ARM9系統(tǒng)在無線發(fā)射臺智能化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文闡述了嵌入式ARM9系統(tǒng)在發(fā)射臺自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要實現(xiàn)對發(fā)射機的自動化監(jiān)控，其良好的可在線編程功能，大大增進了友射臺管理和減少因軟件更新所帶來的維護成本。
1．概述
     廣西廣播電視信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司按照“有人留守，無人值班”的設(shè)計思路開發(fā)了一套無線發(fā)射臺遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)，對廣西1 6座邊遠廣播電視無線發(fā)射臺進行遠程集中監(jiān)控管理。原監(jiān)控系統(tǒng)采用下位機和上位機監(jiān)控的模式，下位機采用以8位單片機為處理核心的單片機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有集成度低外圍擴展電路多、系統(tǒng)主頻低、實時響應(yīng)性慢的缺點，同時單片機與計算機交互需要許多專用的軟硬件，不同廠家的發(fā)射機甚至同一廠家的不同類別、不同功率等級的發(fā)射機對應(yīng)不同程序，使系統(tǒng)備件增加，而且在需要更新升級的時候只能奔赴發(fā)射臺現(xiàn)場，這對于有著程序多樣性的各類發(fā)射機采集控制器來說顯得十分繁瑣，給維護管理帶來極大的不便。隨著大規(guī)模集成電路和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，自動控制領(lǐng)域向高集成、高速度、快速響應(yīng)、易維護管理等方向發(fā)展。正因為如此ARM9以其高集成的軟硬件系統(tǒng)和良好的可移植性及性價比走進了工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，我們將嵌入式ARM9系統(tǒng)很好地運用于無線發(fā)射臺尤其是高山臺智能化監(jiān)控系統(tǒng)中，不僅進～步提高了發(fā)射臺發(fā)射機控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，也解決了程序更新難的問題。在更新程序或備份設(shè)備更換、新增設(shè)備燒寫的時候只需將該設(shè)備插上網(wǎng)線連入監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)，就可以在局域網(wǎng)的任何一地對其進行燒寫、更新軟件。系統(tǒng)改進后下位機、上位機以及采集控制器的維護與升級都變成了極其方便和簡單，進一步減少了發(fā)射臺管理和運行維護成本。

2．系統(tǒng)構(gòu)成
    ARM (Advanced  R I S C Machines)，原意為公司名稱，現(xiàn)泛指一類微處理器，一種技術(shù)，指采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器。它是一種先進的精簡指令系統(tǒng)微處理器，具有性能高、成本低和能耗省的特點。支持多任務(wù)操作系統(tǒng)，就是說在一塊ARM芯片上可以移植一套完整的操作系統(tǒng)，能夠完成類似個人計算機操作系統(tǒng)所能完成的基本功能，其內(nèi)核CPU采用AT91SAM9260的ARM芯片，該模塊出廠時已由廠家預(yù)裝了正版WinCE5．0實時多任務(wù)操作系統(tǒng)以及相關(guān)底層外圍驅(qū)動，這樣在開發(fā)基于該模塊的應(yīng)用程序時，不用深入了解處理器芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、寄存器、總線等，而只需借助廠家提供的API庫函數(shù)就能完成相關(guān)功能，大大節(jié)省了軟件的開發(fā)周期。我們通過外圍電路設(shè)計了模擬的A／D轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入輸出和四個串13，四個串口都可以通過跳線選擇RS232、RS485和RS422方式進行現(xiàn)場通訊。

     Windows CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接13和與處理器無關(guān)等特點，其操作界面雖來源于Windows 95／98，但Windows CE是基于WlN32 API重新開發(fā)、新型的信息設(shè)備的平臺，是一個用于各種通訊、娛樂和移動式計算設(shè)備的操作系統(tǒng)平臺。WinCE5．0在2004年5月份推出，微軟宣布WinCE5．0擴大開放程序源代碼，開放了250萬行源代碼程序作為評估套件，它除了1 00％兼容于Windows CE外，還強化許多功能。ARM芯片及外圍電路結(jié)構(gòu)圖如圖1

     基于ARM9的EM9260系列產(chǎn)品的開發(fā)工具就是著名嵌入式開發(fā)工具EVC，一款類似VC開發(fā)環(huán)境的專業(yè)嵌入式開發(fā)軟件，其編程風(fēng)格幾近相同于VC編程，當(dāng)開發(fā)在線調(diào)試時只需借助一根網(wǎng)線連接到目標(biāo)設(shè)備即可，這點不同于單片機設(shè)備調(diào)試，需要取下處理器芯片并借助仿真器才能調(diào)試，顯得非常方便。整個系統(tǒng)具有程序移植比較方便、程序類型庫管理維護簡單等優(yōu)點。

3．1程序移植
     在軟件開發(fā)完成后，需要對程序進行移植，也就是類似我們單片機設(shè)備的芯片程序第一次燒寫工作。進行程序移植，實際上也就是一個文件拷貝過程，一共需要拷貝或者存儲至少6個文件，它們是userinfo．txt、dbginfo．1xt、Onboot．ini、ComNet．ini、Onboot．exe、ComNet．exe。其中CornNet．exe為設(shè)備正常工作的應(yīng)用程序可執(zhí)行文件，它可以為任意名稱，但是對應(yīng)．Ini后綴的名稱也要跟它一致，另~l,Onboot．ini內(nèi)部[run]鍵值下的對應(yīng)名稱必須也要和它一致。當(dāng)設(shè)備上電進入操作系統(tǒng)以后，系統(tǒng)根目錄下有一個文件名為“Nandflash”的文件夾，這就是所有以上6個文件需要存放的地方，它為系統(tǒng)的flash disk，設(shè)備掉電時只有存放在該文件內(nèi)部的文件不會丟失，存放到其他位置的文件都將丟失(見圖2)。 

    以上7個文件中除ComNet New．exe外，userinfo.txt內(nèi)部存放有該設(shè)備的IP地址，可以修改，相應(yīng)bginfo．txt亦存放有設(shè)備lP地址信息，它必須與userinfo．txt內(nèi)部IP地址一致，另外還有遠程調(diào)試主機IP地址，亦可以修改，但不建議做改動。Onboot.exe為引導(dǎo)應(yīng)用程序，ComNet．exe為最終運行的應(yīng)用程序，我們將該名字用于發(fā)射機采集控制器程序。Onboot．ini為引導(dǎo)程序配置說明，包括它所引導(dǎo)的將要運行的應(yīng)用程序信息。ComNet．ini內(nèi)部包含有關(guān)設(shè)備的所有參數(shù)配置，包括開放串口、設(shè)備lD、發(fā)射機機型選擇、手自動以及故障倒機狀態(tài)、自動開關(guān)機時間表等重要信息。對新開發(fā)產(chǎn)品進行更新軟件的步驟是：在原有6個文件的基礎(chǔ)上，首先需要拷貝或者替換兩個文件ComNet_New．exe、Onboot．ini，其中前者為更新文件，統(tǒng)一規(guī)定更新文件的文件名為在原有文件的名稱后面冠以_New未表示，Onboot．ini文件是在原文件中組名為[update]下新增鍵值0=更新文件名，原有文件名；然后給設(shè)備斷電重啟或者遠程控制設(shè)備復(fù)位重啟即可完成對設(shè)備程序的更新。

3.2程序類型庫
    為了有效的避免因為發(fā)射機的種類多，導(dǎo)致采集器程序較多，我們建立了發(fā)射機程序類型庫，通過對所有發(fā)射機的采集施工后，將所有程序建庫，通過簡單的設(shè)置就可以達到發(fā)射機采集器的互用。當(dāng)有新的發(fā)射機加入時只需要在系統(tǒng)中增加該發(fā)射機的采集程序。

4．軟件功能
     軟件主要分為下位機軟件和服務(wù)器軟件兩個部分。下位機硬件結(jié)構(gòu)采用了嵌入式ARM，下位機的軟件采用win．dows CE系統(tǒng)，通過遠程的上位機可以進行在線式程序更新。操作簡單，管理方便。我們可以像在電腦上一樣嵌入設(shè)置網(wǎng)頁方便非專業(yè)人員對設(shè)置的更改。嵌入網(wǎng)頁可以設(shè)置各個通訊端口的參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、倒備機、自動開關(guān)機等。

5．發(fā)射機采集監(jiān)控系統(tǒng)
    發(fā)射機采集控制器采用先進的嵌入式ARM9作為核心單元，它不但具有發(fā)射機參數(shù)采集、主備機倒換控制、定時開關(guān)機、遙控開關(guān)機，而且提供了發(fā)射機程序類型庫、在線式程序升級等功能極大的減少了備件的種類，方便了設(shè)備維護。一臺采集器就可以完成一套節(jié)目包括主備發(fā)射機、主備激勵器參數(shù)的采集和監(jiān)視，以及故障倒備機控制等功能。上位機軟件采用B／S架構(gòu)，這種機構(gòu)具有升級維護方便，客戶端電腦擴展簡單等特點。通過上位機可以完成監(jiān)控各個環(huán)節(jié)參數(shù)的實時動態(tài)顯示、參數(shù)異常報警、發(fā)射機遙控開關(guān)機等功能，并能夠設(shè)定發(fā)射機自動開關(guān)機、倒備機的時間設(shè)置等功能。發(fā)射機嵌入式ARM9采集器具體實現(xiàn)功能如下：

1）采用主備發(fā)射機互為主備的工作方式，即主備機之間沒有明確的從屬關(guān)系，隨著發(fā)射機的工作情況發(fā)射機的不同主備關(guān)系也隨之變化，大大地提高了發(fā)射機的工作壽命。

2）可以分別定義A機和B機的工作時間段

3）A機、B機的高壓狀態(tài)，是彼此自動開關(guān)機的互鎖條件

4）天線位置為開機的必要條件

5）A機、B機的高壓狀態(tài)鎖定天線閘自動倒換驅(qū)動

6）可以預(yù)設(shè)倒機的功率門限以及延時時間

7）采集控制器根據(jù)監(jiān)測當(dāng)前工作發(fā)射機的發(fā)射功率判別是否需要倒機

8）倒機流程：關(guān)閉并封鎖主機，倒換天線，開啟備機

結(jié)構(gòu)圖如圖3。

6．結(jié)束語
     監(jiān)控系統(tǒng)用ARM處理器代替單片機，不僅使系統(tǒng)性能得以大大提高，而且在遠程升級維護管理上有明顯的優(yōu)勢。當(dāng)連接發(fā)射臺監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)中斷時，嵌入在ARM9內(nèi)的網(wǎng)頁又可以滿足對臺內(nèi)設(shè)備的自動控制和平時應(yīng)急式的設(shè)置與維護，不至于造成整個監(jiān)控系統(tǒng)的癱瘓，提高了安全播出的可靠性，并大大減少了發(fā)射臺管理和運行維護成本。