[日期：2008-8-20]
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在電力系統變電所以及電氣化鐵道牽引變電所遠動控制系統中，遠端資料採集與監控終端(rtu)是關鍵裝置，實現遙控、遙測、遙信等功能。
採用工業控制計算機，擴充套件測控硬體介面電路，是rtu設計常見的方法，但是這種方法設計的rtu成本高、體積大、耗電大。採用80c196等微控制器設計rtu，由於微控制器的運算處理和硬體擴充套件等能力較低，影響rtu的效能。而基於arm處理器設計的rtu，硬體上具有成本低、體積小、耗電省、處理能力強等優點；軟體上由於採用μclinux作業系統，有許多優秀的應用程式成果可以利用。正是由於這些優勢，採用arm和μclinux設計rtu已經成為乙個熱點[1]。
1 rtu硬體電路設計
1.1 rtu總體結構
rtu的核心部分是計算機，包括處理器、儲存器、人機介面等。為了執行rtu的測控功能，需要擴充套件大量外圍介面電路。不同變電所的測控物件數量差別很大。為了提高rtu的通用性，一種普遍採用的可行的辦法是將測控電路模組化。根據模組化的設計思想以及s3c4510b[2]和μclinux[3]的特點，rtu硬體總體結構設計的原理框圖如圖1。
各種電路按功能設計成相應模組，以母板匯流排為介面基礎。
主機板模組以s3c4510b為核心。主要配置是：16m位元組動態隨機儲存器sdram(兩片hy57v651620b)，2m位元組的flash(一片am29lv160db)；處理器內部整合兩個非同步序列通訊介面，串列埠0和串列埠1；乙個10mbps乙太網介面；看門狗與復位電路(max507)；rtu母板匯流排驅動電路。
串列埠0作為控制台，用於除錯；串列埠1接lcd顯示屏和觸控螢幕，實現當地監控的人機介面。
測控介面電路主要有遙控模組、遙信模組(開關量採集)和遙測模組(模擬量採集)。遙控和搖信模組由母板匯流排直接擴充套件。遙測模組採用現場匯流排(can)通訊介面。為此在rtu母板匯流排上擴充套件can匯流排通訊模組，實現與遙測模組的通訊。
串列埠模組(pc16c550)從母板匯流排上擴充套件。用該模組連線數據機(modem)，實現rtu遠端通訊。
1.2 rtu母板匯流排
rtu母板匯流排是測控硬體模組擴充套件的基礎，又是處理器匯流排上的乙個外設介面。
為便於模組的擴充套件，rtu母板匯流排定義如下：資料匯流排h-d0～h-d7；位址匯流排h-a0～h-a7；位址片選訊號h-s0～h-s6；讀寫控制訊號h-wr和h-rd；位址鎖存控制訊號h-ale；中斷服務請求控制訊號h-int0～h-int3；復位訊號h-reset。
使用處理器的如下匯流排訊號驅動rtu母板匯流排：位址匯流排a0～a11、資料匯流排d0～d7、讀使能控制訊號noe、寫使能控制訊號nwbe0、外設(i/o)位址片選訊號necs0，以及4根中斷控制訊號線ninreq0～ninreq3。
1.2.1 匯流排驅動電路
為相容測控介面電路較常用的器件，母板匯流排按照5v的ttl電平設計。s3c4510b匯流排是3.3v的cmos電平。
處理器匯流排與rtu母板匯流排存在速度和電平上的差別，不能直接相連，它們之間需要乙個匯流排驅動電路。
匯流排驅動電路是主機板模組的一部分。它實現處理器匯流排到rtu母板匯流排的介面擴充套件、電平轉換和驅動。匯流排驅動介面電路如圖2。
採用雙電源供電的雙向匯流排緩衝器74lvx4245,實現處理器資料匯流排與rtu母板資料匯流排之間的電平轉換和驅動。
三八解碼器u1，將2k位元組位址空間譯為8個位址片選訊號,稱為s0～s7，其中s0～s6由匯流排驅動晶元74ls244驅動後，作為rtu母板匯流排位址片選訊號。
1.2.2 位址鎖存訊號ale實現
一些常用的晶元，如can匯流排控制器sja1000、時鐘晶元ds12887等，內部帶乙個位址鎖存器，需要位址鎖存訊號ale，才能實現介面。s3c4510b沒有ale訊號，所以母板匯流排擴充套件ale訊號，才能實現這類器件的介面。
將u1的乙個位址片選訊號s7取反，寫資料到s7位址，可以模擬出ale控制訊號，並實現ale的功能。
1.2.3 rtu母板匯流排的位址和訪問速度
rtu母板匯流排作為處理器的乙個外設，其位址和訪問速度由處理器決定。
s3c4510b匯流排統一編址。necs0是外設位址片選訊號，佔外設位址空間起始的16k位元組。
necs0接u3使能端，決定rtu母板匯流排的基位址和訪問速度。s3c4510b控制暫存器extdbwth第20位置1、21位置0，表示necs0按8位方式定址。暫存器refextcon的低10位設為0x360，則necs0的基位址是0x3600000。
置控制暫存器extacon0為0x0fff，則s3c4510b對rtu母板匯流排的讀寫時間是7個cpu時鐘週期。
1.3 基於rtu母板匯流排的模組擴充套件
圖3是擴充套件can匯流排通訊模組的電路原理圖。can匯流排模組以sja1000為核心，通訊資料經高速光電耦合器g1、g2隔離，82c250驅動，從接線端子j2連線到外部can匯流排。p1是1w的5v轉5v的dc/dc電源模組。can模組使用h-s0作為片選訊號，其基位址是0x3600000。
圖3給出了sja1000與rtu母板匯流排的連線關係。sja1000匯流排相容ttl電平，資料匯流排和中斷訊號線有驅動能力，可以直接與母板匯流排介面。由圖3可見，從rtu母板匯流排上擴充套件測控電路簡單方便。
基於母板匯流排的其它模組擴充套件方法類似。
2 rtu軟體設計
μclinux從linux作業系統改進而來，適合執行在s3c4510b這種無記憶體管理單元mmu的處理器中。基於工控機-linux的rtu程式，可以很方便地移植到arm-μclinux設計的rtu中。
rtu程式的開發，包括應用程式開發和驅動程式開發兩部分，全部採用c語言編寫。
2.1 rtu應用程式除錯
jffs2(the journalling flash file system, version 2)是一種為嵌入式系統flash儲存檔案而設計的檔案系統。μclinux編譯選項，加入jffs2檔案系統。將2mb的flash分成mtd0和mtd1兩個區，各為1mb。mtd0是從0位址開始的儲存空間，用於儲存μclinux作業系統映象檔案。mtd1用於儲存應用程式。μclinux的/dev目錄中，有字元型裝置檔案mtd0、mtd1和對應的塊裝置檔案mtdblock0、mtdblock1。
有了jffs2檔案系統支援，使用檔案拷貝操作方法，即可將rtu的作業系統和應用程式在flash上更新。rtu的開發和現場除錯，可以脫離jtag**器工具，給rtu開發和維護提供了方便。
2.3 更新μclinux的步驟
1 嚴亞勤，吳文傳，張伯明. 基於嵌入式linux的網路rtu[j]. 電力自動化裝置,2004;24(9):27～29
2 μm_s3c4510b_rev1.pdf. www.samsung.com.
3 皺思秩.嵌入式linux設計與應用[m].北京：清華大學出版社，2002.第1版
基於ARM與 Clinux的RTU設計
摘要 基於arm處理器s3c4510b和 clinux的rtu總體結構設計 rtu硬體擴充套件方法以及在 cllinux環境下開發rtu應用程式的經驗。定義了一種rtu母板匯流排，介紹了由處理器匯流排驅動rtu母板匯流排的介面電路原理以及rtu母板匯流排上擴充套件硬體模組的方法。在電力系統變電所以及...
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