嵌入式設(shè)備的通信故障檢測研究

摘要：嵌入式設(shè)備使用高效、方便，應(yīng)用廣泛。嵌入式設(shè)備在應(yīng)用的系統(tǒng)中起著重要的控制決策作用，所以有必要及時檢測防止嵌入式設(shè)備發(fā)生故障，保障嵌入式設(shè)備的正常、穩(wěn)定工作。本文進(jìn)行了嵌入式設(shè)備故障檢測和診斷硬件和軟件設(shè)計，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用性，在實踐中具有較高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：嵌入式設(shè)備 通信 故障檢測

0 引言

嵌入式設(shè)備使用高效、方便，在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域，嵌入式設(shè)備可以根據(jù)系統(tǒng)特殊使用要求，通過多通訊接口接入系統(tǒng)進(jìn)行工作。嵌入式設(shè)備使用方便，同時技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有較多功能，嵌入式設(shè)備在應(yīng)用的系統(tǒng)中起著重要的控制決策作用。所以，防止嵌入式設(shè)備發(fā)生故障，保證嵌入式設(shè)備能夠正常、持續(xù)地工作是十分重要的，在應(yīng)用嵌入式設(shè)備時需要對嵌入式設(shè)備進(jìn)行及時的故障檢測和監(jiān)測，在應(yīng)用中有著極為重要的現(xiàn)實的意義。

嵌入式設(shè)備具有體積小、重量輕、功耗低便于移動的特點，所以經(jīng)常根據(jù)需要，把嵌入式設(shè)備接入到應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行工作。為了保障嵌入式設(shè)備正常功能的發(fā)揮，需要有可行的嵌入式設(shè)備故障檢測方法。本文對多串行通訊嵌入式設(shè)備故障檢測進(jìn)行了研究，提出充分利用嵌入式設(shè)備多串行通訊資源，實現(xiàn)對嵌入式設(shè)備故障檢測和故障診斷的方法，以保障嵌入式設(shè)備的有效使用。本文基于對車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測的研究，從故障檢測和診斷系統(tǒng)的硬件設(shè)計、故障檢測和診斷系統(tǒng)的故障檢測和診斷方法及故障檢測和診斷系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)三個方面，提出了對嵌入式設(shè)備進(jìn)行故障檢測的方法。本文的研究可以被其他嵌入式設(shè)備故障檢測所借鑒，在實踐中有著重要的應(yīng)用價值。

1 嵌入式設(shè)備故障檢測的依據(jù)

對嵌入式設(shè)備進(jìn)行故障檢測，主要是利用嵌入式設(shè)備多串行通訊資源，基于以下的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)：①串行通訊接口傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容質(zhì)量，反映了嵌入式系統(tǒng)整機(jī)通訊性能。所以通過數(shù)據(jù)質(zhì)量可以判斷是否存在故障。通過串行交互式通訊方式判斷嵌入式設(shè)備系統(tǒng)反饋信息，對反饋信息進(jìn)行檢測，就可以判定嵌入式設(shè)備是否存在故障。②串行通訊數(shù)據(jù)在嵌入式設(shè)備各元件中傳輸，所以串行通訊數(shù)據(jù)的質(zhì)量反映了嵌入式設(shè)備是否完好，如果串行通迅數(shù)據(jù)有問題，說明嵌入式設(shè)備可能出現(xiàn)故障，根據(jù)通讀數(shù)據(jù)的異?？梢耘袛嗲度胧皆O(shè)備故障的種類。

2 嵌入式設(shè)備故障檢測的硬件設(shè)計

本文的研究對象是一種車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)主要在野外環(huán)境下使用，車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)有多個串行通信接口，通過串行通信接口進(jìn)行工作，實現(xiàn)野外工作的定位、導(dǎo)航。硬件設(shè)計的實現(xiàn)，是為了通過GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備硬件設(shè)計提供六個串行通訊口資源，通過GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備硬件設(shè)計建立數(shù)據(jù)傳輸通道的連接，通過數(shù)據(jù)質(zhì)量對GPS導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測。

車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備進(jìn)行中央處理單元設(shè)計時，采用嵌入式CPU模塊ETX為車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備中央處理單元。在車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備設(shè)計中，由于ETX模塊提供的串行通訊口資源功能有限，有限的通訊口使得故障檢測硬件設(shè)計在技術(shù)上無法實現(xiàn)，需要進(jìn)行擴(kuò)展串行通訊口。在進(jìn)行車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備設(shè)計時，需要了解ETX模塊中斷資源并進(jìn)行利用，對ETX模塊總線資源也需要進(jìn)行評估和充分利用，在了解現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，根據(jù)短缺情況，基于ISA總線進(jìn)行串口的擴(kuò)展，進(jìn)行車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備硬件設(shè)計。車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備設(shè)計時，異步串行接口芯片TL16C5544被用來進(jìn)行串口的擴(kuò)展，使用CPLD芯片進(jìn)行多串口中斷源和地址譯碼控制。

在車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備設(shè)計中，異步串行接口芯片TL16C554進(jìn)行嵌入式設(shè)備數(shù)據(jù)的串/并切換。一片TL16C554由4個增強(qiáng)型TL16C550異步通訊單元構(gòu)成，4個增強(qiáng)型TL16C550異步通訊單元可以擴(kuò)展，通過擴(kuò)展形成4路UART接口。在用異步通訊單位進(jìn)行4路UART接口擴(kuò)展時，芯片選通管腳（CS[A..D]）根據(jù)需要分別選通UART接口。車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備設(shè)計中程序讀寫TL16C554內(nèi)部寄存器控制，車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備設(shè)計中寄存器的選取由ISA總線地址線低三位（SA[0..2]）實現(xiàn)。

車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備設(shè)計中，CPLD主要用于設(shè)計地址譯碼電路和多中斷源控制電路。對宏單元和管腳進(jìn)行硬件設(shè)計時，使用EPM7032款芯片進(jìn)行設(shè)計。為使檢測設(shè)備選中擴(kuò)展的4路UART接口，輸入譯碼電路要利用地址線SA，在譯碼電路輸出設(shè)計中，將譯碼電路輸出分別連至異步串行接口芯片TL16C554的四個片選端（CS[A..D]）。車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測設(shè)備設(shè)計中，中斷請求通過ISA總線的IRQ5進(jìn)行，CPU檢測中斷端口的IIR寄存器來判斷中斷的串行端口，通過中斷處理程序?qū)χ袛噙M(jìn)行處理。為防止嵌入式設(shè)備檢測時中斷阻塞發(fā)生，通過中斷允許寄存器（IER）屏蔽端口中斷，這樣CPU就可以順利進(jìn)行中斷處理程序。

3 嵌入式設(shè)備故障檢測和診斷方法研究

嵌入式設(shè)備故障檢測，一般采用定性分析方法分析故障的性質(zhì)，本文研究通過故障樹方法進(jìn)行嵌入式設(shè)備故障的檢測。

嵌入式設(shè)備具有較高的技術(shù)含量，對嵌入式設(shè)備的用戶來說是難以清晰了解的，嵌入式設(shè)備內(nèi)部電路技術(shù)先進(jìn)，原理復(fù)雜，涉及跨學(xué)科的學(xué)識，用戶很難全面了解嵌入式設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)。嵌入式設(shè)備元件很多，連接復(fù)雜，電路板間具有耦合效應(yīng)，所以進(jìn)行嵌入式設(shè)備故障的定量檢測是非常復(fù)雜的。為了進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，在嵌入式設(shè)備故障檢測中，首先需要采用定性分析的方法確定嵌入式設(shè)備故障的性質(zhì)。故障的檢測與分析是依靠“發(fā)送-接收-判斷”的模式來實現(xiàn)的。分析嵌入式設(shè)備的功能是否正常，根據(jù)輸入輸出檢測數(shù)據(jù)，與設(shè)定的正常狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，定性預(yù)測嵌入式設(shè)備的表現(xiàn)是否正常。嵌入式設(shè)備接口資源是面向用戶進(jìn)行設(shè)計的，所以采用串行通訊口進(jìn)行嵌入式設(shè)備故障檢測。

嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷，可以采用故障樹的分析方法實現(xiàn)。進(jìn)行嵌入式設(shè)備的故障樹分析，以數(shù)據(jù)傳輸路徑為故障檢查的依據(jù)，依次檢測串口通訊故障，建立嵌入式設(shè)備故障樹檢測模型。向嵌入式設(shè)備發(fā)出檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)嵌入式設(shè)備反饋數(shù)據(jù)，比較檢測前設(shè)定的正常設(shè)備設(shè)定數(shù)據(jù)，判定嵌入式設(shè)備反饋數(shù)據(jù)是否正常，診斷嵌入式設(shè)備是否存在故障，如發(fā)生故障根據(jù)反饋數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)的差異尋找故障原因。在嵌入式設(shè)備故障分析中，采用故障樹分析方法時，將把嵌入式設(shè)備故障定位到板級，這樣可以有利于故障數(shù)分析在板與板之間依次進(jìn)行。

4 嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷的軟件設(shè)計

嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷軟件采用模塊化設(shè)計，以嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷軟件為核心，從底層嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷測試硬件驅(qū)動，到嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷應(yīng)用程序開發(fā)在內(nèi)的所有環(huán)節(jié)。嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷軟件設(shè)計中，嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷驅(qū)動層，溝通了嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷軟件設(shè)計平臺和硬件設(shè)備，嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷驅(qū)動層由接口驅(qū)動和Windows API組成。嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷軟件設(shè)計中為了達(dá)到較好的人機(jī)交互效果，采用Windows 7操作系統(tǒng)進(jìn)行嵌入式設(shè)備故障檢測和診斷程序操作。在本文研究中，嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷軟件主要通過VC++來進(jìn)行設(shè)計，這樣可以有效地減小代碼的編寫量。嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷軟件中，嵌入式設(shè)備故障樹以對象類表示，包括嵌入式設(shè)備故障樹相關(guān)信息、規(guī)則庫、解釋模塊等。為保證嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷時串行通訊的可靠性，嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷軟件設(shè)計中串口通訊部分采用軟件實現(xiàn)循環(huán)冗余校驗（CRC）。嵌入式設(shè)備故障檢測與診斷軟件設(shè)計中采用第三方編寫的多線程串口通訊類C Serial Port。

5 結(jié)束語

本文進(jìn)行了嵌入式設(shè)備故障檢測和診斷設(shè)計，達(dá)到較好的嵌入式設(shè)備故障檢測和診斷目的。本文的研究具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用性，在實踐中具有較高的應(yīng)用價值。

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