摘要：基於arm處理器s3c4510b和μclinux的rtu總體結構設計、rtu硬體擴充套件方法以及在μcllinux環境下開發rtu應用程式的經驗。定義了一種rtu母板匯流排，介紹了由處理器匯流排驅動rtu母板匯流排的介面電路原理以及rtu母板匯流排上擴充套件硬體模組的方法。
在電力系統變電所以及電氣化鐵道牽引變電所遠動控制系統中，遠端資料採集與監控終端（rtu）是關鍵裝置，實現遙控、遙測、遙信等功能。
採用工業控制計算機，擴充套件測控硬體介面電路，是rtu設計常見的方法，但是這種方法設計的rtu成本高、體積大、耗電大。採用80c196等微控制器設計rtu，由於微控制器的運算處理和硬體擴充套件等能力較低，影響rtu的效能。而基於arm處理器設計的rtu，硬體上具有成本低、體積小、耗電省、處理能力強等優點；軟體上由於採用μclinux作業系統，有許多優秀的應用程式成果可以利用。正是由於這些優勢，採用arm和μclinux設計rtu已經成為乙個熱點。
1 rtu硬體電路設計
1．1 rtu總體結構
rtu的核心部分是計算機，包括處理器、儲存器、人機介面等。為了執行rtu的測控功能，需要擴充套件大量外圍介面電路。不同變電所的測控物件資料差別很大。為了提高rtu的通用性，一種普遍採用的可行的辦法是將測控電路模組化。根據模組化的設計思想以及s3c4510b和μclinux的特點，rtu硬體總體結構設計的原理框圖如圖1。
各種電路按功能設計成相應模組，以母板匯流排為介面基礎。
主機板模組以s3c4510b為核心。主要配置是：16m位元組動態隨機儲存器sdram（兩片hy57v651620b），2m位元組的flash(一片am29lv160db)；處理器內部整合兩個非同步序列通訊介面，串列埠0和串列埠1；乙個10mbps乙太網介面；看門狗與復位電路(max507)；rtu母板匯流排驅動電路。
串列埠0作為控制台，用於除錯；串列埠1接lcd顯示屏和觸控展，實現當地監控的人機介面。
測控介面電路主要有遙控模組、遙信模組（開關量採集）和遙測模組（模擬量採集）。遙控和遙信模組由母板匯流排直接擴充套件。遙測模組採用現場匯流排（can）通訊介面。為此在rtu母板匯流排上擴充套件can匯流排通訊模組，實現與遙測模組的通訊。
串列埠模組（pc16c550）從母板匯流排上擴充套件。用該模組連線數據機（modem），實現rtu遠端通訊。
1．2 rtu母板匯流排
rtu母板匯流排是測控硬體模組擴充套件的基礎，又是處理器匯流排上的乙個外設介面。
為便於模組的擴充套件，rtu母板匯流排定義如下：資料匯流排h-d0～h-d7；位址匯流排h-a0～h-a7；位址片選訊號h-s0～h-s6；讀寫操作訊號h-wr和h-rd；位址鎖存控制訊號h-ale；中斷服務請求控制訊號h-int0～h-int3；復位訊號h-reset。
使用處理器的如下匯流排訊號驅動rtu母板匯流排：位址匯流排a0～a11、資料匯流排d0～d7、讀使能控制訊號noe、寫使能控制訊號nwbe0、外設（i/o）位址片選訊號necs0，以及4根中斷控制訊號線ninreq0～ninreq3。
1．2．1 匯流排驅動電路
為相容測控介面電路較常用的器件，母板匯流排控照5v的ttl電平設計。s3c4510b匯流排是3.3v的cmos電平。
處理器匯流排與rtu母板匯流排存在速度和電平上的差別，不能直接相連，它們之間需要乙個匯流排驅動電路。
匯流排驅動電路是主機板模組的一部分。它實現處理器匯流排到rtu母板匯流排的介面擴充套件、電平轉換和驅動。匯流排驅動介面電路如圖2。
採用雙電源供電的雙向匯流排能動沖區74lvx4245，實現處理器資料匯流排與rtu母板資料匯流排之間的電平轉換和驅動。
三八解碼器u1，將2k位元組位址空間譯為8個位址片選訊號，稱為s0～s7，其中s0～s6由匯流排驅動晶元74ls244驅動後，作為rtu母板匯流排位址片選訊號。
1．2．2 位址鎖存訊號ale實現
一些常用的晶元，如can匯流排控制器sja1000、時鐘晶元ds12887等，內部帶乙個位址鎖存器，需要位址鎖存訊號ale，才能實現介面。s3c4510b沒有ale訊號，所以母板匯流排擴充套件ale訊號，才能實現這類器件的介面。
將u1的乙個位址片選訊號s7取反，寫資料到s7位址，可以模擬出ale控制訊號，並實現ale的功能。
1．2．3 rtu母板匯流排的位址和訪問速度
rtu母板匯流排作為處理器的乙個外設，其位址和訪問速度由處理器決定。
圖2
s3c4510b匯流排統一編址。necs0是外設位址片選訊號，佔外設位址空間起始的16k位元組。
necs0接u3使能端，決定tu母板匯流排的基位址和訪問速度。s3c4510b控制暫存器2extdbwth第20位置1、21位置0，表示necs0按8位方式定址。暫存器refextcon的低10位設為0x360，則necs0的基位址是0x3600000。
1．3 基於rtu母板匯流排的模組擴充套件
圖3是擴充套件can匯流排通訊模組的電路原理圖。can匯流排模組以sja1000為信心，通訊資料經高速光電耦合器g1、g2隔離，82c250驅動，從接線端子j2連線到外部can匯流排，p1是1w的5v轉5v的dc/dc電源模組。can模組使用h-s0作為片選訊號，其基位址是0x3600000。
圖3給出了sja1000與rtu母板匯流排的連線關係。sja1000匯流排相容ttl電平，資料匯流排和中斷訊號線有驅動能力，可以直接與母板匯流排介面。由圖3可見，從rtu母板匯流排上擴充套件測控電路簡單方便。
基於母板匯流排的其它操作擴充套件方法類似。
2 rtu軟體設計
μclinux從linux作業系統改進而來，適合執行在s3c4510b這種無內破例管理單元mmu的處理器中。基於工控機-linux的rtu程式，可以很方便地移植到arm-μclinux設計的rtu中。
rtu程式的開發，包括應用程式開發和驅動程式開發兩部分，全部採用c語言編寫。
2．1 rtu應用程式除錯
使用jtag**器工具和相應工具軟體，將μclinux作業系統燒寫到主機板模組的flash中。μclinux在主機板模組上執行後，可以使用μclinux提供的工具軟體在flash上更新自身及應用程式。
連線pc機的串列埠與主機板模組的串列埠0。用windows超級終端，與主機板模組建立互動關係。將主機板模組與pc機接入同乙個區域網，配置合適的ip位址。
2．2 jffs2檔案系統應用
jffs2（the journalling flash file system,version 2）是一種為嵌入式系統flash儲存檔案而設計的檔案系統。μclinux編譯選項，加入jffs2檔案系統。將2mb的flash分成mtd0和mtd1兩個區，各個1mb。mtd0是從0位址開始的儲存空間，用於儲存μclinux作業系統映象檔案。mtd1用於儲存應用程式。μclinux的/dev目錄中，有字元裝置檔案mtd0、mtd1和對應的塊裝置檔案mtdblock0、mtdblock1。
有了jffs2檔案系統支援，使用檔案拷貝操作方法，即可將rtu的作業系統和應用程式在flash上更新。rtu的開發和現場除錯，可以脫離jtag**器工具，給rtu開發和維護提供了方便。
2．3 更新μclinux的步驟
（1）用ftp傳輸作業系統檔案image.rom到/ramdisk/目錄；（2）擦除mtd0分割槽：eraseall/dev/mtd0;(3)將image.rom寫入mtd0:cp/ramdisk/image.rom/dev/mtd0。
當提示操作完成後，復位主機板模組即執行新的作業系統。由於μclinux作業系統主sdram中執行，更新作業系統過程中不能停電。
圖3
2．4 應用程式在flash上的更新與執行
mount -t jffs2/dev/mtdblock1/mnt
基於本文設計的rtu，連線到乙個電網資料採集與監控系統，經試執行，效能穩定可靠。證明文中設計的rtu的原理是正確的。
基於ARM與 Clinux的RTU設計
日期 2008 8 20 字型 大 中 小 在電力系統變電所以及電氣化鐵道牽引變電所遠動控制系統中，遠端資料採集與監控終端 rtu 是關鍵裝置，實現遙控 遙測 遙信等功能。採用工業控制計算機，擴充套件測控硬體介面電路，是rtu設計常見的方法，但是這種方法設計的rtu成本高 體積大 耗電大。採用80c...
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