孟慶鵬，翟剛毅，朱慶彬

(1.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003；2.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統(tǒng)的電子機箱智能監(jiān)控技術(shù)

孟慶鵬1，翟剛毅2，朱慶彬2

(1.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003；2.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

研究了基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統(tǒng)對VPX電子機箱實時智能監(jiān)控的技術(shù)。完成了故障監(jiān)測收集、控制、存儲和上報，解決了VPX電子機箱故檢和監(jiān)控的技術(shù)問題，實現(xiàn)了VPX電子機箱的智能監(jiān)控，方便故障定位和維修。

ARM處理器；uC/COS-II操作系統(tǒng)；VPX；智能監(jiān)控

0 引 言

目前在電子機箱故障監(jiān)測領(lǐng)域的技術(shù)研究和裝備研制中，主要采用通過CPLD或單片機收集各板卡故障電平信號的方法實現(xiàn)簡單的電子機箱故障檢測功能。由于受到采用的處理器和故障監(jiān)測信息收集傳輸方法等原因的影響，在系統(tǒng)性能監(jiān)控能力、系統(tǒng)工作檢查能力和故障隔離能力等方面存在不足。

本文采用基于ARM 處理器和uC/OS-II操作系統(tǒng)，通過監(jiān)測總線對VPX電子機箱內(nèi)各板卡進(jìn)行故障收集、監(jiān)測、記錄和上報，通過溫度感知自動調(diào)節(jié)散熱單元風(fēng)機轉(zhuǎn)速，自動檢測機箱是否過溫，控制電源通斷保護(hù)板卡，實現(xiàn)VPX電子機箱的智能監(jiān)控。

1 總體設(shè)計

VPX通用信息處理平臺主要由插箱、背板、電源模塊、散熱單元和各功能模塊組成。故檢接口模塊主要負(fù)責(zé)VPX電子機箱的故檢和監(jiān)控功能。

故檢接口模塊的ARM處理器將收集的VPX電子機箱各板卡的溫度、電壓、故障等信息和散熱單元的故障、轉(zhuǎn)速等信息進(jìn)行綜合處理，通過UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送給后端上位機記錄故障狀態(tài)信息，同時控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)VPX電子機箱故檢監(jiān)測功能，達(dá)到智能監(jiān)測的目的。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體框圖

2 硬件設(shè)計

故檢接口模塊由ARM處理器、溫度電壓電流監(jiān)視芯片(LT2990)、鐵電存儲器和接口電路組成。

ARM處理器為故檢接口模塊的核心，負(fù)責(zé)故障分析和監(jiān)控的主要運算；LT2990芯片監(jiān)視電壓、電流和溫度信息；鐵電存儲器對故障和狀態(tài)信息進(jìn)行存儲；接口電路負(fù)責(zé)對外的接口工作。

3 軟件設(shè)計

3.1 μC/OS-II的移植

為保證系統(tǒng)內(nèi)的各種任務(wù)實時調(diào)度，本設(shè)計采用了μC/OS-II操作系統(tǒng)。

μC/OS-II是一個可裁剪的、源代碼開放的、結(jié)構(gòu)小巧且可剝奪型的實時多任務(wù)內(nèi)核，提供任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間的通信與同步、任務(wù)管理、時間管理和內(nèi)存管理等基本功能。將μC/OS-II移植到ARM處理器上，可以實現(xiàn)多任務(wù)處理，能夠?qū)崟r地將VPX通用信息處理平臺各功能模塊溫度、電壓及故障信息通過UDP傳送給后端上位機，從而實現(xiàn)VPX電子機箱的智能監(jiān)控。

μC/OS-II的移植就是對與處理器有關(guān)的代碼進(jìn)行重寫或修改。將μC/OS-II移植到ARM處理器上，只需要對OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM三個相關(guān)的文件進(jìn)行修改。μC/OS-II的文件結(jié)構(gòu)及硬件的關(guān)系如圖2所示。

(1) 設(shè)置與處理器相關(guān)的OS_CPU.H文件

OS_CPU.H文件中定義了和處理器相關(guān)的一些設(shè)定，包括了用#define定義與處理器相關(guān)的常量、宏和類型定義，主要有系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型定義、棧增長方向定義、關(guān)中斷和開中斷定義以及系統(tǒng)軟中斷定義等等。

(2) 設(shè)置與操作系統(tǒng)相關(guān)的OS_CPU_C.C文件

μC/OS-II在該文件中一共定義了6個函數(shù)，但最重要是OSTaskStkInit()，其他都是對系統(tǒng)內(nèi)核擴(kuò)展時用的。

OSTaskStkInit()是在用戶建立任務(wù)時由系統(tǒng)內(nèi)部函數(shù)OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()調(diào)用的，對用戶任務(wù)的堆棧進(jìn)行初始化，使建立好的進(jìn)入就緒態(tài)任務(wù)的堆棧和系統(tǒng)發(fā)生中斷，并且將環(huán)境變量保存完畢時的棧結(jié)構(gòu)一致，這樣就可以用中斷返回指令使就緒態(tài)的任務(wù)運行起來。

(3) 編寫6個匯編語言函數(shù)于OS_CPU_A.S文件

這部分需要對處理器的寄存器進(jìn)行操作，所以必須用匯編語言來編寫，包括4個子函數(shù)：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。

完成以上3個程序的改寫，μC/OS-II就可以在ARM上正確運行了，實現(xiàn)對VPX電子機箱的智能監(jiān)控功能。

3.2 算法設(shè)計

ARM處理器接收到網(wǎng)絡(luò)開機命令后通過TTL電平控制電源模塊。為了使各個功能模塊正常運行，系統(tǒng)對各個模塊采用了過溫保護(hù)。ARM處理器通過I2C總線對溫度傳感器LT2990芯片進(jìn)行配置，根據(jù)讀取的VPX電子機箱的溫度信息采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)對風(fēng)機模塊轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。當(dāng)VPX電子機箱溫度過高時，發(fā)送溫度報警并向各個模塊發(fā)送溫度保護(hù)命令，對各個模塊起到過溫保護(hù)作用。

后端上位機定時通過UDP發(fā)送故障檢測命令，ARM處理器接收到命令，通過I2C總線將收集的VPX電子機箱各板卡的溫度、電壓、故障等信息和散熱單元的故障、轉(zhuǎn)速等信息進(jìn)行綜合處理，通過UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送給后端上位機記錄故障狀態(tài)信息，實現(xiàn)VPX電子機箱故檢監(jiān)測功能。系統(tǒng)的ARM算法處理流程如圖3所示。

圖3 ARM算法處理流程圖

4 結(jié)束語

本文分析了基于ARM處理器和μC/OS-II操作系統(tǒng)對VPX電子機箱實時智能監(jiān)控技術(shù)的設(shè)計方法，并完成了拷機試驗。實際的使用結(jié)果表明，ARM處理器能夠?qū)崟r地進(jìn)行故障監(jiān)測收集、控制、存儲和上報，方便故障定位和維修。

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Intelligent monitoring technology of electronic chassis based on ARM processor andμC/OS-II operating system

MENG Qing-peng1, ZHAI Gang-yi2, ZHU Qing-bin2

(1.Military Representatives Office of Radar System of the Chinese PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003; 2.No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The real-time intelligent monitoring technology of the VPX electronic chassis is studied based on the ARM processor and theμC/OS-II operating system. The technical problem of fault detection and monitoring of the VPX electronic chassis is solved through fault monitoring and collection, control, storage, and report, realizing the intelligent monitoring of the VPX electronic chassis which facilitates fault location and maintenance.

ARM processor; μC/COS-II operating system; VPX; intelligent monitoring

2014-02-27；

2013-04-15

孟慶鵬(1983-)，男，工程師，研究方向：雷達(dá)總體技術(shù)；翟剛毅(1978-)，男，高級工程師，研究方向：雷達(dá)信息處理；朱慶彬(1984-)，男，工程師，碩士，研究方向：信號處理。

TP316.84

A

1009-0401(2014)02-0059-03