智能终端软硬件平台设计
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作者: 张长江 侯高雷 马永武
摘要： 随着电力行业的不断发展和规范，产品质量要求越来越高，成本压力越来越大，供货要求越来越严格。为了解决设计成本高，研发周期长，产品平台化、序列化差的问题，提出了基于AT91SAM9260的终端软硬件平台的设计。该平台利用AT91SAM9260的资源优势，整合国网集中器、配变监测终端、负荷管理终端及未来智能终端的技术和功能特点，实现了可同时满足多类终端软硬件需求的整合平台，保证了公司产品设计的高效性，为产品的开发和推广提供了技术保障。
关键词： AT91SAM9260； 终端软硬件平台； 嵌入式开发； Linux
中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）06?0059?04
0 引 言
随着电力行业的不断发展，电力智能设备技术标准和发展规划也在不断完善，促使设备制造厂家的研发能力和技术水平不断提高。为了适应快速发展的电力设备制造行业，生产厂家都在寻找一种能快速响应市场且开发成本较低的产品研发方案来应对市场的需要，河南许继仪表有限公司的智能终端软硬件平台（以下简称终端平台）应运而生。
为了提高新产品研发效率，提高产品稳定性，实现终端产品的序列化、平台化，许继仪表有限公司通过多年的技术沉淀和经验积累，结合实际产品的开发和运行经验，基于AT91SAM9260核心处理器、Linux操作系统，SQLLITE数据库开发出来了一个针对智能用电管理终端产品开发设计的嵌入式开发平台，它支持集中器[1]、配变监测管理终端、负控控制管理终端、变电站数据采集终端以及未来智能终端等一系列产品的开发设计，为许继仪表有限公司的终端开发提供了强大的开发平台和可靠的技术保障。
1 现状分析
因各地市场需求不同，产品需要针对不同的市场需求进行定制，为了保证实现的速度和质量，传统的研发管理是1个市场（区域）安排一到几个设计人员，由其全权负责该市场（区域）产品的更新或者需求变更的维护，通过人员战术来解决市场的差异问题。这样做不仅要浪费大量的时间和人力，产品的设计质量也很难保证，团队人员积累的技术经验也无法很好的利用和共享，因此急需要实现出一种能解决产品快速开发瓶颈的方法来处理这些难题。这其中包含3个关键点：
（1）避免过多的软硬件设计时间；
（2）保证多用户需求的同时尽可能降低成本；
（3）设计出的产品不需要太多时间测试即可保证产品设计质量；
（4）经验的积累和传承；如何能同时做到以上4点成了能否解决现存问题的关键。许继仪表公司研发部经过多年的研讨和论证，最终通过实现终端软硬件开发平台的办法来解决这个技术性难题。
2 平台特点及优势
软件开发平台是一种软件开发工具，以通用技术架构（如MVC）为基础，集成常用建模[2]工具、二次开发包、基础解决方案等而成。可以大幅缩减编码率[3]，使开发者有更多时间关注客户需求，在项目的需求、设计、开发、测试、部署、维护等各个阶段均可提供强大的支持。 平台源于繁琐的实践开发过程中。开发人员在实践中将常用的函数、类、抽象、接口等进行总结、封装，成为了可以重复使用的“中间件”，而随着“中间件”的成熟和通用，功能更强大、更能满足企业级客户需求的软件开发平台应运而生。平台是一段时间内科研成果的汇聚，也是阶段性平台期的标志，为行业进入新的研发领域提供了基础。由于平台对企业核心竞争力的提升非常明显，目前国内的管理软件市场，软件开发平台的应用已经成为一种趋势[4]。
3 终端平台设计
其中SGE800平台硬件系统主要包括基于AT91SAM9260为核心的硬件平台，该平台利用9260自身丰富的资源优势，结合扩展的硬件模块电路组合而成。同时AT91SAM9260支持Linux和Wince两种操作系统[5]，给开发人员提供了更多的选择，也方便原有资源的重复利用；
平台开发包主要包括底层硬件驱动库、数据库操作封装库、任务调度库3部分：业务平台主要包括为业务功能提供服务的协议库[6]、常用函数库及应用层系统。
下面将详细介绍各个部分的功能。
3.1 SGE800平台硬件系统设计
为了更好地做到平台化，平台硬件设计时就从模块化考虑，将常用的硬件功能采用模块化设计，并以模块化电路的形式固化下来，通过对这些固化电路进行严格测试并经过现场长期验证后，最后才被放入硬件模块库中为以后的产品设计所用，通过这种方式将常用的模块电路进行不断积累和优化。硬件平台就是从这些合格的模块电路中进行筛选，并结合终端常用的功能及未来需要的功能进行兼容性设计，满足了产品最大化设计需求，然后通过采用配置文件的形式对硬件功能模块进行使能设置，满足不同产品的硬件需求，从而实现产品平台化、工程化的目的。
3.2 平台开发包设计
3.3 业务平台设计
业务平台，顾名思义就是为业务服务的一个开发平台，它把与业务相关的资源全部整合起来，形成了一个业务相关的功能模块库，类似于Delphi 或者C#开发工具中自带的控件库[8]，为终端软件应用的快速开发设计提供了可以直接调用的功能类库，极大提高了软件开发设计的效率和质量。目前的业务平台已经集成了控制、状态灯、遥信、存储、数据流设备、显示、按键、采集、事件、统计、对时、档案等终端常用的功能模块，在平台应用过程中，只需要将这些功能模块通过做好的配置工具，进行一定的组合设计，即可快速开发出具备特定功能的终端产品，真正实现了产品模块化、工程化的目的，极大提高了产品设计效率，减少了现场服务和维护工作。
4 终端平台总体设计规划
（2）终端平台产品包括：多功能表、GPRS多功能表[9]、负控终端、配变终端、集中器以及其他智能终端。 （3）主板软件按平台化设计：通过配置文件，可分别实现多功能表、GPRS多功能表、负控终端、配变终端、集中器和其他智能终端的主板软件。
（4）主板通过TTL电平异步通信口（1#TTL通信口）获取底板软件版本、计量数据和测量数据，并向底板计量CPU下发计量用参数，从计量板获取计量结果，产生各种实时和历史数据，将历史数据保存起来。
（5）主板通过TTL电平异步通信口（2#TTL通信口）与显示板交互软件版本、显示信息、按键信息、停电控制信息、红外通信信息等，完成显示、按键、控制、红外等交互功能的实现。
（6）主板通过控制信号线获取上行通信模块硬件版本，对上行通信模块进行复位、停电控制；主板通过TTL电平异步通信口（3#TTL通信口）与上行通信模块交流上行通信信息，完成终端与远方主站的通信，从而实现数据远传、远程升级[10]等功能。
（7）当用于集中器主板时，主板通过控制信号线获取载波（或无线）通信模块硬件版本，对载波（或无线）通信模块进行复位、停电控制；主板通过TTL电平异步通信口（4#TTL通信口）与载波（或无线）通信模块交流下行通信信息，实现下行通信功能。
（8）当用于GPRS多功能表、负控终端和配变终端主板时，主板通过控制信号线获取开入模块的开关量信息，从而实现各种产品开入开出功能。
（9）当用于GPRS多功能表、负控终端主板时，1#、2#RS 485通信口为主方；当用于多功能表主板时，1#、2#RS 485通信口为从方；当用于配变终端和集中器主板时，2#RS 485通信口为主方，1#RS 485通信口可被设置为主方或从方（用于抄表口时，设为主方；用于级联时，作为主终端时设为主方，作为从终端时设为从方）。
（10）3#通信口为本地维护通信口，用于完成主板程序升级、整机功能测试。
（11）直流量采集用于测量温度、压力等非电气量。
（12）开入口即可用于一般开关量采集，也可用于脉冲量采集。
4.2 软件平台
为了保证软件平台能对多套规约进行兼容，同时把在规约修订或者扩展时对平台的影响降到最小，在平台设计时，首先通过对各种现有规约（如05规约、376.1规约、62056协议、DL/T645规约等）进行认真地分析和研究，通过对各种数据种类、数据类型进行高度的分离和抽象，通过在软件处理时对数据存储位置、存储空间、存储类型、规约相关数据等差异化因素的充分考虑，最终确定下来软件开发平台的定义、配置、管理、通信和存储模式，为提升终端软件平台的灵活适应能力打下了良好的基础。
为了最终达到终端软件不对规约和功能需求产生较大的依赖，软件设计时将测量点、数据项和数据行为进行关联配置设计，通过配置功能可对数据项和数据行为进行拆分或者关联，从而保证了在不对软件进行修改的前提下，灵活改变软件的功能及兼容不同的规约。具体实现思路如下：
（1）软件平台设计时尽量将终端作为采集装置的角度进行设计，保证终端采集及传输的可靠性；
（2）终端只实现档案管理、数据采集、数据存储、上下行通信、数据基本解析、任务调度等功能；
（3）终端的所有数据项目（测量点、采集项目、采集间隔、测量点相关参数等）通过项目配置方案下发给终端来完成；
（4）项目配置方案包括测量点的编号、地址、使能标志、上行规约编号、数据解析使能标志、数据长度，下行规约编号、采集数据项目数量、数据项目标示、通信端口号、波特率、启动时间、采集频率、存储标志等；
（5）终端数据存储根据项目配置方案中数据项目标示、存储标志进行存储，存储内容根据数据解析使能标志、数据长度等项目内容进行分类，需要解析的直接存储解析数据，不需要解析的直接存储返回数据报文；
（6）数据的详细解析功能及复杂的数据处理、数据统计分析等功能则全部交给主站软件来协助完成；
（7）通过规范和扩展上行规约来实现终端的功能配置。
5 结 语
终端平台是针对智能用电管理终端产品设计的嵌入式开发平台，它采用AT91SAM9260作为核心处理器，Linux作为平台操作系统，SQLLITE作为平台应用数据库，可以支撑集中器、配变监测管理终端、负控控制管理终端以及未来智能终端等一系列产品的开发设计，对于提高新产品研发效率，降低研发难度，提高产品稳定性，产品序列化、平台化起到了良好的促进作用。
参考文献
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[4] 李瑞民.软件开发平台与工具的意义[EB/OL].[ 2012?05?14].http：//wenku.baidu.com/view/a9cfc6c50c22590102029dd0.html.
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[6] 敖姣，周祖望.协议库在直放站监控系统中的设计与实现[J].电视技术，2012（15）：80?83.
[7] 张帅华，杨远，梁玉堂，等.基于AT91SAM9260的ZigBee工业以太网网关设计[J].微计算机信息，2011（8）：113?114.
[8] 刘兴国，阳富民，胡贯荣.嵌入式Linux控件库的研究与改造[J].计算机工程与设计，2004（5）：769?771.
[9] 关英杰.GPRS多功能电表和采集装置在用电专业现代化管理中的研究与应用[J].中国科技成果，2009（12）：46?50.
[10] 刘兆庆，陈长春，彭宇.LXI仪器固件远程升级设计与实现[J].测控技术，2012（7）：85?87.
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