孟慶鵬，翟剛毅，朱慶彬

(1.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統(tǒng)的電子機(jī)箱智能監(jiān)控技術(shù)

孟慶鵬1，翟剛毅2，朱慶彬2

(1.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

研究了基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統(tǒng)對(duì)VPX電子機(jī)箱實(shí)時(shí)智能監(jiān)控的技術(shù)。完成了故障監(jiān)測(cè)收集、控制、存儲(chǔ)和上報(bào)，解決了VPX電子機(jī)箱故檢和監(jiān)控的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了VPX電子機(jī)箱的智能監(jiān)控，方便故障定位和維修。

ARM處理器；uC/COS-II操作系統(tǒng)；VPX；智能監(jiān)控

0 引 言

目前在電子機(jī)箱故障監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)研究和裝備研制中，主要采用通過(guò)CPLD或單片機(jī)收集各板卡故障電平信號(hào)的方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的電子機(jī)箱故障檢測(cè)功能。由于受到采用的處理器和故障監(jiān)測(cè)信息收集傳輸方法等原因的影響，在系統(tǒng)性能監(jiān)控能力、系統(tǒng)工作檢查能力和故障隔離能力等方面存在不足。

本文采用基于ARM 處理器和uC/OS-II操作系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)總線對(duì)VPX電子機(jī)箱內(nèi)各板卡進(jìn)行故障收集、監(jiān)測(cè)、記錄和上報(bào)，通過(guò)溫度感知自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱單元風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，自動(dòng)檢測(cè)機(jī)箱是否過(guò)溫，控制電源通斷保護(hù)板卡，實(shí)現(xiàn)VPX電子機(jī)箱的智能監(jiān)控。

1 總體設(shè)計(jì)

VPX通用信息處理平臺(tái)主要由插箱、背板、電源模塊、散熱單元和各功能模塊組成。故檢接口模塊主要負(fù)責(zé)VPX電子機(jī)箱的故檢和監(jiān)控功能。

故檢接口模塊的ARM處理器將收集的VPX電子機(jī)箱各板卡的溫度、電壓、故障等信息和散熱單元的故障、轉(zhuǎn)速等信息進(jìn)行綜合處理，通過(guò)UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送給后端上位機(jī)記錄故障狀態(tài)信息，同時(shí)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)VPX電子機(jī)箱故檢監(jiān)測(cè)功能，達(dá)到智能監(jiān)測(cè)的目的。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

故檢接口模塊由ARM處理器、溫度電壓電流監(jiān)視芯片(LT2990)、鐵電存儲(chǔ)器和接口電路組成。

ARM處理器為故檢接口模塊的核心，負(fù)責(zé)故障分析和監(jiān)控的主要運(yùn)算；LT2990芯片監(jiān)視電壓、電流和溫度信息；鐵電存儲(chǔ)器對(duì)故障和狀態(tài)信息進(jìn)行存儲(chǔ)；接口電路負(fù)責(zé)對(duì)外的接口工作。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 μC/OS-II的移植

為保證系統(tǒng)內(nèi)的各種任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度，本設(shè)計(jì)采用了μC/OS-II操作系統(tǒng)。

μC/OS-II是一個(gè)可裁剪的、源代碼開(kāi)放的、結(jié)構(gòu)小巧且可剝奪型的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，提供任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間的通信與同步、任務(wù)管理、時(shí)間管理和內(nèi)存管理等基本功能。將μC/OS-II移植到ARM處理器上，可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理，能夠?qū)崟r(shí)地將VPX通用信息處理平臺(tái)各功能模塊溫度、電壓及故障信息通過(guò)UDP傳送給后端上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)VPX電子機(jī)箱的智能監(jiān)控。

μC/OS-II的移植就是對(duì)與處理器有關(guān)的代碼進(jìn)行重寫或修改。將μC/OS-II移植到ARM處理器上，只需要對(duì)OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM三個(gè)相關(guān)的文件進(jìn)行修改。μC/OS-II的文件結(jié)構(gòu)及硬件的關(guān)系如圖2所示。

(1) 設(shè)置與處理器相關(guān)的OS_CPU.H文件

OS_CPU.H文件中定義了和處理器相關(guān)的一些設(shè)定，包括了用#define定義與處理器相關(guān)的常量、宏和類型定義，主要有系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型定義、棧增長(zhǎng)方向定義、關(guān)中斷和開(kāi)中斷定義以及系統(tǒng)軟中斷定義等等。

(2) 設(shè)置與操作系統(tǒng)相關(guān)的OS_CPU_C.C文件

μC/OS-II在該文件中一共定義了6個(gè)函數(shù)，但最重要是OSTaskStkInit()，其他都是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)核擴(kuò)展時(shí)用的。

OSTaskStkInit()是在用戶建立任務(wù)時(shí)由系統(tǒng)內(nèi)部函數(shù)OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()調(diào)用的，對(duì)用戶任務(wù)的堆棧進(jìn)行初始化，使建立好的進(jìn)入就緒態(tài)任務(wù)的堆棧和系統(tǒng)發(fā)生中斷，并且將環(huán)境變量保存完畢時(shí)的棧結(jié)構(gòu)一致，這樣就可以用中斷返回指令使就緒態(tài)的任務(wù)運(yùn)行起來(lái)。

(3) 編寫6個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)于OS_CPU_A.S文件

這部分需要對(duì)處理器的寄存器進(jìn)行操作，所以必須用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫，包括4個(gè)子函數(shù)：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。

完成以上3個(gè)程序的改寫，μC/OS-II就可以在ARM上正確運(yùn)行了，實(shí)現(xiàn)對(duì)VPX電子機(jī)箱的智能監(jiān)控功能。

3.2 算法設(shè)計(jì)

ARM處理器接收到網(wǎng)絡(luò)開(kāi)機(jī)命令后通過(guò)TTL電平控制電源模塊。為了使各個(gè)功能模塊正常運(yùn)行，系統(tǒng)對(duì)各個(gè)模塊采用了過(guò)溫保護(hù)。ARM處理器通過(guò)I2C總線對(duì)溫度傳感器LT2990芯片進(jìn)行配置，根據(jù)讀取的VPX電子機(jī)箱的溫度信息采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)對(duì)風(fēng)機(jī)模塊轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。當(dāng)VPX電子機(jī)箱溫度過(guò)高時(shí)，發(fā)送溫度報(bào)警并向各個(gè)模塊發(fā)送溫度保護(hù)命令，對(duì)各個(gè)模塊起到過(guò)溫保護(hù)作用。

后端上位機(jī)定時(shí)通過(guò)UDP發(fā)送故障檢測(cè)命令，ARM處理器接收到命令，通過(guò)I2C總線將收集的VPX電子機(jī)箱各板卡的溫度、電壓、故障等信息和散熱單元的故障、轉(zhuǎn)速等信息進(jìn)行綜合處理，通過(guò)UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送給后端上位機(jī)記錄故障狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)VPX電子機(jī)箱故檢監(jiān)測(cè)功能。系統(tǒng)的ARM算法處理流程如圖3所示。

圖3 ARM算法處理流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統(tǒng)對(duì)VPX電子機(jī)箱實(shí)時(shí)智能監(jiān)控技術(shù)的設(shè)計(jì)方法，并完成了拷機(jī)試驗(yàn)。實(shí)際的使用結(jié)果表明，ARM處理器能夠?qū)崟r(shí)地進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)收集、控制、存儲(chǔ)和上報(bào)，方便故障定位和維修。

[1] 冉漢政.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS在控制工程中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2003，156(13)：84-86.

[2] 熊志金，陳三寶，郭洪娜.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II在電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用[J].電子質(zhì)量，2003(10)：17-19.

[3] 陳達(dá)軍，嚴(yán)勇，陳鐘榮，肖穩(wěn)安.μC/OS-II及其在ARM微處理器上的移植與應(yīng)用[J].南京氣象學(xué)院報(bào)，2006(2).

[4] 寧杰城，王春，周新志.ARM內(nèi)核上的μC/OS-II嵌入式系統(tǒng)的移植[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2005，31(2)：65-66.

[5] 倪一鳴.基于μC/OS-II的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通訊接口設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化，2003，22(3)：55-57.

[6] 顧鳳玉，施國(guó)梁，楊濤.基于LPC2478的μC/OS-II的移植和多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)，2009，5(7)：1736-1739.

Intelligent monitoring technology of electronic chassis based on ARM processor andμC/OS-II operating system

MENG Qing-peng1, ZHAI Gang-yi2, ZHU Qing-bin2

(1.Military Representatives Office of Radar System of the Chinese PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003; 2.No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The real-time intelligent monitoring technology of the VPX electronic chassis is studied based on the ARM processor and theμC/OS-II operating system. The technical problem of fault detection and monitoring of the VPX electronic chassis is solved through fault monitoring and collection, control, storage, and report, realizing the intelligent monitoring of the VPX electronic chassis which facilitates fault location and maintenance.

ARM processor; μC/COS-II operating system; VPX; intelligent monitoring

2014-02-27；

2013-04-15

孟慶鵬(1983-)，男，工程師，研究方向：雷達(dá)總體技術(shù)；翟剛毅(1978-)，男，高級(jí)工程師，研究方向：雷達(dá)信息處理；朱慶彬(1984-)，男，工程師，碩士，研究方向：信號(hào)處理。

TP316.84

A

1009-0401(2014)02-0059-03