基于ARM的電子負載網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)
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(1)測試工作在上位機集中進行，通過自動測試降低測試人員勞動強度，減少冗余人員，提高測試效率；
(2)便于及時、準確、全面直觀、高效、連續(xù)地反映電源測試狀態(tài)，利于科學(xué)管理；
(3)遠程監(jiān)控可長期保存大量工作數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)進行科學(xué)的測試分析。
目前，傳統(tǒng)電子負載通常利用RS232，RS485或CAN等總線進行網(wǎng)絡(luò)通訊。但這些網(wǎng)絡(luò)的有效半徑較短，并且孤立于Internet網(wǎng)絡(luò)以外，無法采用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)管理實現(xiàn)大范圍高效率的遠程監(jiān)控。針對以上不足，文中采用三星公司高性能的ARM處理器S3C2440作為核心，開發(fā)了基于以太網(wǎng)電子負載監(jiān)控系統(tǒng)，對于實現(xiàn)電源設(shè)備遠程自動化測試有著重要意義。
1 監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
電子負載監(jiān)控系統(tǒng)是一個以ARM為核心的通訊網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
ARM在以太網(wǎng)通訊中作為服務(wù)器端構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點，具有獨立的IP地址，上位機作為客戶端通過對不同IP地址的訪問實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)上不同節(jié)點的ARM服務(wù)器通訊，連接或監(jiān)控某個節(jié)點上的電子負載。上位機通過以太網(wǎng)發(fā)送給負載的控制命令由ARM網(wǎng)絡(luò)控制器接收，再通過ARM網(wǎng)絡(luò)控制器由RS232總線發(fā)送給電子負載。電子負載根據(jù)接收到的控制命令將被測電源的各種數(shù)據(jù)和負載工作的各個參數(shù)通過RS232總線上傳給ARM。ARM將來自負載的數(shù)據(jù)采用TCP／IP協(xié)議通過以太網(wǎng)上傳給上位機，ARM可以通過擴張串口連接多個負載，同時通過路由器擴展網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多個ARM系統(tǒng)并行工作，提高整個監(jiān)控系統(tǒng)的負載能力。
2 ARM網(wǎng)絡(luò)控制器硬件設(shè)計
ARM系統(tǒng)硬件部分采用三星公司的ARM芯片S3C2440，S3C2440基于32 bit ARM920T內(nèi)核，標(biāo)稱工作頻率為400 MHz，配置一片64 MBytes Nand Flash和兩片32 MBtyes SDRAM，網(wǎng)絡(luò)芯片采用DM9000A，配置了MAX3232擴展串口與電子負載進行連接。結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。
3 ARM網(wǎng)絡(luò)控制器軟件設(shè)計
ARM嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器的操作系統(tǒng)采用WindowsCE 5．0，Windows CE 5．0是一個32位、多線程、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，同時也是模塊型的操作系統(tǒng)，可選擇、組合和配置windows CE 5．0的模塊和組件來創(chuàng)建用戶版的操作系統(tǒng)。windows CE 5．0通過中斷嵌套與優(yōu)先級處理機制滿足了測控系統(tǒng)的實時性要求，同時具有類似于桌面系統(tǒng)的人機界面和應(yīng)用程序開發(fā)工具。
在windows CE 5．0的開發(fā)中。有兩個重要的方面，一是內(nèi)核定制，二是應(yīng)用程序的開發(fā)。
3．1 Windows CE內(nèi)核定制
由于應(yīng)用環(huán)境的多樣性，需要對Windows CE系統(tǒng)做不同的內(nèi)核定制。采用微軟公司的PlatformBuilder集成開發(fā)環(huán)境，針對電子負載網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的特點，添加、刪除和修改某些系統(tǒng)模塊，包括添加串口通信支持，以太網(wǎng)通訊支持，ActiveSync支持(軟件調(diào)試時的通信支持)等。此外，注冊表模式修改為HIVE模式，使掉電后數(shù)據(jù)的存放到Flash中保存實現(xiàn)程序的自啟動，參數(shù)掉電保存等功能。
3．2 ARM端通訊軟件開發(fā)
ARM網(wǎng)絡(luò)控制器作為負載和上位機連接的橋梁，實現(xiàn)RS232總線和以太網(wǎng)的互聯(lián)完成電子負載的遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。因此，ARM端通訊軟件功能包括：與多個電子負載的串行通信；與上位機基于TCP／IP協(xié)議的通信，提供可視化界面顯示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)和狀態(tài)，用戶可以通過觸摸屏設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)如波特率和IP地址等，系統(tǒng)提供連接日志供用戶查閱。其中的核心功能是實現(xiàn)RS232總線和以太網(wǎng)的通訊互聯(lián)，互聯(lián)模塊采用多線程的調(diào)用方式，保證了系統(tǒng)通訊的實時性。
通訊幀格式定義為長度26位，格式為：同步頭，負載地址，命令字，4～25 bit為相關(guān)信息內(nèi)容，校驗碼。
(1)同步頭為AAH，占l bit；
(2)負載地址范圍為0～FE，占1 bit，確定該幀發(fā)送的目標(biāo)負載或接收源負載；
(3)命令字占1 bit，標(biāo)示了該幀的功能；
(4)4～25 bit為命令參數(shù)和反饋參數(shù)。
套接字即Socket是支持TCP／IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。通過Socket編程，可以方便的訪問TCP／IP開發(fā)以太網(wǎng)通訊程序。Embedded VC++中基于TCP的Socket編程的服務(wù)器端程序工作流程如下：
(1)創(chuàng)建套接字Socket()；
(2)將套接字綁定到一個本地地址和端口上bind()；
(3)將套接字設(shè)置為監(jiān)聽模式，接收上位機的請求(listen)；
(4)等待上位機請求，當(dāng)請求到來后，接受連接請求，返回一個新的對應(yīng)于此次連接的套接字accept()；
(5)用返回的套接字于上位機進行通信(send／reev)；
(6)關(guān)閉套接字。
串口通訊在Windows CE環(huán)境下與桌面Windows環(huán)境下類似，通過CreateFile函數(shù)打開串口，ReadFile和WriteFile函數(shù)讀寫串口數(shù)據(jù)。
修改注冊表使ARM系統(tǒng)上電后自動運行通訊軟件：首先進行串口和以太網(wǎng)的初始化，對每個串口創(chuàng)建單獨的接收線程和發(fā)送線程，Socket監(jiān)聽到上位機連接后，創(chuàng)建與上位機連接的數(shù)據(jù)收發(fā)線程。當(dāng)串口的接收線程接收到數(shù)據(jù)時，觸發(fā)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，調(diào)用Socket的發(fā)送線程把數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。當(dāng)上位機發(fā)送數(shù)據(jù)給ARM服務(wù)器時，Socket的接收線程觸發(fā)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，根據(jù)幀中負載地址，調(diào)用對應(yīng)的串口發(fā)送線程向指定的目標(biāo)負載轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。工作流程，如圖3所示。
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