基于ARM处理器实现发射台远程网络监控系统的设计

作者：覃友坚

1．概述

广西广播电视信息网络股份有限公司按照“有人留守，无人值班”的设计思路开发了一套无线发射台远程网络监控管理系统，对广西1 6座边远广播电视无线发射台进行远程集中监控管理。原监控系统采用下位机和上位机监控的模式，下位机采用以8位单片机为处理核心的单片机系统，这种系统具有集成度低外围扩展电路多、系统主频低、实时响应性慢的缺点，同时单片机与计算机交互需要许多专用的软硬件，不同厂家的发射机甚至同一厂家的不同类别、不同功率等级的发射机对应不同程序，使系统备件增加，而且在需要更新升级的时候只能奔赴发射台现场，这对于有着程序多样性的各类发射机采集控制器来说显得十分繁琐，给维护管理带来极大的不便。随着大规模集成电路和嵌入式技术的发展，自动控制领域向高集成、高速度、快速响应、易维护管理等方向发展。正因为如此ARM9以其高集成的软硬件系统和良好的可移植性及性价比走进了工业自动化控制领域，我们将嵌入式ARM9系统很好地运用于无线发射台尤其是高山台智能化监控系统中，不仅进～步提高了发射台发射机控制系统的精度和稳定性，也解决了程序更新难的问题。在更新程序或备份设备更换、新增设备烧写的时候只需将该设备插上网线连入监控系统内部局域网，就可以在局域网的任何一地对其进行烧写、更新软件。系统改进后下位机、上位机以及采集控制器的维护与升级都变成了极其方便和简单，进一步减少了发射台管理和运行维护成本。

2．系统构成

ARM （Advanced R I S C Machines），原意为公司名称，现泛指一类微处理器，一种技术，指采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器。它是一种先进的精简指令系统微处理器，具有性能高、成本低和能耗省的特点。支持多任务操作系统，就是说在一块ARM芯片上可以移植一套完整的操作系统，能够完成类似个人计算机操作系统所能完成的基本功能，其内核CPU采用AT91SAM9260的ARM芯片，该模块出厂时已由厂家预装了正版WinCE5．0实时多任务操作系统以及相关底层外围驱动，这样在开发基于该模块的应用程序时，不用深入了解处理器芯片的内部结构、寄存器、总线等，而只需借助厂家提供的API库函数就能完成相关功能，大大节省了软件的开发周期。我们通过外围电路设计了模拟的A／D转换电路、开关量输入输出和四个串13，四个串口都可以通过跳线选择RS232、RS485和RS422方式进行现场通讯。

Windows CE具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接13和与处理器无关等特点，其操作界面虽来源于Windows 95／98，但Windows CE是基于WlN32 API重新开发、新型的信息设备的平台，是一个用于各种通讯、娱乐和移动式计算设备的操作系统平台。WinCE5．0在2004年5月份推出，微软宣布WinCE5．0扩大开放程序源代码，开放了250万行源代码程序作为*估套件，它除了1 00％兼容于Windows CE外，还强化许多功能。ARM芯片及外围电路结构图如图1。

基于ARM9的EM9260系列产品的开发工具就是著名嵌入式开发工具EVC，一款类似VC开发环境的专业嵌入式开发软件，其编程风格几近相同于VC编程，当开发在线调试时只需借助一根网线连接到目标设备即可，这点不同于单片机设备调试，需要取下处理器芯片并借助仿真器才能调试，显得非常方便。整个系统具有程序移植比较方便、程序类型库管理维护简单等优点。

3．1程序移植

在软件开发完成后，需要对程序进行移植，也就是类似我们单片机设备的芯片程序第一次烧写工作。进行程序移植，实际上也就是一个文件拷贝过程，一共需要拷贝或者存储至少6个文件，它们是userinfo．txt、dbginfo．1xt、Onboot．ini、ComNet．ini、Onboot．exe、ComNet．exe。其中CornNet．exe为设备正常工作的应用程序可执行文件，它可以为任意名称，但是对应．Ini后缀的名称也要跟它一致，另“l，Onboot．ini内部［run］键值下的对应名称必须也要和它一致。当设备上电进入操作系统以后，系统根目录下有一个文件名为“Nandflash”的文件夹，这就是所有以上6个文件需要存放的地方，它为系统的flash disk，设备掉电时只有存放在该文件内部的文件不会丢失，存放到其他位置的文件都将丢失（见图2）。

以上7个文件中除ComNet New．exe外，userinfo.txt内部存放有该设备的IP地址，可以修改，相应bginfo．txt亦存放有设备lP地址信息，它必须与userinfo．txt内部IP地址一致，另外还有远程调试主机IP地址，亦可以修改，但不建议做改动。Onboot.exe为引导应用程序，ComNet．exe为最终运行的应用程序，我们将该名字用于发射机采集控制器程序。Onboot．ini为引导程序配置说明，包括它所引导的将要运行的应用程序信息。ComNet．ini内部包含有关设备的所有参数配置，包括开放串口、设备lD、发射机机型选择、手自动以及故障倒机状态、自动开关机时间表等重要信息。对新开发产品进行更新软件的步骤是：在原有6个文件的基础上，首先需要拷贝或者替换两个文件ComNet_New．exe、Onboot．ini，其中前者为更新文件，统一规定更新文件的文件名为在原有文件的名称后面冠以_New未表示，Onboot．ini文件是在原文件中组名为［update］下新增键值0=更新文件名，原有文件名；然后给设备断电重启或者远程控制设备复位重启即可完成对设备程序的更新。

3.2 程序类型库

为了有效的避免因为发射机的种类多，导致采集器程序较多，我们建立了发射机程序类型库，通过对所有发射机的采集施工后，将所有程序建库，通过简单的设置就可以达到发射机采集器的互用。当有新的发射机加入时只需要在系统中增加该发射机的采集程序。

4．软件功能

软件主要分为下位机软件和服务器软件两个部分。下位机硬件结构采用了嵌入式ARM，下位机的软件采用win．dows CE系统，通过远程的上位机可以进行在线式程序更新。操作简单，管理方便。我们可以像在电脑上一样嵌入设置网页方便非专业人员对设置的更改。嵌入网页可以设置各个通讯端口的参数、设备参数、倒备机、自动开关机等。

5．发射机采集监控系统

发射机采集控制器采用先进的嵌入式ARM9作为核心单元，它不但具有发射机参数采集、主备机倒换控制、定时开关机、遥控开关机，而且提供了发射机程序类型库、在线式程序升级等功能极大的减少了备件的种类，方便了设备维护。一台采集器就可以完成一套节目包括主备发射机、主备激励器参数的采集和监视，以及故障倒备机控制等功能。上位机软件采用B／S架构，这种机构具有升级维护方便，客户端电脑扩展简单等特点。通过上位机可以完成监控各个环节参数的实时动态显示、参数异常报警、发射机遥控开关机等功能，并能够设定发射机自动开关机、倒备机的时间设置等功能。发射机嵌入式ARM9采集器具体实现功能如下：

1）采用主备发射机互为主备的工作方式，即主备机之间没有明确的从属关系，随着发射机的工作情况发射机的不同主备关系也随之变化，大大地提高了发射机的工作寿命。

2）可以分别定义A机和B机的工作时间段

3）A机、B机的高压状态，是彼此自动开关机的互锁条件

4）天线位置为开机的必要条件

5）A机、B机的高压状态锁定天线闸自动倒换驱动

6）可以预设倒机的功率门限以及延时时间

7）采集控制器根据监测当前工作发射机的发射功率判别是否需要倒机

8）倒机流程：关闭并封锁主机，倒换天线，开启备机

结构图如图3。

6．结束语

监控系统用ARM处理器代替单片机，不仅使系统性能得以大大提高，而且在远程升级维护管理上有明显的优势。当连接发射台监控系统的以太网中断时，嵌入在ARM9内的网页又可以满足对台内设备的自动控制和平时应急式的设置与维护，不至于造成整个监控系统的瘫痪，提高了安全播出的可靠性，并大大减少了发射台管理和运行维护成本。