【摘要】介紹一種基于飛思卡爾MCF5270單片機(jī)的電力通訊管理機(jī)的設(shè)計，同時介紹了其硬件設(shè)計和軟件設(shè)計方案，通過配置軟件可方便地配置其所有通訊端口的協(xié)議、通訊參數(shù)等設(shè)置，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)調(diào)試。

【關(guān)鍵詞】電力通訊MCF5270單片機(jī)

基于高可靠性硬件平臺的、采用IP技術(shù)的、符合相關(guān)IEC標(biāo)準(zhǔn)并兼容區(qū)域或廠商標(biāo)準(zhǔn)的“電力通訊管理機(jī)”已經(jīng)成為電力自動化發(fā)展的方向。

一、硬件構(gòu)成

1.1單片機(jī)

單片機(jī)選用COLDFIRE MCF5270芯片，MCF527X系列單片機(jī)是飛思卡爾針對于通用低端外設(shè)的聯(lián)接擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)市場空間飛速發(fā)展開發(fā)的高性能、低功耗32位單片機(jī)。其V2 ColdFire核心可在166MHz的時鐘頻率下提供159MIPS的處理能力，具有32×32位的增強(qiáng)型乘加運(yùn)算單元和硬件除法器；8K的指令/數(shù)據(jù)緩存；豐富的外設(shè)，包括1個以太網(wǎng)通訊控制模塊，USB2.0全速模塊，3個UART，2個QSPI，I2C等。

1.2CPLD

CPLD芯片選用XILINX公司的XC9500系列器件的XC9572XL-10/TQ100，此芯片可以通過JTAG在線編程，由72個邏輯宏單元和1600個可用邏輯門。

1.3以太網(wǎng)接口芯片

常用的單口10M/100Mbps高速以太網(wǎng)物理層接口器件主要有RTL8201、DM9161等，均提供MII接口和傳統(tǒng)7線制網(wǎng)絡(luò)接口，可方便地與MCF5270接口。

1.4串口轉(zhuǎn)換芯片

ST16C554是一個整合4個通道的增強(qiáng)型異步通訊組件。它的每個通道能從外圍設(shè)備或MODEM接受數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)串-并轉(zhuǎn)換；同時，它也可以從CPU端接受數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換。CPU可以在工作時隨時查詢每一個通道的完整狀態(tài)，監(jiān)視各種命令的執(zhí)行和任何發(fā)生的錯誤。

1.5其他主要器件

（1）SDRAM：SAMSUNG K4S281632 128M程序運(yùn)行時變量空間。（2）FLASH：SST39VF040存放程序代碼和用于液晶顯示的漢字庫。（3）DS1390：實(shí)時時鐘芯片。通過SPI接口與5270單片機(jī)連接。（4）SD卡：通過SPI接口與5270單片機(jī)連接。SD卡用來存放配置文件。

二、軟件設(shè)計

2.1操作系統(tǒng)移植

本設(shè)計采用μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上加了μC/FS文件系統(tǒng)模塊和μC/TCP-IP協(xié)議棧模塊。作為一個實(shí)時內(nèi)核，μC/OS-Ⅱ最多支持56個任務(wù)，其內(nèi)核為占先式，總是執(zhí)行就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)，并支持Semaphore（信號量）、Mailbox（郵箱）、Message Queue（消息隊列）等多種常用的進(jìn)程間通信機(jī)制。

2.2應(yīng)用程序介紹

系統(tǒng)上電時，完成初始化后開始讀取SD卡中的配置文件，配置文件總共有13個文件，包含了所有的系統(tǒng)配置參數(shù)；然后初始化系統(tǒng)變量，這時會置位循環(huán)標(biāo)志；然后根據(jù)配置文件中各端口通訊參數(shù)的設(shè)置來初始化相應(yīng)的通訊端口，這時會為每個使用到的通訊端口創(chuàng)建一個串口數(shù)據(jù)接受進(jìn)程，該進(jìn)程把該端口上接受到的數(shù)據(jù)存放到相應(yīng)的緩沖區(qū)中去；然后再加載配置文件中各使用端口的通訊協(xié)議，系統(tǒng)會為每個通訊協(xié)議創(chuàng)建一個進(jìn)程，該進(jìn)程依據(jù)該通訊協(xié)議規(guī)則收發(fā)數(shù)據(jù)；然后再創(chuàng)建三個系統(tǒng)公共進(jìn)程，一個是離線設(shè)備監(jiān)視進(jìn)程，用于清除設(shè)備離線訪問標(biāo)志，一個是時鐘同步進(jìn)程，用于設(shè)置設(shè)備對時標(biāo)志，另外一個是SOE處理進(jìn)程，把系統(tǒng)的SOE和遙信變位數(shù)據(jù)放到各個上傳調(diào)度緩沖區(qū)；所有進(jìn)程創(chuàng)建完成后，會進(jìn)入到主循環(huán)中，主循環(huán)中只做兩件事，一是讀取當(dāng)前時間并顯示到液晶上，一是處理調(diào)度遙控命令。

三、配置軟件

配置軟件是針對本設(shè)計產(chǎn)品進(jìn)行配置維護(hù)、對象建模和瀏覽調(diào)試的管理工具，運(yùn)行于Windows NT/2000/XP平臺上，它通過網(wǎng)絡(luò)連接，配置各種運(yùn)行對象、管理對象和控制對象，并提供運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)信息的在線監(jiān)測、通信調(diào)試和診斷，以及控制命令過程的執(zhí)行情況在線監(jiān)測。

四、結(jié)語

經(jīng)過現(xiàn)場的實(shí)際使用，這種電力通訊管理機(jī)無論是現(xiàn)場工程調(diào)試，還是遠(yuǎn)程管理維護(hù)都很方便，大大減少現(xiàn)場的工作量，具有配置簡單、維護(hù)便捷、結(jié)構(gòu)小巧等優(yōu)點(diǎn)，有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] Labrosse Jean J.μC/OS-Ⅱ———源碼公開的實(shí)時操作系統(tǒng).邵貝貝譯.北京：中國電力出版社，2001

[2] Labrosse Jean J.嵌入式系統(tǒng)構(gòu)件.袁勤勇譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002