光纜保護(hù)系統(tǒng)快速性和可靠性的軟件設(shè)計(jì)

1、光纜保護(hù)系統(tǒng)快速性和可靠性的軟件設(shè)計(jì)光纜保護(hù)系統(tǒng)快速性和可靠性的軟件設(shè)計(jì)引言為保障光纖通信網(wǎng)絡(luò)暢通，減小阻斷損失，必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展實(shí)在有效的維護(hù)。與傳統(tǒng)手工維護(hù)方式不同，光纜保護(hù)系統(tǒng)是一種智能化的光纜維護(hù)解決方案，它同時(shí)具備了故障監(jiān)測(cè)、預(yù)警告警、自動(dòng)切換保護(hù)、應(yīng)急調(diào)度等控制保護(hù)功能，可在不影響正常通信的情況下對(duì)光纜狀況進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在發(fā)生光纜故障時(shí)能立即將通訊鏈路自動(dòng)切換到備用光纜上，保證通訊鏈路的持續(xù)暢通。光纜保護(hù)系統(tǒng)必須常年不連續(xù)運(yùn)行，對(duì)突發(fā)光纜故障要以毫秒級(jí)速度進(jìn)展通信信道切換保護(hù)。因此，光纜保護(hù)系統(tǒng)的首要設(shè)計(jì)目的就是使系統(tǒng)做到反響快速、穩(wěn)定可靠。光纜保護(hù)系統(tǒng)的軟件運(yùn)行于保護(hù)設(shè)備中，負(fù)責(zé)實(shí)

2、現(xiàn)光纜監(jiān)測(cè)和自動(dòng)保護(hù)功能，針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境特點(diǎn)和功能要求，軟件必須圍繞著保證系統(tǒng)運(yùn)行的快速性和可靠性進(jìn)展設(shè)計(jì)?？焖傩院涂煽啃缘能浖O(shè)計(jì).1軟件設(shè)計(jì)的硬件根底硬件是軟件運(yùn)行的載體與根底，與軟件設(shè)計(jì)嚴(yán)密相關(guān)。光纜保護(hù)系統(tǒng)在硬件電路上采用最優(yōu)化的S設(shè)計(jì)方案，在一定程度上減小了軟件代碼長(zhǎng)度，降低了軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，相對(duì)進(jìn)步了軟件的可靠性。圖1為S設(shè)計(jì)方案的硬件電路原理框圖，硬件電路主要由電源供電電路、光電變換和對(duì)數(shù)放大電路、單片智能轉(zhuǎn)換器S、PLD譯碼及控制電路、外圍控制及指示電路等組成。其中，軟件駐存于單片智能轉(zhuǎn)換器S內(nèi)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和處理及對(duì)外圍電路進(jìn)展控制；光電變換和對(duì)數(shù)放大電路負(fù)責(zé)將輸入光

3、信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)供AD采集；PLD譯碼和控制電路負(fù)責(zé)地址譯碼及光開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制；外圍控制及指論文聯(lián)盟示電路負(fù)責(zé)人機(jī)接口及運(yùn)行狀態(tài)指示。圖1硬件電路原理框圖單片智能轉(zhuǎn)換器S是硬件系統(tǒng)的核心，除U內(nèi)核外，內(nèi)部還集成了眾多功能電路。S片上集成了62K字節(jié)非易失性閃速/電擦除R，256字節(jié)的片內(nèi)RA及2K字節(jié)的擴(kuò)展片外RA，4K字節(jié)非易失閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，如此容量的存儲(chǔ)器能滿足大多數(shù)場(chǎng)合的應(yīng)用。S片上集成了一個(gè)采樣率高達(dá)420kHz的高性能的8通道12位自校準(zhǔn)AD，可勝任大多數(shù)的數(shù)據(jù)采集工作。S片上還集成了雙路16位P輸出、DG看門(mén)狗定時(shí)器、TI定時(shí)間隔計(jì)數(shù)器、3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行端口(SP

4、I、I2、UART)，非常方便功能擴(kuò)展。另外，S片上還集成了鎖相環(huán)PLL電路和可編程時(shí)鐘分頻器，使用外部32.768kHz晶體，由片上鎖相環(huán)可產(chǎn)生高到16.78Hz的時(shí)鐘頻率，通過(guò)分頻器進(jìn)展分頻，可為用戶系統(tǒng)提供適宜的工作時(shí)鐘。如此高集成度的單片智能轉(zhuǎn)換器S本身可看作是一個(gè)高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使得硬件電路上無(wú)需額外設(shè)計(jì)諸如數(shù)據(jù)采集、程序存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、定時(shí)器、看門(mén)狗復(fù)位等電路，極大降低了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，同時(shí)也相應(yīng)減輕了軟件設(shè)計(jì)的難度，進(jìn)步了軟件的可靠性。.2軟件設(shè)計(jì)光纜保護(hù)系統(tǒng)的核心任務(wù)就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通信光纜傳輸功率的變化和快速可靠地自動(dòng)進(jìn)展光開(kāi)關(guān)切換。由于保護(hù)速度要求為50s，光開(kāi)關(guān)切換需

5、要占用1020s，數(shù)據(jù)采集和處理的速度那么應(yīng)控制在30s以內(nèi)。為此，要求軟件設(shè)計(jì)做到數(shù)據(jù)采集和處理的快速性和光開(kāi)關(guān)切換的可靠性。光纜保護(hù)系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上將數(shù)據(jù)采集速度的目的設(shè)定為1s，以實(shí)現(xiàn)光纜的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。為做到這一點(diǎn)，首先通過(guò)軟件配置S使其工作頻率到達(dá)16.78Hz，以高達(dá)0.06us的指令執(zhí)行速度來(lái)保證軟件運(yùn)行的快速性；其次，使S片內(nèi)集成的AD以高達(dá)420kHz即單次轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為2.38us的采樣率進(jìn)展數(shù)據(jù)采集。由于AD轉(zhuǎn)換速率較高，S必須在2.38us的極短時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)讀出并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)區(qū)，以便后續(xù)處理，否那么下一個(gè)采樣數(shù)據(jù)有可能喪失。假設(shè)采用常規(guī)的中斷方式讀取大量的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，那么跳入中

6、斷效勞子程序會(huì)耗時(shí)較多，無(wú)形中延長(zhǎng)了數(shù)據(jù)采集和處理的時(shí)間。為快速穩(wěn)定的獲取數(shù)據(jù)，最后，在軟件上將AD設(shè)置為DA工作形式，使其可以在無(wú)需軟件指令干預(yù)的情況下，自動(dòng)進(jìn)展連續(xù)轉(zhuǎn)換并將捕獲的采樣值直接置入外部數(shù)據(jù)空間，這樣即可以節(jié)省時(shí)間，又能保證數(shù)據(jù)的可靠性。在光纜保護(hù)系統(tǒng)中，當(dāng)AD被設(shè)置為DA工作形式時(shí)，對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的設(shè)置如圖2所示。圖2DA工作形式下的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)置其相對(duì)應(yīng)的AD初始配置代碼如下：vidInitAD(vid)p=0 x0002;*p=0 x5000;p=0 x0004;*p=0 x8000;p=0 x0006;*p=0 x3000;.圖2中，從外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址0 x000

7、000H開(kāi)場(chǎng)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集量的多少安排一定大小的連續(xù)地址空間用于存放數(shù)據(jù)。每連續(xù)的2個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)，其中低位地址的高4位須預(yù)先寫(xiě)入轉(zhuǎn)換指令如通道號(hào)、停頓指令，寫(xiě)入的通道號(hào)由AD自動(dòng)取出，控制AD自動(dòng)切換到相應(yīng)的通道進(jìn)展數(shù)據(jù)采集，采集到的數(shù)據(jù)由AD自動(dòng)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)地址的剩余12位。光纜保護(hù)系統(tǒng)在軟件上采用DA形式進(jìn)展數(shù)據(jù)采集，即實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)量大，又實(shí)現(xiàn)了采集速度快的要求，也既保證了功率監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，又保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。光纜保護(hù)系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上要求做到可靠切換光開(kāi)關(guān)，也就是既要防止光開(kāi)關(guān)在系統(tǒng)非正常狀態(tài)下錯(cuò)誤切換，又要保證使在系統(tǒng)正常狀態(tài)下能可靠地切換。為此，經(jīng)過(guò)屢次試驗(yàn)后，光纜保護(hù)系統(tǒng)確

8、定了以光開(kāi)關(guān)路由保持設(shè)計(jì)和固定脈寬的脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)為核心的光開(kāi)關(guān)可靠切換方案。為了使系統(tǒng)在意外掉電/上電時(shí)仍能保持通訊鏈路的暢通，光纜保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了帶鎖存功能的以脈沖方式驅(qū)動(dòng)的光開(kāi)關(guān)，并且只有軟件發(fā)出正確的密碼控制信號(hào)，硬件才產(chǎn)生使光開(kāi)關(guān)切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這樣當(dāng)意外情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)就不會(huì)因收到錯(cuò)誤的指令而錯(cuò)誤切換光路由，光開(kāi)關(guān)始終處于正確狀態(tài)，路由將得到保持。與光開(kāi)關(guān)路由保持設(shè)計(jì)相關(guān)的軟件流程圖如圖3所示，該設(shè)計(jì)確保了光開(kāi)關(guān)不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤切換，因此增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。圖4光開(kāi)關(guān)切換下轉(zhuǎn)第0頁(yè)上接第頁(yè)為使光開(kāi)關(guān)可靠切換，就必須對(duì)其賦予適宜的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。光開(kāi)關(guān)切換時(shí)一般都需要一定寬度1020

9、s的驅(qū)動(dòng)脈沖，該脈沖假設(shè)過(guò)窄那么不能保證切換成功，假設(shè)過(guò)寬那么易燒毀光開(kāi)關(guān)。假設(shè)通過(guò)軟件延時(shí)的方法，在S相應(yīng)管腳上直接模擬一個(gè)脈沖信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)光開(kāi)關(guān)，其控制非常不可靠，這是由于其它中斷信號(hào)容易干擾延時(shí)，使光開(kāi)關(guān)切換不正常，而且軟件延時(shí)也會(huì)無(wú)端耗時(shí)，影響數(shù)據(jù)處理的速度?？紤]到光開(kāi)關(guān)必須不受干擾的可靠切換，光纜保護(hù)系統(tǒng)在軟件上設(shè)計(jì)了獨(dú)立控制方案，其軟件流程圖如圖4所示，在PLD內(nèi)部設(shè)計(jì)了一個(gè)固定寬度的脈沖發(fā)生器，當(dāng)S根據(jù)光開(kāi)關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)確定對(duì)特定地址發(fā)出切換的密碼指令信號(hào)時(shí)，PLD接收到信號(hào)，立即激活內(nèi)部脈沖發(fā)生器，通過(guò)內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)進(jìn)展準(zhǔn)確定時(shí)，在光開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)管腳產(chǎn)生固定寬度為15s的脈沖信號(hào)用于切換光開(kāi)關(guān)，由于脈沖寬度固定