a l y z ea n dr e s e a r c hd e v e l o p m e n to fb o o t l o a d e rb yt h e h a r d w a r ea n ds o f t w a r ep l a t f o r m t h eo t h e rk e yp o i n ti sd e v e l o p p i n ga p p l i c a t i o n p r o g r a mw i t he m b e d d e dv i s u a lc + + r e f e r e n c et ot h ef u c n t i o no ft h em o n i t o r i n g s y s t e md e s i g n e d i n t h i s p a p e r ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，d a t a b a s e ，m u t i - t h r e a d o n w i n d o w sc e n e tp l a t f o r ma r ea c h i e v e dw i t he v c ，t c pc o m m u n i c a t i o ni sr e s e a r c h e d f i r s to fa l l ，r e a l i z ea l ls y s t e mf u n c t i o nu s i n gm u t i t h r e a dt e c h n o l o g y ，t h e ns p e c i f y t h r e a d p r i o r i t y n e x td e v e l o p a n dr e a l i z es e r i a lc o m m u n i c a t i o na n do p e r a t o r i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n td a t a b a s e f i n a l l y ，w ec o n c l u d et h em o n i t o r i n gs y s t e ma ， p o i n to u tt h ed e f i c i e n c i e s ，a n dap r o s p e c to fe m b e d d e dt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o ni n c o m m u n i c a t i o np o w e rs u p p l ym o n i t o r i n gs y s t e mi sa l s om a d e k e y w o r d s ：w i n d o w sc e n e t ，e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ，e m b e d d e dv i s u a lc + + c o m m u n i c a t i o np o w e rs u p p l ym o n i t o r i n gs y s t e m n i 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下独立进行研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加 以标注和致谢的地方外，本论文中不包含其他人已经发表或撰写过的作品成果， 不包含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 7 1 论文作者签字：徐荤车 步导教师签字：绔碉0 吖年f 月i 吕e l 7。 第一幸绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 通信电源是通信网络的动力基础。改革开放以来，电信业是我国发展最迅猛， 技术更新最快的行业之一。通信网本身随着基础技术和系统技术的发展走向更高 的层次，相应地对电源系统的要求也越高。特别是最近几年随着电话网络模块局 的大量建设，造成了通信电源设备和空调设备的迅速分散，大量电源设备和空调 设备分散在各个模块局内，由于它们并非一个单纯的电子原件组合，还有许多机 械设备，容易受到诸如停电、雷击、烟雾等各种人为和自然因素的影响而出现故 障。据美国a p c 公司的一项调查结果表明，大约有7 5 以上的通讯系统故障主要 来源于电源设备故障或者是电源设备不符合技术条件而引起的。 随着我国各种通信事业和科学技术的迅速发展，通信设备的自动化性能有了 很大的提高，为通信系统的集中管理提供了可行性。通信电源的集中监控将是大 势所趋。我国各种通信设备正在不断的更新换代，通信电源也相应随之采用了高 科技的开关电源设备和自动化柴油发电机组，这些新型的智能化电源设备大大改 善了通信供电系统的自动化程度和工作可靠性，为通信电源集中监控管理创造了 良好条件。通信电源设备维护改革的方向是集中监控，逐步实现通信台站少人、 无人值守。采用计算机控制系统对分布在不同地域的通信台站的电源设备( 包含 空调设备和环境条件) 合理设置必要的监护点，实现遥测、遥信、遥控和遥调， 实时监视设备运行参数，及时发现和处理故障等功能。 1 2 通信电源集中监控系统体系结构 通信电源集中监控系统的基本构成如下图1 - 1 ： 图卜l 通信电源集中监控系统的结构组成 f i g 1 - 1s t r u c t u r eo fc o m m u n i c a t i o np o w e rs u p p l ym o n i t o r i n gs y s t e m 广东t 业大学t 学硕十学位论文 按照y d t1 0 5 1 - 2 0 0 0 通信局( 站) 电源系统总技术要求以及y d n 0 2 3 - 1 9 9 6 通信电源和空调集中监控系统技术要求( 暂行规定) 的要求，监控系统的建 立和实施应以通信局( 站) 为基本单位，通过分布式计算机控制系统，逐步建成 和实施应以通信局( 站) 为基本单位，逐步建成区、县监控系统和本地网( 城市 级) 监控系统。可以将整个监控系统划分为省监控管理系统( p s c ) 、城市( 地区) 监控管理系统( s c ) 、区域( 县) 监控管理系统( s s ) 以及局( 站) 监控管理系统( s u ) 和监控模块( s m ) 等5 个管理层次m 。其结构见图卜2 所示 图1 - 2 通信电源集中监控系统网络结构图 f i g 1 - 2n e ts t r u c t u r eo fc o m m u n i c a t i o np o w e rs u p p l ym o n i t o r i n gs y s t e m s m ( 监控模块) 单元是通信电源集中监控系统的多级计算机网络中最低一级 的计算机，与被控设备直接连接，对被控设备进行数据采集和控制。通信电源监 控的对象包括各种电源设备、空调设备、机房环境、火警、安防系统、辅助监控 系统和监控系统自己本身。s u 系统是监控系统中最底层的监控子系统，它是由局 站监控主机与各种监控模块构成的一个分布式网络，直接参与对通信电源的监测 控制和管理。局站监控主机又称为前置机或s u 工作站，通常采用工业测控计算机 ( i p c ) ，其功能是通过监控现场的通信网络，将各个监控模块( s m ) 与s u 工作站 连接起来，以使s u 工作站能够采集到各被监测设备的监测数据和告警信息，同时 将s u 工作站的监测和控制命令下传到各个监控模块以及被监控设备，并实现对监 控网络的管理。由于通信电源监控系统自身独有的特点，因此本课题引入针对性 强、可靠性高的嵌入式系统作为前置机。 2 第一章绪论 1 3 通信电源监控系统的国内外发展及研究现状 早期进行的电源监控，是以干结点的方式接入反映少量电源设备运行状况的 开关量。电源设备与环境参数的信息混在传输设备或交换设备的监控系统中进行 传送和处理。一般由传输设备或交换设备的监控系统提供1 至2 个字节供电源与 环境监控使用。这种第一代的电源监控系统，形式和功能都较为简单，所能提供 的信息仅为少量开关量信号。但是这种维护方式仍旧是被动的，不能真正大幅度 减低电源维护的工作量和提高电源维护质量。第二代的监控管理系统具有较全面 的遥测、遥信和遥控功能。可以通过记录模拟量信息来分析设备的运行状况，如 通过记录蓄电池充放电电压曲线分析落后电池。这是我国在通信电源领域第一次 建设的以一定的理论为基础，经过开发研制，最终实施的第二代集中监控管理系 统。经过这次的具体应用，我们在动力设备的监控方面积累了不少宝贵经验，我 国的电源、空调及环境监控管理系统的发展逐渐走上了一条新的道路。随后，一 些单位根据实际情况需要，提出了利用计算机技术的强大功能，发展监控管理系 统智能性的思路。我们把这种融合了计算机的强大功能的智能化的监控管理系统 称为第三代的监控系统。其反映在，当电源、空调出现故障时，监控管理系统能 够及时发现故障并通知使用人员，同时协助使用人员迅速找出故障原因，排除故 障；能够根据系统发生的故障和系统的运行参数进行统计，得出优化系统运行的 建议；能够根据实际情况自动调节电源、空调设备的运行状况，节约能源、节约 运行成本；具有强大的设备、人员管理功能。智能化的监控管理系统能够极大的 方便动力系统的维护和管理，必将以其巨大的优越性，迅速成为监控管理系统的 主流。 上世纪8 0 年代，我国引进了大量的国际先进通信技术和设备。然而通信电源 监控设备却裹足不前。最初的集中监控系统大都是由电源设备生产厂家进行开发 的，因此只能接入单一类型的电源设备，这就造成了一个监控中心要运行各种设 备各自对应的监控系统，各个系统的功能、机制、协议、接口等都存在较大的差 异，很难以进行统一的管理和监控。 9 0 年代初，广东省率先建成了国内第一套通信电源集中监控管理系统，成为 我国通信电源集中监控技术研究和发展的起点。此后各省也纷纷开始着手进行监 控系统的试点建设。经过1 0 多年的发展，无论是在技术上、系统建设规模上，还 广东丁业大学t 学硕士学位论文 是系统运行维护上，都有了很大发展。这主要表现在： 1 监控系统建设数量不断增加、系统规模不断扩大； 2 监控技术日趋成熟、系统模式日趋稳定； 3 相关技术不断发展与监控技术相互促进； 4 监控系统的发展与运维体制的转变相互促进； 5 相关标准规范日趋完善； 6 监控市场逐步走向规范化； 但同时也存在不少问题： 1 厂商多，而且都各自带有自己的监控系统，很多功能重复使用，造成资源重复 浪费，而且各个监控系统提供的接口不同一，难以进行集中监控； 2 缺乏大规模监控系统建设经验，大部分监控产品都是个别厂商针对自己的产品 量身定做，适应性小； 3 对通信电源自身的特色和要求考虑不足； 4 系统的功能少，有待进一步完善； 随着各种高科技的发展，通信电源集中监控的发展方向将会表现在如下方面： 1 智能化，无人值守；随着通信工业的发展，尽快实现无人( 少人) 职守的迫切 任务己提上了日程； 2 基于现场总线网络的分布式开放系统的广泛应用； 3 t c p i p 技术应用于电源监控系统，近年来随着技术不断发展和进步，出现了 采用t c p i p 协议经i n t e r n e t 传输和以h t m l 语言为特征的新型的通信电源监 控系统。监控数据和信息采用t c p i p 协议，在遍布全球的i n t e r n e t 上传输， 监控软件带有w e b 浏览器功能，可以通过t e l n e t 、f t p 等协议访问监控主机； 4 移动型电源控制。随着移动型i n t e r n e t 的发展，出现了移动型监控终端，这 种移动型终端可以随身携带，w a p 技术维护人员能随时随地掌握通信电源系统 的运行状况，接受告警信息，查询系统运行的历史数据； 5 随着3 g 网络的兴起，势必对监控系统提出了更高的要求； 1 4 嵌入式系统概述 嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m ) ，i e e e 对于嵌入式系统的定义是：a ne m b e d d e d s y s t e mi st h ed e v i c e su s e dt oc o n t r o l ，m o n i t o r ，o ra s s i s tt h eo p e r a t i o n 4 第一章绪论 o fe q u i p m e n t ，m a c h i n e r yo rp l a n t s 嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助 操作机器或设备的装置”。 在中国嵌入式系统领域，比较认同的嵌入式系统概念是：嵌入式系统是以应 用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、 可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处 理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用 于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 嵌入式系统一般指非p c 系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器 微处理器、存储器及外设器件和i o 端口、图形控制器等。软件部分包括操作 系统软件( o s ) ( 要求实时和多任务操作) 和应用程序编程。有时设计人员把这两 种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用 程序编程与硬件的交互作用。 1 4 1 嵌入式系统的发展概述 嵌入式系统这一概念早在2 0 世纪6 0 年代就被提出来了，它被用于电话交换 控制中。真正意义上的嵌入式系统是在2 0 世纪7 0 年代出现的。至今，它的发展 分为以下四个阶段： 第一阶段是以功能简单的专用计算机或单片机为核心的可编程控制器形式存 在，具有检测、伺服、设备指标等功能。这种系统大部分应用于各类工业控制设 备中，早期系统中一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接 控制，运行结束后清除内存。这一阶段系统主要特点是：系统结构和功能比较单一， 处理效率低，存储容量较小，几乎没有用户接口，比较适合于各类专用领域中。 第二阶段是以嵌入式c p u 为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这 一阶段系统的主要特点是：c p u 种类繁多、通用性较弱、系统开销性小、操作系 统只具有低度的兼容性和扩展性、应用软件较为专业、用户界面不够友好。 第三阶段主要是以嵌入式操作系统( e o s ) 为标志的嵌入式系统。这一阶段系统 的主要特点是计算机硬件出现了高可靠、低功耗的嵌入式c p u ，如p o w e r p c ，a v r 等，各类商业嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展，嵌入式操作系统能运行 于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核小、效率高，并且具有 高度的模块化和扩展性：具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图 广东t 业大学t 学硕一 = 学位论文 形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口( a p i ) ，开发应用程序简 单；嵌入式应用软件丰富。 第四阶段是以网络应用嵌入式系统为标志的嵌入式系统。但随着i n t e r n e t 的发展以及i n t e r n e t 技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式技 术与i n t e r n e t 技术的结合正推动嵌入式技术的快速发展。对于大型的工业现场， 由于被控对象、测控装置等设备的地域分散性，以及控制任务的实时性要求，控 制系统向网络化、开放性方向发展成为控制系统技术发展的潮流。 1 4 2 嵌入式操作系统( e o s ) 的技术特点 1 可定制性 由于嵌入式系统环境的要求，嵌入式操作系统一般需要提供可以添加或可以 裁剪的内核及其他功能，能够让用户根据自己的需要自行配置。 2 可移植性 由于目前的嵌入式微处理器的种类众多，各微处理器有自己的市场，所以嵌 入式操作系统要支持尽可能多的微处理器，这样才能使用户具有硬件选择的灵活 性。为了做到操作系统的可移植性，操作系统在硬件支持方面通常采用硬件抽象 层( h a l ) 和板级支持包( b s p ) 的结构设计方法。 3 实时性 实时性是嵌入式系统环境的现实要求。不满足一定的实时性，嵌入式操作系 统就无法应用到一些环境中去。当然，实时性是相对而言，有的嵌入式系统环境 有实时性要求，但时间要求并不是特别高。 4 低资源占有性 相对于其它计算机而言，嵌入式设备一般都配置有少量的r a m 、频率较低的 微处理器、很小的永久的存储空间甚至没有。系统资源少的特点决定了嵌入式操 作系统必须尽可能地减少资源占有率。 1 4 3 常用嵌入式操作系统及分类 自从2 0 世纪8 0 年代开始，出现了各种各样的商用嵌入式操作系统，逐步形 成了百家争鸣的局面，较为流行的有v x w o r k s 、p s o s 、n e c u l e u s 等，特别是到2 0 6 第一章绪论 世纪9 0 年代，几个重要的操作系统相继开发成功，如p a l mo s 、嵌入式l i n u x 和 w i n d o w sc e n e t ，宣告嵌入式时代的来临。 按照收费模式我们可以将这些常用的嵌入式操作系统分为商用型和免费型。 商用型：v x w o r k s ，n u c l e u x ，p l a m o s ，s y m b i a n ，w i n c e ，q n x ，p s o s ，v r t x ，l y n x o s ，h o p e n ，d e l t ao s 免费型：l i n u x ，pc l i n u x ，uc 0 s i i ，e c o s ，u i t r o n 按照实时性划分为： 硬实时：v x w o r k s 软实时：w i n c e ，r t l i n u x 无实时：e m b e d d e dl i n u x 1 v x w o r k s v x w o r k s 操作系统是美国w in d r i v e r 公司于19 8 3 年设计开发的一种嵌入式实 时操作系统( r t o s ) ，具有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开 发环境，在嵌入式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。 v x w o r k s 所具有的显著特点是：可靠性、实时性和可裁减性。它支持多种处 理器，如x 8 6 、i 9 6 0 、s u ns p a r c 、m o t o r o l am c 6 8 x x x 、皿p s 、p o w e rp c 等等。 以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空航天等高精 尖技术及实时性要求极高的领域中，如火星探测器( 1 9 9 7 年7 月4 日登陆火星表 面) 。 2 嵌入式l i n u x l i n u x 是开源软件的先锋，从诞生到现在，只不过短短的十几年，l i n u x 的发 展速度和规模以及它的影响，却是任何一种操作系统都不能比的。l i n u x 是一种 多任务、稳定性高、内核可裁剪的操作系统，因此在其基础上人们很快开发了嵌 入式l i n u x 操作系统，其也是一种开源，软实时，多任务的操作系统。指对l i n u x 经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几百k 字节或几兆字节的存储器芯片或 单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用l i n u x 操作系统。嵌入式l i n u x 的开发 和研究是目前操作系统领域的一个热点。主要有r tl i n u x 和ucl i n u x l i n u x 的内核小、功能强大、a p i 丰富，系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价 格上极具竞争力。 3 p a 】mo s 广东工业人学工学硕上学位论文 在个人数字助理( p d a ) 市场上，p a l mo s 是全球最知名、使用人数最多的p d a 操作系统。p a l mo s 是一套专门为掌上电脑编写的操作系统，充分考虑到了掌上 电脑内存相对较小的情况，所以p a l m 操作系统本身所占的内存很小，基于p a l m 操作系统编写的应用程序所占的空间也很小，通常只有几十k b ，因此基于p a l m 操作系统的掌上电脑虽然只有几兆内存却可以运行众多的应用程序。 p a l mo s 在p d a 市场上占有很大的市场份额，p a l mo s 的市场份额占到将近9 0 ， 最近下降7 0 ，目前主要与w i nc e 进行激烈竞争。代表性的产品有p a l m 5 0 5 、p a l m 工i 工等。 4 w i n d o w sc e n e t w i n d o w sc e n e t 是软件巨人微软公司在嵌入式操作系统市场上的一个重要产 品。它是一种针对小容量、移动式、智能化、3 2 位、连接设备的模块化实时嵌入 式操作系统( 缩减的w i n 9 5 ) 。w i n d o w sc e n e t 的体系结构采用独立于通常的程序 设计语言并且和w i n d o w s 兼容的a p i 的方式，这样就可以保障w i n d o w sc e n e t 的组件化和r o m 化，充分适应有限的存储空间和各种不同芯片的要求。由于其 w i n d o w s 背景，界面比较统一认可。可以使用大多数w i n d o w s 开发工具( 如v b ， v c 等) ，大多数w i n d o w s 应用程序经过移植后就可以运行在w i n c e 平台上【4 1 。 与其它操作系统比较，w i n c e 具有下列优越性：( 1 ) 3 2 位多线程、多任务、完 全抢占式的操作系统；( 2 ) 强大的图形显示功能支持，用户能定制完全自己风格的 操作界面：( 3 ) 支持大部分w i n 3 2a p i ，基于其他w i n d o w s 的应用程序能方便地移 植到w in c e 上；( 4 ) 体积小，并能够从r o m 直接启动，无需硬盘，不存在系统崩溃 和病毒感染问题。 1 5 研究的工作概要和章节安排 1 5 1 课题主要研究内容 本课题主要是关于嵌入式系统w in d o w sc e n e t 在通信电源监控系统中的应 用。本文的主要研究内容是嵌入式操作系统w in d o w sc e n e t 的裁剪移植和 e m b e d d e dv is u a lc + + 下的应用软件的开发。因此，本人的具体工作内容包括以下 工作： 1 研究通信电源监控系统的结构，确定监控对象点和监控对象。 8 第一章绪论 2 系统硬件平台的设计与构建，选择合适的嵌入式系统芯片，并介绍系统硬 件的设计。 3 分析w i n d o w sc e n e t 的体系结构，针对监控系统软硬件性能的要求，用 p l a t f o r mb u i l d e r4 2 裁剪定制内核，编译并生成操作系统，并将操作系统下载 到目标硬件设备中运行。 4 监控系统软件的结构及功能设计，研究在e m b e d d e dv i s u a lc + + 4 0 下的 多线程编程、数据库编程、串口通讯编程以及t c p 编程。 1 5 2 各章节及内容安排 本文共分六章，各章节内容安排如下： 第一章绪论首先分析了通信电源监控系统和嵌入式系统的研究背景、国内外 发展现状，然后提出本课题的意义所在。 第二章提出了监控系统的总体设计方案，阐明了监控系统的硬件平台构成、 监控的对象和监控系统的主要功能。 第三章设计了以$ 3 c 2 4 10a r m 9 处理器为核心的硬件平台进行了，主要对 s d r a m 、n a n d f l a s h 、l c d 显示、触摸屏等电路进行详细分析。 第四章介绍了w i n d o w sc e n e t 的系统特性和定制操作系统的流程，简要介绍 了内核定制工具p l a t f o r m b u il d e r ，分析了b o o tl o a d e r 的启动流程、功能和开 发步骤。 第五章介绍了w i n d o w sc e n e t 下的应用程序开发工具e m b e d d e dv is u a lc + + 的新特性，针对监控系统的功能，分别对e v c 下的多线程编程、串口编程、t c p 编程、数据库编程进行研究。 第六章总结了全文，并对通信电源监控系统的进一步开发和以后的发展方向 进行了展望。 9 广东t 业大学t 学硕十学位论文 第二章通信电源监控系统总体方案设计 2 1 通信电源构成 柴油发电机组 a t s 交j 流i 配l _ 其他供电系统 景j 交 流 配 电 屏 整流器 整流器 亘酬鋈笙 蔓皇垫塾i 季啡 百蔺 图2 1 通信电源结构 f i g 2 1s t r u c t u r eo fc o m m u n i c a t i o np o w e rs u p p l y 由图2 1 可以看出通信电源系统的主要设备包括高压变配电设备( 专用变电 站) 、低压配电设备、市电油机转换屏( a t s ) 、整流配电设备( 整流设备、电力 室内交、直流配电设备及蓄电池组) 、变流设备( u p s 、逆变器、d c d c 变换器) 和电站设备，所有这些都是监控系统的监控对象。通过集中监控，可以实现更 强大的集中管理，保证通信电源系统安全、可靠地运行。 2 2 监控对象的选取 除了对通信电源内设备进行监控外，机房环境条件也是非常重要的监控内容， 1 0 第二章通信电源监控系统总体方案设计 包括温度、湿度和水浸等，此外安防、安防、火警也需要纳入到监控系统中，安 防包括门禁系统、门磁开关、红外、微波探测和玻璃破碎等，火警包括火灾探测 器( 烟感、温感等) 。监控系统还应当对自身进行监控，这是实现监控系统的自我 管理、自我诊断功能，是提高系统自身可靠性的必要保障。 表2 1 监控对象的选取 t a b l e2 1s e l e c t i o no fm o n i t o r i n go b j e c t s 类别监控对象 进线柜、出线柜、母联柜、直流操作电源柜、变压 高压配电设备器 低压配电设备 进线柜、配电柜、稳压器、a t s 电源设备 整流配电设备交流屏、整流器、开关电源、直流屏、蓄电池组 变流设备u p s 、逆变器、d c - d c 变换器 发电设备柴油发电机组 空调设备机房专用空调，中央空调和分散空调 机房环境温度探测、湿度探测、红外探测、图像监控 火警火灾探测器、消防系统、智能烟雾探测系统、灭火装置 安防门禁、门磁开关、破玻、c c t v 2 3 监控系统方案设计 本文设计的通信电源监控系统主要包括以三星公司的a r m9 $ 3 c 2 4 1 0 芯片为 核心的硬件平台和以w i n d o w sc e n e t 为操作系统的软件平台两部分。通过串口， 主芯片与各个子监控模块之间进行通信，接收各子监控模块采集到的数据，通过 l c d 屏进行实时显示和监控，并通过t c p i p 与上级监控中心进行通信，上报监 控数据，接收并执行上级监控中心的指令，实现“三遥”功能。本文所设计的 监控系统组成结构如图2 1 所示 广东工业大学t 学硕 学位论文 根据图2 1 和表2 - 1 ， 图2 - 2 控系统组成结构 f i g 2 - 2s t r u c t u r eo fm o n i t o r i n gs y s t e m 本文的各个子监控模块如图2 2 所示 图2 - 2 子监控模块 f i g 2 - 2s u b s i d i a r ym o n i t o r i n gm o d u l e 2 4 监控系统的主要功能 ( 1 ) 实时数据监视：实时监测监控对象的运行参数和工作状态以及环境状况，并 传送监控数据，搜集故障告警信息，实时控制和调解； ( 2 ) 告警功能：能够进行实时告警、告警设置等功能； ( 3 ) 管理功能：包括设备管理、人员管理、配置管理、安全管理、数据整理； ( 4 ) 数据处理功能：分布式存储配置数据、监控数据、告警数据、设备和人员管 理数据和查询功能： ( 5 ) 自诊断功能：对各个子监控模块、采集设备、网络设备及整个系统运行状态 第二章通信电源：随控系统总体方案设计 进行在线监测； ( 6 ) 通讯功能：本文主要包括w in d o w sc e n e t 平台下的串口通信和t c p i p 通信； 广东丁业大学t 学硕士学位论文 第三章监控系统的硬件设计 3 1 嵌入式处理器5 3 0 2 4 10 嵌入式硬件系统的设计首先是嵌入式处理器的选择。目前比较有影响的嵌入 式处理器主要有i b m 公司的p o w e rp c 、m i p s 公司的m i p s 和a r m 公司的a r m 系列。 其中a r m 处理器已被广泛的应用于移动电话、手持式计算机以及各种各样的嵌入 式应用领域，成为世界上销量最大的3 2 位微处理器。其设计者英国先进r i s c 机 器( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ，a r m ) 公司在3 2 位r i s c ，c p u 开发领域不断取得 突破，其结构已经从v 1 发展到v 6 。由于a r m 公司自从成立以来，一直以i p ( i n t e l l i g e n c ep r o p e r t y ) 提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权，而 自己从不介入芯片的生产销售，加上其设计的芯核具有功耗低、成本低等显著优 点，因此获得众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持，在3 2 位嵌入式应用领域 获得了巨大的成功。目前非常流行的a r m 内核有a r m 7 t d m i 、s t r o n g a r m 、a r m 7 2 0 t 、 a r m 9 t d m i 、a r m 9 2 0 t 、a r m 9 2 2 t 、a r m 9 4 0 t 、a r m 9 4 6 t 、a r m 9 6 6 t 、a r m i o t d m i 等。a r m 公司最近公布了4 个新的a r m l1 系列微处理器内核。此外，a r m 芯片还获得了许 多实时操作系统供应商的支持，比较知名的有：w i n d o w sc e 、l in u x 、v x w o r k s 、 m u c l e u s 、uc 0 s 、p a l m o s 等。a r m 的成功在于它极好的性能和极低的功耗，使得 它能够与高端的m i p s 和p o w e r p c 嵌入式微处理器抗衡。另外，根据市场需求进行 功能扩展，也是a r m 取得成功的一个重要因素。随着更多厂商的支持和加入，可 以预见，在将来一段时间之内，a r m 仍将主宰3 2 位嵌入式处理器的市场。现在主 流的p d a 处理器采用的是a r m 处理器。 ( i n t e l ) 、德州仪器( t i ) 、三星半导体 利浦半导体( p h i l i p s ) 、c i r r u sl o g i c 、 目前提供a r m 芯片的厂商主要有英特尔 ( s a m s u n g ) 、摩托罗拉( m o t o r o l a ) 、飞 l i n k u ps y s t e m s 、s o n y 等公司6 f 。 本文选用s a m s u n g $ 3 c 2 4 1 0 处理器，利用其出色的内核性能和丰富的外部接口 构造一个嵌入式系统平台。$ 3 c 2 4 1 0 是韩国三星电子公司最近退出的一款基于 a r m 9 2 0 t 内核的1 6 3 2 位r i s c 嵌入式微处理器。该处理器提供了丰富的内部设备， 大大减少了系统外围器件的数量，不但节约了成本，而且大大减少了系统外围期 间的数量。 1 4 第三幸监控系统的硬件设计 该处理器采用0 18umc m o s 制造工艺，内部采用了新的a d v a n c e d m ic r o c o n t r o l1e rb u sa r c h i t e c t u r e ( a m b a ) 总线此款处理器基于a r m 9 2 0 t 内核， 主频可达2 0 3 m h z 。a r m 9 2 0 7 t 1 7 】内核如图3 1 所示 图3 1a r m 9 2 0 t 内核功能框图 f i g 3 一la r m 9 2 0 tf u n c t i o n a lb l o c kd i a g r a m a r m 9 2 0 t 核由a r m 9 t d m i 、存储管理单元m m u 和高速缓存c a c h e 组成。 m m u 的重要性是毋庸置疑的，有了m m u ，高级的操作系统( 虚拟地址空间，平 面地址，进程保护等) 才得以实现。高速缓存由16 k b 的d a t ac a c h e 和i n s t r u c t i o n c a c h e 组成。a r m 9 2 0 t 内部采用哈佛结构，将内部指令总线和数据总线分开，分别 连接到i n s t r u c t i o nc a c h e 和d a t ac a c h e ，再通过a m b a 总线接口连接到a s b 总 线上去访问内存。c 其中有两个内部协议处理器：c p l 3 和c p l 5 ，c p l 3 用于调试控 制，c p l 5 用于存储系统控制以及测试控制7 】i s 】。 $ 3 c 2 4 10 集成了一个l c d 控制器( 支持s t n 和t f t 带有触摸屏的液晶显示屏) 、 s d r a m 控制器、n a n df 1 a s h 控制器、3 个通道的u a r t 、4 个通道的d m a 、4 个具 有p w m 功能的计时器和一个内部时钟、8 通道的1 0 位a d c 。除此之外，$ 3 c 2 4 1 0 还有很多丰富的外部接口，包括触摸屏接口、1 2 c 总线接口，1 2 s 总线接口、两个 u s bh o s t 接口和1 个s l a v e 接口、两个s p i 接口、s d 卡接口和m m c 卡接口。该芯 片集成了一个具有日历功能的r t c 和具有p l l ( m p l l 和u p l l ) 的芯片时钟发生器。 广东工业人学工学硕j j 学位论文 m p l l 产生主时钟，供处理器使用，u p l l 产生实现主从u s b 功能的时钟。$ 3 c 2 4 1 0 的系统框图如图3 - 2 所示7 1 三 三 三 三 三 i 。焉飘，羹 萎曼曼兰舅舅舅墨善兰童量謦 图3 - 2s 3 c 2 4 1 0 的系统框图 f i g 3 - 2 $ 3 c 2 4 10b l o c kd i a g