基于ARM-Linux的铁路电力远动终端的研究和实现

焦现伟

（郑州铁路局工程管理所，河南 郑州 450000）

基于ARM-Linux的铁路电力远动终端的研究和实现

焦现伟

（郑州铁路局工程管理所，河南 郑州 450000）

在我国的铁路电力系统中，远动系统对配电所的贯通、自闭以及信号等方面具有重要的作用。作为此系统中重要组成部分的远动终端，其作用主要是对数据进行采集，同时能够起到对开关的监控作用。在本文中，将就给予ARMLinux的铁路电力远动终端的研究与实现进行一定的分析与探讨。

ARM-Linux；铁路电力远动终端；实现；

随着我国社会的飞速发展，我国的铁路建设也在这个过程中得到不断的提高。在铁路系统中，远动系统是一项非常重要的系统，在铁路的正常运行中占据着重要的位置。其由主站监控中心、被控设备与数据传输设备进行组成。它的作用主要是用于对10KV电力系统的电力运行情况进行及时的控制与检测。

1 当前铁路电力远动装置存在的问题

在我国当前所使用的远动装置中，虽然都能够较为良好的满足所需要的部分功能，但是无论在其工程应用上还是在其自身工艺的制造上都存在着明显的不足。首先，其装置内核承载的CPU对于我国现今一些较为高端的技术设备的CPU相比，其在运算速度与运算能力上还存在着明显的不足。其次，在部分厂商的装置中，不能够很好的满足我国目前铁路系统中数据量逐年增大的要求，这就使得虽然一部分厂商制造出的RTU设备虽然对其数据的采集与检测数量进行了明显的提升，但是其在通信过程中的性能与兼容能力的表现却极其有限。最后，我国目前远动装置中通信协议的灵活性还是表现一般，其性能还有待提升，同时，其在对于设备进行维护工作时，其方法途径也较为单一。而这些问题对于我国目前的铁路系统亟需加以解决。

2 远动终端系统方案的研究与实现

在对于我国当前铁路电力系统中远动设备的重要性以及目前状况进行了一定的了解之后，就应当根据其良好运用性为设计的主体原则，对其进行一定的优化。在对其进行正式设计之前，我们应当对远动系统的需求进行简单的分析。

2.1 功能需求分析

对于远动装置进行设计的过程中，应当首先保证其拥有良好的通用性。这就需要其能够较好的同时具备STU、FTU、RTU等基本功能，同时，其还应当具备远动终端最重要、也是最基本的遥控、遥调、遥信与遥测功能，另外，对于设备故障，进行及时的监控、录波功能也不可缺少。

2.2 对于核心CPU的选择

远动终端作为嵌入式设备的一种，CPU就是其整个系统最关键、同时也是最不可缺少的核心之一。在我国以往的远动终端中，通常都使用较为古老的DSP处理器与单片机，而随着我国铁路电力事业的发展，对于其中所使用CPU的性能要求也就更高。对于现今市场上存在的CPU中，单片机由于其年代较为古老，适用于一些简单的控制操作与采集操作，其性能较为有限。DSP则具有较为优秀的运算能力，适用于一些数据量较大的设备工作。而ARM处理器具有着较强的兼容性，其不仅能够胜任远动设备的控制与通信功能，还能较好的进行绝大多数的数据运算。同时其还具备较好的拓展性，从而能够良好的支持嵌入式系统。根据以上CPU特点，我们选择了ARM处理器作为我们远动设备的CPU。

2.3 硬件系统设计

根据我们的实际需求，我们以ARM+DSP+MCU为设备的硬件架构，同时采用分布式设计，将其内部细节的各个模块通过插件的方式将其安装到机箱之中。同时通过主板来实现设备的基本通信功能与控制功能，通过遥测板来实现交流、直流电的电量模拟，通过遥信板对开关的实时状态进行准确的采集，通过遥控板对继电器外部负荷的操作开关进行实现。最后在以上多个模块的良好协调下，实现最终的通信工作。

对于远动设备的供电模式来说，我们可以选择主板充电的方式对其运转进行保证。通过选择的ARM11为设备的处理器，其667MHz的高主频与128M的RAM能够有效满足设备的各项工作要求。同时，通过Bootloader作为设备的引导程序、Linux作为设备的嵌入式内核来使设备的功能达到最优。最后还应当在其网络接口处以一主一备的方式，对主站和其通道处的状态同时进行监测，当主通道出现问题时，其备用通道就能够及时的唤醒，并通过对数据进行召唤的方式使故障得以自行切换，从而保证主站与子站之间的通信保持正常。

2.4 嵌入式操作系统的选择

对于目前的嵌入式操作系统来说，通常都会选择Linux系统。Linux操作系统是现代嵌入式操作系统中较为常用的操作系统，并且被广泛的应用于终端软件系统的开发与应用。Linux操作系统具有开放、稳定、多任务、多体系、可定制等一系列优点，对于移动终端的软件开发有着明显的优势。Linux操作系统自身的源码具有开放性，相对软件数量众多，各种丰富的资源极大的提高了Linux操作系统的实用性。Linux操作系统的开发人员可以根据自身的具体需求，对于相应的产品进行二次开发与定制，并且自主进行驱动代码的优化与调整。Linux操作系统的软件资源十分丰富，在进行系统终端的设计中，直接通过相关软件资源的获取，节省了大量的开发时间，并且降低了系统的开发难度。Linux操作系统具有稳定、强大的内核功能，并且在特定的工程现场，可以保证稳定运行，并且通过对于多任务处理的支持，有效的提高了软件终端的处理效率。Linux操作系统支持多种系统架构，并且支持主流的CPU，有效的提高了软件的通用性与可移植性，促进了移动终端的广泛应用。Linux操作系统具有科学的网络与文件管理机制，并且支持的网络服务种类与文件格式众多，在日常应用中与其他类型的操作系统有着良好的通用性。另外，Linux操作系统的相关开发软件环境较为成熟，开发人员可以有效地控制开发周期，保证开发效率。

2.5 软件系统设计

在终端软件系统接电或者复位时，通过Bootloader进行启动，并且对于初始化硬件进行引导，读取RAM、NandFlash、网卡设备等，然后进行Linux内核的启动，挂载其它地址开关和相关驱动设备。然后，Linux根文件系统与其它相关文件系统完成加载，并且对于系统的配置文件的相关信息进行读取。最后，主板上的应用与其他服务启动，建立终端内部的CAN通讯，实现遥控、遥信等设备的数据交换，同时进行系统内部的调度。与此同时，遥信板对输入端子进行电平扫描与采集，进而对于遥信状态的变化进行确定。遥测板在终端系统上运行时，开始采集，并且对于模拟量进行采集，最终对采集数据进行计算与处理，从而实现电压、电流、功率等有效值地输出。对于输出的数据，终端设备的处理器进行计算与比较。如果超过了阀值，就第一时间进行上传，主板对于上传数据进行分析和处理，从而完成相关的操作。终端主板的启动过程中，需要依靠相关软件进行功能的实现，并且保证Linux操作系统中Bootloader、Linux内核与Linux根文件系统移植的完善有效。

3 结语

总的来说，远动终端设备在我国的铁路电力系统中占据着重要地位。这就需要我们在设计过程中，一定要在对硬件设备以及软件设备进行良好选择的前提下，对其进行合理、有效的设计，从而制造出拥有优良性能的远端设备。

[1]王艺燕．基于模型工程的安全计算机平台设计与验证[D]．北京交通大学，2012．

[2]张硕．基于ARM9的通用铁路信号测试系统的研究[D]．北京交通大学，2013．

[3]钟亮．基于ARM的无线电子点菜系统的设计与实现[D]．北京工业大学，2015．

[4]张宏林,郭佑民,邱海波,梁书旺．基于ZigBee的货运列车轴温监测系统设计与实现[J]．铁路计算机应用，2016(03)．

U223.6

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1671-0711（2017）10（下）-0180-02