基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的多串口網(wǎng)口通信體系構(gòu)建策略研究

【摘要】本文主要簡(jiǎn)單的介紹了精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的基本內(nèi)容，對(duì)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，來(lái)探索基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)多串口網(wǎng)口通信的結(jié)構(gòu)和裝置，以建立健全的以精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的多串口網(wǎng)口通信體系構(gòu)建。據(jù)此，有利于進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和研究這一通信體系，使其能在電力系統(tǒng)二次設(shè)備的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用，提高基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)多串口網(wǎng)口通信工程的有效性。

【關(guān)鍵詞】精簡(jiǎn)指令集;多串口網(wǎng)口;通信體系;有效策略

Abstract：This paper simply introduces the Reduced Instruction Set Computer basic content，the advantage of reduced instruction set computer for analysis.Through the reduced instruction set computer structural features，to explore the structure-based streamline multiple serial port communication network and device instruction set computer to establish a sound to reduced instruction set computer-based multi-port serial communication network system construction.Accordingly，there is conducive to further development and research in this communication system，so that it can play an important role in the computer monitoring system of secondary power system equipment，and improve the effectiveness of multi-set computer serial port communication network project based on Reduced Instruction.

Key word：Reduced Instruction Set;Multiport Serial Ethernet port;communication system;effective strategy

二十一世紀(jì)是一個(gè)科技時(shí)代，社會(huì)朝著信息化的方向進(jìn)一步發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異，尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，其已經(jīng)成為社會(huì)生產(chǎn)和生活中必不可少的重要組成部分。在社會(huì)各領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)技術(shù)都受到追捧、頗受歡迎，在各個(gè)行業(yè)中都被廣泛的應(yīng)用，占有重要的地位。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)科學(xué)技術(shù)的投入逐漸加大，越來(lái)越多的新技術(shù)都開(kāi)始推廣和應(yīng)用，改變了我國(guó)的生產(chǎn)方式，為人們的生活和工作帶來(lái)了便利。在這種大環(huán)境下，我國(guó)電力二次系統(tǒng)也積極的響應(yīng)社會(huì)的號(hào)召，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行監(jiān)控和管理。電力二次設(shè)備所采用的監(jiān)控系統(tǒng)是分層分布式，其使用的設(shè)備大部分都是現(xiàn)地控制型，所分析出的數(shù)據(jù)需要通過(guò)各種方法與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。過(guò)去的現(xiàn)地通信方式已無(wú)法滿足新時(shí)期下電力二次系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信工作，為提高電力二次系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的安全性和完整性，其必須創(chuàng)新通信體系，改進(jìn)通信管理裝置。

1.精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的基本概念

精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)是一種微處理器，其所處理的指令類(lèi)型比較少，所針對(duì)的是一些常用的計(jì)算機(jī)指令，通常用于專(zhuān)機(jī)中。精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度很快，在執(zhí)行和操作上效率很高。比起復(fù)雜指令運(yùn)算集來(lái)說(shuō)，其指令系統(tǒng)地操作較為簡(jiǎn)單，而且其所執(zhí)行的一些較為復(fù)雜的指令，也是通過(guò)一些簡(jiǎn)單的指令組合而成。精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)充分利用了流水線技術(shù)，避免了CPU空周期的浪費(fèi)，可以同時(shí)發(fā)出多項(xiàng)指令。其能有效的促進(jìn)CPU的運(yùn)行速度，降低CPI的值。隨著時(shí)代的進(jìn)步、社會(huì)的發(fā)展，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的發(fā)展前景十分好，其處理其具有并行性，能夠擴(kuò)展計(jì)算機(jī)的功能性，在數(shù)據(jù)的處理上具有高效性，被應(yīng)用于各大中高檔服務(wù)器中。另外，其所采用的芯片，屬于低功耗，鮮少發(fā)生故障，在運(yùn)行中較為穩(wěn)定，是當(dāng)下最先進(jìn)的芯片。基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的多串口網(wǎng)口通信體系，充分利用了精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的作用。基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的多串口網(wǎng)口通信體系，提高了通信的效率，具有安全性和可編程性，操作更為便捷，所采用的配置方式更為靈活。這種通信體系已被廣泛應(yīng)用，能帶來(lái)多樣化的數(shù)據(jù)傳輸，具有重要的意義。

2.精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特征

精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：從指令系統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，由于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)主要是針對(duì)于一些經(jīng)常使用的指令，因而此類(lèi)指令在應(yīng)用的時(shí)候效率十分高，操作十分簡(jiǎn)單;從存儲(chǔ)器方面來(lái)說(shuō)，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器容易控制;從設(shè)計(jì)周期方面來(lái)說(shuō)，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)所消耗的設(shè)計(jì)時(shí)間并不需要太長(zhǎng)，能有效的結(jié)合新技術(shù)使用。正是如此，使得以精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的多串口網(wǎng)口通信體系，在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候速度十分快，數(shù)據(jù)傳輸具有可靠性。

精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)在結(jié)構(gòu)上有這些特征：第一，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算既是一種單周期指令，其避免了因?yàn)橹噶钪芷跀?shù)不同而造成的運(yùn)行問(wèn)題，所采用的是流水線操作，從而提高了數(shù)據(jù)的處理效率，加快了指令的執(zhí)行速度;第二，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)所使用的指令格式較為固定，比較簡(jiǎn)單，尋址方式也有所減少，從而減少了譯碼的時(shí)間，為運(yùn)行的穩(wěn)定性提供了保障;第三，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)中有許多寄存器，利用寄存器來(lái)執(zhí)行指令，簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)地操作方式，促進(jìn)了指令執(zhí)行速度的提高。正是由于其具有這些結(jié)構(gòu)特征，使得基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的所串口網(wǎng)口通信體系的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，此通信體系的系統(tǒng)在操作上較為簡(jiǎn)易，提高了數(shù)據(jù)傳輸和處理的效率，保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

3.基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)多串口網(wǎng)口通信結(jié)構(gòu)和裝置分析

3.1 基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)多串口網(wǎng)口通信結(jié)構(gòu)分析

從硬件結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，這種通信體系中最為關(guān)鍵的部分是其所采用的控制器和串口控制芯片，其所使用的控制器以精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，串口控制芯片則基于PCI總線。另外，這個(gè)通信裝置的每個(gè)傳輸通道在收發(fā)電路上都有其獨(dú)立性。因而，我們說(shuō)其在運(yùn)行的過(guò)程中具有穩(wěn)定性，在安全方面具有其優(yōu)勢(shì)。在串口通信方面，此裝置所使用的發(fā)送器和接收器，都具有低功耗的特點(diǎn)，利用可儲(chǔ)存能量的電池來(lái)進(jìn)行電能的功用?；诰?jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)多串口網(wǎng)口通信裝置改良了接收器和發(fā)送器，使得接收器在運(yùn)行的過(guò)程中的能有效的解決噪聲抑制的問(wèn)題，提高了發(fā)送器的傳輸速度和轉(zhuǎn)換速度，并且在數(shù)據(jù)輸出和輸入的過(guò)程中都能進(jìn)行防護(hù)，維護(hù)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。除此之外，此通信裝置使用了工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)，促進(jìn)了自動(dòng)化的形成，其可在ISA總線上使用CAN控制器，從而利用CAN總線來(lái)進(jìn)行通信。

從軟件結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，這種通信裝置的界面環(huán)境十分好，用戶在操作的過(guò)程中只需要將上位機(jī)進(jìn)行組態(tài)，然后將其下載與通信裝置中即可。當(dāng)通信裝置在運(yùn)行之后，便能建立健全的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)存空間的分配。內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)需要由與之相配套的服務(wù)程序來(lái)管理，而其操作則由通過(guò)API來(lái)實(shí)施?；诰?jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)多串口網(wǎng)口通信結(jié)構(gòu)的組態(tài)比較多，例如模擬量輸入、輸出和開(kāi)關(guān)量輸出等。在電力二次系統(tǒng)中應(yīng)用這一通信體系，能滿足電力二次系統(tǒng)中各種保護(hù)、測(cè)量、控制裝置輸送數(shù)據(jù)的要求，可促進(jìn)電力系統(tǒng)裝置輸送數(shù)據(jù)效率的提高。除此之外，此通信體系所使用的是嵌入式LINUX系統(tǒng)，這一系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中實(shí)時(shí)性很高，十分安全可靠，比較穩(wěn)定。因而在通信體系中以這種新型的嵌入式系統(tǒng)為平臺(tái)，能夠使其進(jìn)行多項(xiàng)任務(wù)的共同執(zhí)行。采用嵌入式LINUX操作系統(tǒng)，能夠擴(kuò)展通信驅(qū)動(dòng)程序。其可以不同數(shù)據(jù)類(lèi)型為依據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量，來(lái)為數(shù)據(jù)劃分內(nèi)存空間。在建立內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)之后，則可以利用bootman程序來(lái)讀取上機(jī)位組態(tài)信息，啟動(dòng)CAN網(wǎng)通信驅(qū)動(dòng)。在傳輸數(shù)據(jù)信息的時(shí)候，如果有新的數(shù)據(jù)則會(huì)在第一時(shí)間傳輸于PLC中。

3.2 基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)多串口網(wǎng)口通信裝置分析

基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的多串口網(wǎng)口通信裝置，在通信數(shù)據(jù)的管理方面比起傳統(tǒng)的通信方式功能更為齊全和強(qiáng)大，而且其還促進(jìn)了工程調(diào)試效率的提高。這種通信體系設(shè)定了IP地址啟動(dòng)，能夠有效地避免因改變網(wǎng)址參數(shù)而導(dǎo)致連接網(wǎng)絡(luò)失敗，便于后期維護(hù)工作的開(kāi)展。通信裝置可以將其所采用的嵌入式LINUX操作系統(tǒng)和配套服務(wù)程序，記錄于Flash ROM之中。如此一來(lái)，當(dāng)程序發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候，可以直接通過(guò)恢復(fù)出廠值來(lái)還原系統(tǒng)，以減少通信裝置的維修成本費(fèi)用，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的調(diào)試工作。在進(jìn)行版本升級(jí)的時(shí)候，可以通過(guò)燒錄于Flash ROM中的系統(tǒng)最小鏡像，來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)的初始狀態(tài)，有利于維護(hù)程序版本。

4.結(jié)束語(yǔ)

基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的多串口網(wǎng)口通信體系，是一種新型的通信管理方式，與傳統(tǒng)的通信管理模式相比，其能發(fā)揮出更好的效果。這一通信體系常常被應(yīng)用于工業(yè)發(fā)展中，具有重要的作用。其所采取的通信處理器是一種高度集成的設(shè)備，能與多個(gè)智能設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，并且還具備轉(zhuǎn)換功能。這種以精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的通信體系，完全利用了精簡(jiǎn)指令集的功能性和有點(diǎn)，將其應(yīng)用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的通信環(huán)節(jié)中，能確保數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量，為使用者提供更為正確和完整的數(shù)據(jù)信息，并能根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行科學(xué)的分析。

參考文獻(xiàn)

[1]李輝楷，韓軍，翁新釬等.精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)協(xié)處理器設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程，2012（38）.

[2]朱樂(lè)，馮慧陽(yáng)，李斌等.基于RISC架構(gòu)的多串口網(wǎng)口通信管理裝置[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2011（35）.

[3]李賀.RISC處理器及其加固研究與設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué)，2013.

[4]吳娟.基于RISC的微處理器研究與設(shè)計(jì)[D].蘇州大學(xué)，2010.

[5]吳紅星.基于Linux的服務(wù)器的架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技博覽，2009（11）.

[6]張克松.RISC處理器中IMMU的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢理工大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：李少卿（1977—），女，江蘇蘇州人，工學(xué)碩士，南京南瑞繼保電氣有限公司工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化。