基于ARM-Linux的铁路电力远动终端的研究和实现

摘要

铁路电力远动系统对铁路10KV配电所和自闭、贯通电力线路以及信号电源等起着重要的监控作用，而远动终端作为该系统的主要构成部分之一，主要用于数据采集和负荷开关监控。本文应用ARM-Linux技术研制一套具有高性能、大容量数据采集、通信能力强、易于维护的铁路电力远动终端装置。
　　通过研究铁路电力远动系统的结构以及分析远动终端的系统功能需求，提出了该装置的软硬件整体设计方案。装置采用了“ARM+DSP+MCU”的多处理器协同工作的硬件架构方式，其中核心控制微处理器选用ARM11处理器芯片S3C6410。根据分布式设计模式要求，远动终端各模块以板卡插件的形式安装于机箱内，模块之间通过CAN总线进行通信。本文在硬件实现上重点论述了主板部分的布局结构和外围扩展电路的设计。对于软件系统的设计，在分析软件系统的整体流程结构的基础上，通过移植嵌入式Linux实时操作系统来实现底层设备驱动和上层应用软件的独立运行和互操作访问。
　　远动终端移植嵌入式Linux实时操作系统的过程中，自行设计了BootLoader的控制台功能菜单，并且研究和实现了Linux内核的在线升级。主板部分的CAN设备驱动程序采用了网络型设备驱动框架结构设计，CAN设备的数据通信实现了基于嵌入式Linux2.6内核下的SocketCAN通信模式。使用多线程编程的方法设计了应用软件的多任务处理，并且利用线程加锁机制避免了各线程数据共享造成的读写冲突现象。
　　本文研究的远动终端装置为了实现较强的通信兼容能力，支持较多的通信协议。其中重点设计实现了与远方调度主站通信的电力远动标准通信规约IEC-60870-5-101和IEC-60870-5-104，而且自定义了远动终端内部CAN应用层通信报文格式和研究实现了CAN通信数据的接收处理过程。此外为了解决对远动终端装置现场串口调试维护方式所造成的维护困难和复杂的问题，通过引入嵌入式Web服务器和利用CGI技术原理，使用HTML语言和C语言编程设计远动终端的远程维护系统，实现了对远动终端装置的远程维护功能。经过对研制的远动终端样机上电运行测试，该装置各方面都达到了设计要求，完全可以胜任铁路电力远动系统中的数据采集和监控的任务。

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第一章 绪论

1.1铁路电力远动系统概述

1.2国内外发展及研究现状

1.3课题研究的目的和意义

1.4课题研究的主要内容

第二章 远动终端系统方案总体分析与设计

2.1远动终端系统功能需求分析

2.2远动终端硬件方案总体设计

2.3 远动终端软件方案总体设计

2.4 本章小结

第三章 远动终端主板部分的硬件电路实现

3.1 主板整体布局结构的设计

3.2 外围扩展电路的设计

3.3 主板硬件的调试

3.4 本章小结

第四章 嵌入式Linux及设备驱动在远动终端上的移植

4.1 嵌入式Linux的移植原理概述

4.2 嵌入式BootLoader的移植

4.3 嵌入式Linux内核的定制与升级

4.4 CAN设备驱动程序设计与加载

4.5 嵌入式Linux根文件系统的建立

4.6 本章小结

第五章 远动终端通信协议的设计与实现

5.1远动终端支持的通信协议概述

5.2 IEC-60870-5-101通信规约的设计与实现

5.3 IEC-60870-5-104通信规约的设计与实现

5.4 CAN应用层通信协议的设计与实现

5.5 本章小结

第六章 嵌入式Web远程维护系统的设计与实现

6.1 嵌入式Web服务器及CGI技术实现原理概述

6.2 嵌入式Web服务器在远动终端上的的移植

6.3 远程维护系统的设计与实现

6.4 本章小结

第七章 远动终端整机测试

7.1系统本地测试与分析

7.2系统远程测试与分析

7.3 本章小结

第八章 结论

8.1主要工作回顾

8.2本课题今后需进一步研究的地方

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢