嵌入式技术的工业通信管理机的开发及应用

马泽海

[摘 要] 通信管理机是企业自动化和信息化中实现各类设备和系统互联与集成的重要设备，在企业通信管理机中应用嵌入式技术能有效解决通讯方式和通讯协议多样化问题，有利于提高系统的互联集成能力，增加系统稳定性。本文就嵌入式技术在工业通信管理机中的开发和应用进行了探讨，具有一定理论价值与技术应用价值。

[关键词] 通信管理机；工业自动化；嵌入式技术；系统集成

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 10. 021

[中图分类号] F272.7；TM73 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）10- 0034- 02

1 引 言

在现代工业系统中，涉及大量设备、系统的互联和集成，但不同设备、不同系统间，往往采用了不同的通信标准和通信协议，这给系统集成与互联带来极大的困扰，在工业应用中需要投入大量工程技术人员，耗费大量时间和精力来解决异构系统的互联通信问题，降低了设备和系统的经济性、安全性和可靠性，极容易因为一些偶然因素而造成系统崩溃甚至滋生重大风险。对工业自动化设备和信息系统进行二次开发，构建起更为安全可靠的通信管理系统，对提升工业通信控制水平极为重要。嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，有效地提升了系统的功能拓展能力和可靠性，能极大地提升工业知识集成能力，在工业通信管理机中有极高的应用价值。下面，本文就嵌入式技术在工业通信管理机中的开发和应用进行简要的探讨。

2 嵌入式技术简介

嵌入式技术是应用专用的计算机系统作为装置或设备的一部分，面向用户、面向产品、面向应用的先进技术。利用嵌入式技术构建嵌入式系统，能有效地提高系统应用效率，去除系统冗余，更好地针对系统用户的具体需求提供理想的性能和功能，是一种技术密集、高度分散，充分融合了计算机技术、半导体技术、电子技术的知识集成系统。目前，大多数嵌入式系统都采用32位处理器，使得嵌入式系统的性能有了极大的提高，构建起了高度专业化的计算机系统，在实践应用中能提供较长的生命周期。同时，由于嵌入式系统的软件通常固化在只读存储器中，与通用计算机软件有很大的区别，需要更强的继承性和技术衔接性，因此整体发展更为稳定。随着嵌入式技术的发展，目前嵌入式系统在任务调度、同步机制、中断处理、信息传输等方面的性能都有了很大的提高，并具有强大的功能拓展能力，具有极高的适应性。

3 工业通信管理机应用分析

3.1 工业通信架构需求

在目前工业通信体系中，通常包括监控系统、通信网络、自动化控制、数据传输等多个体系。工业生产自动化程度的不断提高，需要对整个工业生产自动化体系内处于分散状态的生产过程、设备状态进行集中监视、控制和统计管理，工业通信系统承担着极为重要的责任，综合了自动控制技术、计算机技术、现代通信技术等多个方面的技术，形成了一个覆盖工业生产过程各个环节的综合系统，而其中远距离的人机信息交互是这一系统的核心需求，以满足包括如遥控、遥测、遥调、遥信等远动技术的需要。此外，工业通信体系中，涉及大量智能模块，包括如变压器保护、电容器保护、线路保护、自动控制、智能操作等模块，这些模块处于工业通信系统中，使得工业通信系统内部存在大量的数据通信，以满足各子系统内部及子系统之间的信息传输与信息共享需要，因此实现设备、系统的共联互通极为重要。但目前，由于数据传输规约的统一标准化还不够完善，并没形成统一、规范的标准体系，造成工业通信体系的共联互通中存在大量规约转换问题，既增加了人力物力的耗费，又降低了系统运行的可靠性。

3.2 通信管理机工作机制

通信管理机是工业通信系统中的主单元，通常位于通信系统主控层，用以完成各个设备、系统之间的信息交换工作，实际上是对整个通信系统进行控制。由于工业系统中设备、系统多样复杂，各类通信协议、通信接口掺杂于整个系统之中，为了使设备、系统之间的信息交换工作得到良好的保障，通信管理机应当有强大的通信能力，以适应整个系统中不同通信接口、通信方式、通信协议之间的协调集成工作，疏通系统中的信息交换障碍。而这些问题，都需要通信管理机在硬件和软件方面来满足。目前常用的通信管理机主要分为工控机硬件平台和嵌入式处理器硬件平台两大类，工控机硬件平台的通信管理机主要以软件来完成通信管理，在应用中不需要单独开发硬件平台而采用标准的工控机，但在实际应用中根据不同企业的需要还需要增加各类辅助设备，包括如终端服务器、转换设备、网络集线器等；嵌入式处理器硬件平台的通信管理机，则是面向用户开发设计，有较强的针对性，整个系统经过特殊处理和设计，拥有较强的扩展能力和转换能力，相对于工控机硬件平台的通信管理机更具有针对性，适用性更高。

4 嵌入式通信管理机开发应用

4.1 嵌入式通信管理机硬件结构

嵌入式硬件设备通常包括嵌入式处理器和外围接口两个部分，其中嵌入式处理器是整个系统的核心，嵌入式处理器并不是普适性处理器，而是针对特定用户专门设集的处理器，在芯片内部集成了大量特定功能；外围绕接口是嵌入式系统的辅助功能部件，用以支撑存储、通信、调试、显示功能，包括如存储设备、通信设备、显示设备等。由于工业应用中，设备环境复杂、现场通信标准多样，硬件设备必须要能兼容多种现场总线模式，兼容和支持多种接口，同时还应当充分结合以太网技术的开放性和扩充性，构建起低功耗、高可靠、多功能的硬件系统。

4.2 嵌入式通信管理机软件结构

嵌入式通信管理机软件系统需要具有很强的实时性、硬件协调性、软件固化性、应用专业性的特点，由于嵌入式通信管理机存储器芯片容量有限，往往需要对标准的嵌入式系统进行小型化裁剪处理，构建起适合特定工业应用场合的嵌入式软件系统。同时，还需要降低系统的开发成本，拓展系统的硬件平台应用能力，并保障系统的性能和网络支撑能力。目前，在嵌入式软件系统中，为了实现多种通信管理机制，往往采用将从多接口程序作为一个大集合提供独立线程调用的方式，或者为每个接口程序建立单独文件构建单一线程调用的方式，这两种方式各有优点，不过考虑工业通信管理机的拓展能力，采用每一通讯接口提供单一执行程序的方式具有更高的实用性。

主要参考文献

[1]陈杰，杜伟春.基于嵌入式技术的工业通信管理机的开发及应用[J].电力系统保护与控制，2010，38（11）.

[2]武苗苗，郭雯雯.嵌入式Linux操作系统通信管理机的设计研究[J].电子技术与软件工程，2013（10）.