ARM和無線自組網(wǎng)在遠程抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用-技術(shù)方案

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嵌入式系統(tǒng)是"控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置"（devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個普遍被認同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

lARM體系和AdHoc網(wǎng)絡(luò)

ARM體系的處理器是目前嵌入式系統(tǒng)中使用廣泛的處理器。其采用了RISC技術(shù)，具有體積小、低功耗、低成本、高性能的特點，并且其支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件。ARM使用大量的寄存器，使得指令執(zhí)行速度更加快速，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。它的尋址方式靈活簡單，并且指令長度固定，執(zhí)行效率更高，處理能力大大超過單片機。

ARM7是馮諾依慢結(jié)構(gòu)，ARM9、ARM11是哈佛結(jié)構(gòu)，所以性能要高一點。ARM9和ARM11大多帶內(nèi)存管理器，跑操作系統(tǒng)好一點，ARM7適合裸奔。不跑操作系統(tǒng)，價格低一點的：ARM7、cortex-M3等等。性價比高，可跑也可不跑操作系統(tǒng)的：ARM9、cortex-Rx等等。性能高的，通常要跑操作系統(tǒng)的：ARM10、ARM11、Cortex-A8等等。

Adhoc網(wǎng)絡(luò)的前身是分組無線網(wǎng)（PacketRadioNetwork）。對分組無線網(wǎng)的研究源于軍事通信的需要，并已經(jīng)持續(xù)了近20年。早在1972年，美國DARPA（DefenseAdvancedResearchProjectAgency）就啟動了分組無線網(wǎng)（PRNET,PacketRadioNETwork）項目，研究分組無線網(wǎng)在戰(zhàn)場環(huán)境下數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用。項目完成之后，DAPRA又在1993年啟動了高殘存性自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)（SURAN,SURvivableAdaptiveNetwork）項目。研究如何將prnet的成果加以擴展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，還要開發(fā)能夠適應(yīng)戰(zhàn)場快速變化環(huán)境下的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。1994年，DARPA又啟動了移動信息系統(tǒng)（GloMo,GlobleMobileInformationSystems）項目。在分組無線網(wǎng)已有成果的基礎(chǔ)上對能夠滿足軍事應(yīng)用需要的、可快速展開、高抗毀性的移動信息系統(tǒng)進行全面深入的研究，并一直持續(xù)至今。1991年成立的IEEE802.11標準委員會采用了"Adhoc網(wǎng)絡(luò)"一詞來描述這種特殊的對等式無線移動網(wǎng)絡(luò)。

2系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)的整體架構(gòu)

此系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)為，通過串行總線系統(tǒng)與AdHoc網(wǎng)絡(luò)中位于主站的節(jié)點相連接，以ARM處理器為對整個系統(tǒng)進行控制。如圖1所示，各個采集終端定時通過各自所對應(yīng)的計量器具獲得所需數(shù)據(jù)。然后各個采集終端對獲得的數(shù)據(jù)進行一定的處理，再利用自身節(jié)點通過AdHoc網(wǎng)絡(luò)傳送給主站接收。必要的時候主站也可以通過AdHoc網(wǎng)絡(luò)對各個采集終端發(fā)出命令來主動得到計量數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)置。在此系統(tǒng)中，并沒有采用傳統(tǒng)的有線的數(shù)據(jù)傳輸方式，而是采用AdHoc網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，避免了在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下布線和線路一旦損壞所帶來的維護上的不便。并且使用了以ARM7體系結(jié)構(gòu)的LPC2478作為主站處理器，使得整個系統(tǒng)移動性更加靈活，傳輸可靠性得到更好的保障，維護更加方便，成本也更低，操作起來也更加方便簡潔。

2.2系統(tǒng)的硬件組成

該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)如圖2所示，主要包括ARMCPU控制模塊，電源管理模塊以及無線模塊。

這里所選用的處理器為NXP公司的ARM7系列芯片LPC2478,它的運行速率可高達72MHz;具有98KB的片內(nèi)SRAM;512KB片上FLASH程序存儲器；具有4個帶小數(shù)波特率發(fā)生功能的UART;多達160個通用I/O管腳；4個通用定時器/計數(shù)器；LPC2478通過UART與無線模塊相連接來讀取和發(fā)送數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)所采用的無線通信模塊為APPCON公司的APC900M.該模塊運行在60MHz,可支持復(fù)雜運算編碼為高校循環(huán)交織糾錯編碼。它可與個采集終端的節(jié)點組成一個無線自組網(wǎng)來進行數(shù)據(jù)的通信。

2.3系統(tǒng)的軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示，整個系統(tǒng)包括了用戶應(yīng)用程序，API,μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，文件系統(tǒng)，硬件驅(qū)動程序等。其中以μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)為，因為此系統(tǒng)對實時性要求較高，所以本文選用了實時性較好的μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)來作為應(yīng)用程序和底層硬件之間的橋梁。

2.3.1μC/OS-Ⅱ在LPC2478上的移植

μC/OS-Ⅱ是一個的源代碼公開的實時嵌入式內(nèi)核，其提供了實時系統(tǒng)所需的基本功能。它包含全部功能的部分代碼只占8.3KB,而且可剪裁。由于μC/OS-Ⅱ只包含了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)問的通信與同步等基本功能，所以這里使用YAFFS文件系統(tǒng)來對文件檔案進行存儲和管理。由于μC/OS-Ⅱ具有良好的可移植性，移植時只需提供OS_CPU.H（C語言頭文件）、OS_CPU_C.C（C程序源文件）和OS_CPU_A.ASM（匯編程序源文件）這三個文件，來將此系統(tǒng)移植到LPC2478處理器上。

2.3.2系統(tǒng)工作流程

該系統(tǒng)的抄表過程如圖4所示，首先，系統(tǒng)啟動，操作系統(tǒng)對各個接口進行一系列初始化過程，并查看系統(tǒng)是否正常，如不正常，返回錯誤信息。如系統(tǒng)正常，則可以根據(jù)需要來設(shè)置所需的抄表參數(shù)，如時間，表號，數(shù)據(jù)類型等。關(guān)鍵程序如下：

接下來通過μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)向UART寫數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)送至無線傳輸模塊以向采集終端發(fā)出抄表命令。無線模塊接到命令后將抄表命令通過無限自組網(wǎng)發(fā)送出去并等待采集終端返回的數(shù)據(jù)。

接收到數(shù)據(jù)后再通過UART將數(shù)據(jù)傳回至處理器。處理器得到數(shù)據(jù)后進行解析，并驗證此數(shù)據(jù)是否有錯誤。它的關(guān)鍵程序如下：

此時如返回數(shù)據(jù)的格式有誤，則重新命令無線模塊向采集終端發(fā)送抄表命令，這一過程重復(fù)兩次，若依然有錯誤則返回錯誤信息。如沒有錯誤則將數(shù)據(jù)保存至文件系統(tǒng)，等待上位機的查收。

3結(jié)語