焦現偉

（鄭州鐵路局工程管理所，河南 鄭州 450000）

基于ARM-Linux的鐵路電力遠動終端的研究和實現

焦現偉

（鄭州鐵路局工程管理所，河南 鄭州 450000）

在我國的鐵路電力系統(tǒng)中，遠動系統(tǒng)對配電所的貫通、自閉以及信號等方面具有重要的作用。作為此系統(tǒng)中重要組成部分的遠動終端，其作用主要是對數據進行采集，同時能夠起到對開關的監(jiān)控作用。在本文中，將就給予ARMLinux的鐵路電力遠動終端的研究與實現進行一定的分析與探討。

ARM-Linux；鐵路電力遠動終端；實現；

隨著我國社會的飛速發(fā)展，我國的鐵路建設也在這個過程中得到不斷的提高。在鐵路系統(tǒng)中，遠動系統(tǒng)是一項非常重要的系統(tǒng)，在鐵路的正常運行中占據著重要的位置。其由主站監(jiān)控中心、被控設備與數據傳輸設備進行組成。它的作用主要是用于對10KV電力系統(tǒng)的電力運行情況進行及時的控制與檢測。

1 當前鐵路電力遠動裝置存在的問題

在我國當前所使用的遠動裝置中，雖然都能夠較為良好的滿足所需要的部分功能，但是無論在其工程應用上還是在其自身工藝的制造上都存在著明顯的不足。首先，其裝置內核承載的CPU對于我國現今一些較為高端的技術設備的CPU相比，其在運算速度與運算能力上還存在著明顯的不足。其次，在部分廠商的裝置中，不能夠很好的滿足我國目前鐵路系統(tǒng)中數據量逐年增大的要求，這就使得雖然一部分廠商制造出的RTU設備雖然對其數據的采集與檢測數量進行了明顯的提升，但是其在通信過程中的性能與兼容能力的表現卻極其有限。最后，我國目前遠動裝置中通信協(xié)議的靈活性還是表現一般，其性能還有待提升，同時，其在對于設備進行維護工作時，其方法途徑也較為單一。而這些問題對于我國目前的鐵路系統(tǒng)亟需加以解決。

2 遠動終端系統(tǒng)方案的研究與實現

在對于我國當前鐵路電力系統(tǒng)中遠動設備的重要性以及目前狀況進行了一定的了解之后，就應當根據其良好運用性為設計的主體原則，對其進行一定的優(yōu)化。在對其進行正式設計之前，我們應當對遠動系統(tǒng)的需求進行簡單的分析。

2.1 功能需求分析

對于遠動裝置進行設計的過程中，應當首先保證其擁有良好的通用性。這就需要其能夠較好的同時具備STU、FTU、RTU等基本功能，同時，其還應當具備遠動終端最重要、也是最基本的遙控、遙調、遙信與遙測功能，另外，對于設備故障，進行及時的監(jiān)控、錄波功能也不可缺少。

2.2 對于核心CPU的選擇

遠動終端作為嵌入式設備的一種，CPU就是其整個系統(tǒng)最關鍵、同時也是最不可缺少的核心之一。在我國以往的遠動終端中，通常都使用較為古老的DSP處理器與單片機，而隨著我國鐵路電力事業(yè)的發(fā)展，對于其中所使用CPU的性能要求也就更高。對于現今市場上存在的CPU中，單片機由于其年代較為古老，適用于一些簡單的控制操作與采集操作，其性能較為有限。DSP則具有較為優(yōu)秀的運算能力，適用于一些數據量較大的設備工作。而ARM處理器具有著較強的兼容性，其不僅能夠勝任遠動設備的控制與通信功能，還能較好的進行絕大多數的數據運算。同時其還具備較好的拓展性，從而能夠良好的支持嵌入式系統(tǒng)。根據以上CPU特點，我們選擇了ARM處理器作為我們遠動設備的CPU。

2.3 硬件系統(tǒng)設計

根據我們的實際需求，我們以ARM+DSP+MCU為設備的硬件架構，同時采用分布式設計，將其內部細節(jié)的各個模塊通過插件的方式將其安裝到機箱之中。同時通過主板來實現設備的基本通信功能與控制功能，通過遙測板來實現交流、直流電的電量模擬，通過遙信板對開關的實時狀態(tài)進行準確的采集，通過遙控板對繼電器外部負荷的操作開關進行實現。最后在以上多個模塊的良好協(xié)調下，實現最終的通信工作。

對于遠動設備的供電模式來說，我們可以選擇主板充電的方式對其運轉進行保證。通過選擇的ARM11為設備的處理器，其667MHz的高主頻與128M的RAM能夠有效滿足設備的各項工作要求。同時，通過Bootloader作為設備的引導程序、Linux作為設備的嵌入式內核來使設備的功能達到最優(yōu)。最后還應當在其網絡接口處以一主一備的方式，對主站和其通道處的狀態(tài)同時進行監(jiān)測，當主通道出現問題時，其備用通道就能夠及時的喚醒，并通過對數據進行召喚的方式使故障得以自行切換，從而保證主站與子站之間的通信保持正常。

2.4 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇

對于目前的嵌入式操作系統(tǒng)來說，通常都會選擇Linux系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)是現代嵌入式操作系統(tǒng)中較為常用的操作系統(tǒng)，并且被廣泛的應用于終端軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應用。Linux操作系統(tǒng)具有開放、穩(wěn)定、多任務、多體系、可定制等一系列優(yōu)點，對于移動終端的軟件開發(fā)有著明顯的優(yōu)勢。Linux操作系統(tǒng)自身的源碼具有開放性，相對軟件數量眾多，各種豐富的資源極大的提高了Linux操作系統(tǒng)的實用性。Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)人員可以根據自身的具體需求，對于相應的產品進行二次開發(fā)與定制，并且自主進行驅動代碼的優(yōu)化與調整。Linux操作系統(tǒng)的軟件資源十分豐富，在進行系統(tǒng)終端的設計中，直接通過相關軟件資源的獲取，節(jié)省了大量的開發(fā)時間，并且降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度。Linux操作系統(tǒng)具有穩(wěn)定、強大的內核功能，并且在特定的工程現場，可以保證穩(wěn)定運行，并且通過對于多任務處理的支持，有效的提高了軟件終端的處理效率。Linux操作系統(tǒng)支持多種系統(tǒng)架構，并且支持主流的CPU，有效的提高了軟件的通用性與可移植性，促進了移動終端的廣泛應用。Linux操作系統(tǒng)具有科學的網絡與文件管理機制，并且支持的網絡服務種類與文件格式眾多，在日常應用中與其他類型的操作系統(tǒng)有著良好的通用性。另外，Linux操作系統(tǒng)的相關開發(fā)軟件環(huán)境較為成熟，開發(fā)人員可以有效地控制開發(fā)周期，保證開發(fā)效率。

2.5 軟件系統(tǒng)設計

在終端軟件系統(tǒng)接電或者復位時，通過Bootloader進行啟動，并且對于初始化硬件進行引導，讀取RAM、NandFlash、網卡設備等，然后進行Linux內核的啟動，掛載其它地址開關和相關驅動設備。然后，Linux根文件系統(tǒng)與其它相關文件系統(tǒng)完成加載，并且對于系統(tǒng)的配置文件的相關信息進行讀取。最后，主板上的應用與其他服務啟動，建立終端內部的CAN通訊，實現遙控、遙信等設備的數據交換，同時進行系統(tǒng)內部的調度。與此同時，遙信板對輸入端子進行電平掃描與采集，進而對于遙信狀態(tài)的變化進行確定。遙測板在終端系統(tǒng)上運行時，開始采集，并且對于模擬量進行采集，最終對采集數據進行計算與處理，從而實現電壓、電流、功率等有效值地輸出。對于輸出的數據，終端設備的處理器進行計算與比較。如果超過了閥值，就第一時間進行上傳，主板對于上傳數據進行分析和處理，從而完成相關的操作。終端主板的啟動過程中，需要依靠相關軟件進行功能的實現，并且保證Linux操作系統(tǒng)中Bootloader、Linux內核與Linux根文件系統(tǒng)移植的完善有效。

3 結語

總的來說，遠動終端設備在我國的鐵路電力系統(tǒng)中占據著重要地位。這就需要我們在設計過程中，一定要在對硬件設備以及軟件設備進行良好選擇的前提下，對其進行合理、有效的設計，從而制造出擁有優(yōu)良性能的遠端設備。

[1]王藝燕．基于模型工程的安全計算機平臺設計與驗證[D]．北京交通大學，2012．

[2]張碩．基于ARM9的通用鐵路信號測試系統(tǒng)的研究[D]．北京交通大學，2013．

[3]鐘亮．基于ARM的無線電子點菜系統(tǒng)的設計與實現[D]．北京工業(yè)大學，2015．

[4]張宏林,郭佑民,邱海波,梁書旺．基于ZigBee的貨運列車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現[J]．鐵路計算機應用，2016(03)．

U223.6

A

1671-0711（2017）10（下）-0180-02