嵌入式技術(shù)的工業(yè)通信管理機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用

馬澤海

[摘 要] 通信管理機(jī)是企業(yè)自動化和信息化中實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備和系統(tǒng)互聯(lián)與集成的重要設(shè)備，在企業(yè)通信管理機(jī)中應(yīng)用嵌入式技術(shù)能有效解決通訊方式和通訊協(xié)議多樣化問題，有利于提高系統(tǒng)的互聯(lián)集成能力，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。本文就嵌入式技術(shù)在工業(yè)通信管理機(jī)中的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了探討，具有一定理論價值與技術(shù)應(yīng)用價值。

[關(guān)鍵詞] 通信管理機(jī)；工業(yè)自動化；嵌入式技術(shù)；系統(tǒng)集成

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 10. 021

[中圖分類號] F272.7；TM73 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）10- 0034- 02

1 引 言

在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，涉及大量設(shè)備、系統(tǒng)的互聯(lián)和集成，但不同設(shè)備、不同系統(tǒng)間，往往采用了不同的通信標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議，這給系統(tǒng)集成與互聯(lián)帶來極大的困擾，在工業(yè)應(yīng)用中需要投入大量工程技術(shù)人員，耗費(fèi)大量時間和精力來解決異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)通信問題，降低了設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性，極容易因?yàn)橐恍┡既灰蛩囟斐上到y(tǒng)崩潰甚至滋生重大風(fēng)險(xiǎn)。對工業(yè)自動化設(shè)備和信息系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，構(gòu)建起更為安全可靠的通信管理系統(tǒng)，對提升工業(yè)通信控制水平極為重要。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，有效地提升了系統(tǒng)的功能拓展能力和可靠性，能極大地提升工業(yè)知識集成能力，在工業(yè)通信管理機(jī)中有極高的應(yīng)用價值。下面，本文就嵌入式技術(shù)在工業(yè)通信管理機(jī)中的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行簡要的探討。

2 嵌入式技術(shù)簡介

嵌入式技術(shù)是應(yīng)用專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為裝置或設(shè)備的一部分，面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)。利用嵌入式技術(shù)構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)，能有效地提高系統(tǒng)應(yīng)用效率，去除系統(tǒng)冗余，更好地針對系統(tǒng)用戶的具體需求提供理想的性能和功能，是一種技術(shù)密集、高度分散，充分融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)的知識集成系統(tǒng)。目前，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都采用32位處理器，使得嵌入式系統(tǒng)的性能有了極大的提高，構(gòu)建起了高度專業(yè)化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在實(shí)踐應(yīng)用中能提供較長的生命周期。同時，由于嵌入式系統(tǒng)的軟件通常固化在只讀存儲器中，與通用計(jì)算機(jī)軟件有很大的區(qū)別，需要更強(qiáng)的繼承性和技術(shù)銜接性，因此整體發(fā)展更為穩(wěn)定。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，目前嵌入式系統(tǒng)在任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、信息傳輸?shù)确矫娴男阅芏加辛撕艽蟮奶岣?，并具有?qiáng)大的功能拓展能力，具有極高的適應(yīng)性。

3 工業(yè)通信管理機(jī)應(yīng)用分析

3.1 工業(yè)通信架構(gòu)需求

在目前工業(yè)通信體系中，通常包括監(jiān)控系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動化控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠€體系。工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，需要對整個工業(yè)生產(chǎn)自動化體系內(nèi)處于分散狀態(tài)的生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)視、控制和統(tǒng)計(jì)管理，工業(yè)通信系統(tǒng)承擔(dān)著極為重要的責(zé)任，綜合了自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等多個方面的技術(shù)，形成了一個覆蓋工業(yè)生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)的綜合系統(tǒng)，而其中遠(yuǎn)距離的人機(jī)信息交互是這一系統(tǒng)的核心需求，以滿足包括如遙控、遙測、遙調(diào)、遙信等遠(yuǎn)動技術(shù)的需要。此外，工業(yè)通信體系中，涉及大量智能模塊，包括如變壓器保護(hù)、電容器保護(hù)、線路保護(hù)、自動控制、智能操作等模塊，這些模塊處于工業(yè)通信系統(tǒng)中，使得工業(yè)通信系統(tǒng)內(nèi)部存在大量的數(shù)據(jù)通信，以滿足各子系統(tǒng)內(nèi)部及子系統(tǒng)之間的信息傳輸與信息共享需要，因此實(shí)現(xiàn)設(shè)備、系統(tǒng)的共聯(lián)互通極為重要。但目前，由于數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化還不夠完善，并沒形成統(tǒng)一、規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系，造成工業(yè)通信體系的共聯(lián)互通中存在大量規(guī)約轉(zhuǎn)換問題，既增加了人力物力的耗費(fèi)，又降低了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3.2 通信管理機(jī)工作機(jī)制

通信管理機(jī)是工業(yè)通信系統(tǒng)中的主單元，通常位于通信系統(tǒng)主控層，用以完成各個設(shè)備、系統(tǒng)之間的信息交換工作，實(shí)際上是對整個通信系統(tǒng)進(jìn)行控制。由于工業(yè)系統(tǒng)中設(shè)備、系統(tǒng)多樣復(fù)雜，各類通信協(xié)議、通信接口摻雜于整個系統(tǒng)之中，為了使設(shè)備、系統(tǒng)之間的信息交換工作得到良好的保障，通信管理機(jī)應(yīng)當(dāng)有強(qiáng)大的通信能力，以適應(yīng)整個系統(tǒng)中不同通信接口、通信方式、通信協(xié)議之間的協(xié)調(diào)集成工作，疏通系統(tǒng)中的信息交換障礙。而這些問題，都需要通信管理機(jī)在硬件和軟件方面來滿足。目前常用的通信管理機(jī)主要分為工控機(jī)硬件平臺和嵌入式處理器硬件平臺兩大類，工控機(jī)硬件平臺的通信管理機(jī)主要以軟件來完成通信管理，在應(yīng)用中不需要單獨(dú)開發(fā)硬件平臺而采用標(biāo)準(zhǔn)的工控機(jī)，但在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)不同企業(yè)的需要還需要增加各類輔助設(shè)備，包括如終端服務(wù)器、轉(zhuǎn)換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)集線器等；嵌入式處理器硬件平臺的通信管理機(jī)，則是面向用戶開發(fā)設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的針對性，整個系統(tǒng)經(jīng)過特殊處理和設(shè)計(jì)，擁有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力和轉(zhuǎn)換能力，相對于工控機(jī)硬件平臺的通信管理機(jī)更具有針對性，適用性更高。

4 嵌入式通信管理機(jī)開發(fā)應(yīng)用

4.1 嵌入式通信管理機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

嵌入式硬件設(shè)備通常包括嵌入式處理器和外圍接口兩個部分，其中嵌入式處理器是整個系統(tǒng)的核心，嵌入式處理器并不是普適性處理器，而是針對特定用戶專門設(shè)集的處理器，在芯片內(nèi)部集成了大量特定功能；外圍繞接口是嵌入式系統(tǒng)的輔助功能部件，用以支撐存儲、通信、調(diào)試、顯示功能，包括如存儲設(shè)備、通信設(shè)備、顯示設(shè)備等。由于工業(yè)應(yīng)用中，設(shè)備環(huán)境復(fù)雜、現(xiàn)場通信標(biāo)準(zhǔn)多樣，硬件設(shè)備必須要能兼容多種現(xiàn)場總線模式，兼容和支持多種接口，同時還應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合以太網(wǎng)技術(shù)的開放性和擴(kuò)充性，構(gòu)建起低功耗、高可靠、多功能的硬件系統(tǒng)。

4.2 嵌入式通信管理機(jī)軟件結(jié)構(gòu)

嵌入式通信管理機(jī)軟件系統(tǒng)需要具有很強(qiáng)的實(shí)時性、硬件協(xié)調(diào)性、軟件固化性、應(yīng)用專業(yè)性的特點(diǎn)，由于嵌入式通信管理機(jī)存儲器芯片容量有限，往往需要對標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行小型化裁剪處理，構(gòu)建起適合特定工業(yè)應(yīng)用場合的嵌入式軟件系統(tǒng)。同時，還需要降低系統(tǒng)的開發(fā)成本，拓展系統(tǒng)的硬件平臺應(yīng)用能力，并保障系統(tǒng)的性能和網(wǎng)絡(luò)支撐能力。目前，在嵌入式軟件系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)多種通信管理機(jī)制，往往采用將從多接口程序作為一個大集合提供獨(dú)立線程調(diào)用的方式，或者為每個接口程序建立單獨(dú)文件構(gòu)建單一線程調(diào)用的方式，這兩種方式各有優(yōu)點(diǎn)，不過考慮工業(yè)通信管理機(jī)的拓展能力，采用每一通訊接口提供單一執(zhí)行程序的方式具有更高的實(shí)用性。

主要參考文獻(xiàn)

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