基于Windows嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電力通信設(shè)備基礎(chǔ)平臺(tái)的應(yīng)用方案

作者：于海，虞躍，姚啟桂，尹海慶

電力專用通信網(wǎng)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展逐步形成的，如今它已經(jīng)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。電力通信業(yè)務(wù)已廣泛應(yīng)用各種通信技術(shù)，隨著電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的發(fā)展和企業(yè)信息化進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)電力通信提出了高帶寬、高可靠性、容災(zāi)、廣覆蓋等新的需求。在這些通信設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)得到了越來越多的應(yīng)用，尤其是一些新技術(shù)的應(yīng)用帶來了人們對(duì)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的新思路和新需求。在屏蔽不同的硬件平臺(tái)甚至不同操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，中間件、虛擬機(jī)等概念的引用形成了符合通信設(shè)備上應(yīng)用軟件不同需求的支撐平臺(tái)，為上層的嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)提供了統(tǒng)一接口，也為嵌入式系統(tǒng)提供了一種新的開發(fā)模式和實(shí)現(xiàn)思想。

由于通信設(shè)備變得越來越復(fù)雜，導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度也越來越高，而當(dāng)前的通信設(shè)備開發(fā)很多還是小作坊式的，重復(fù)開發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致大量的資源浪費(fèi)，同時(shí)也使得開發(fā)速度和產(chǎn)品質(zhì)量難以滿足市場發(fā)展的需求。如何通過平臺(tái)技術(shù)簡化軟件的設(shè)計(jì)，通過模塊重用的思想減少開發(fā)的工作量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，成為了一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。經(jīng)過多年的努力，中國電力科學(xué)研究院已經(jīng)在嵌入式電力通信設(shè)備開發(fā)方面取得了一定的成果和經(jīng)驗(yàn)，例如應(yīng)用于智能變電站的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、配用電通信中的無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、輔助輸電線路監(jiān)測的CMA監(jiān)測代理裝置。在這種情況下，為使嵌入式電力通信設(shè)備開發(fā)朝著通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化、平臺(tái)化的方向發(fā)展，為系統(tǒng)內(nèi)外的互連、互通、互操作提供穩(wěn)定可靠的保障，研究和構(gòu)建嵌入式電力通信設(shè)備的基礎(chǔ)平臺(tái)是很有意義的。

1 研究內(nèi)容

1．1 開發(fā)階段的規(guī)范

基礎(chǔ)平臺(tái)的研發(fā)是為系列化的嵌入式設(shè)備開發(fā)而服務(wù)的，脫離設(shè)備開發(fā)的基礎(chǔ)平臺(tái)是缺乏應(yīng)用價(jià)值的。這也就造成了基礎(chǔ)平臺(tái)研發(fā)與實(shí)際的設(shè)備開發(fā)密切相關(guān)、不可分割的狀況。因此明確和規(guī)范基礎(chǔ)平臺(tái)在嵌入式設(shè)備開發(fā)的各個(gè)開發(fā)階段的功能，對(duì)于構(gòu)建基礎(chǔ)平臺(tái)是具有重要意義的。

根據(jù)設(shè)備開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，歸納了五個(gè)開發(fā)階段，基礎(chǔ)平臺(tái)按照這五個(gè)階段進(jìn)行更多的細(xì)化，明確職能分工，規(guī)范開發(fā)流程，定義各環(huán)節(jié)的邊界和職能，形成開發(fā)流程的整體指導(dǎo)書，也便于更好地管理項(xiàng)目。這五個(gè)階段是：前期的方案設(shè)計(jì)和驗(yàn)證；調(diào)試硬件，驗(yàn)證各功能板的基本功能；構(gòu)建系統(tǒng)平臺(tái)，在各功能板上建立相適應(yīng)的系統(tǒng)，形成開發(fā)的基礎(chǔ)；構(gòu)建開發(fā)平臺(tái)，在各功能板上以中間件為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件開發(fā)基礎(chǔ)；輔助應(yīng)用調(diào)試，為應(yīng)用開發(fā)人員提供開發(fā)環(huán)境，解決平臺(tái)相關(guān)問題。

1．2 處理器的規(guī)劃和升級(jí)

在嵌入式通信設(shè)備領(lǐng)域，需要根據(jù)各設(shè)備的性能需求、功能需求、環(huán)境需求等應(yīng)用特點(diǎn)，構(gòu)建相適應(yīng)的基于處理器的最小系統(tǒng)，這就是嵌入式設(shè)備的處理器平臺(tái)。

結(jié)合應(yīng)用的需求分析對(duì)處理器平臺(tái)進(jìn)行整體的規(guī)劃，分別制成相應(yīng)的核心模塊用于不同規(guī)模的應(yīng)用場合，后續(xù)的開發(fā)和升級(jí)可對(duì)各檔處理器平臺(tái)中進(jìn)行有針對(duì)性地開發(fā)。這樣的開發(fā)思路有利于設(shè)備開發(fā)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。

1．3 技術(shù)總線的構(gòu)建

針對(duì)通信設(shè)備的特點(diǎn)，結(jié)合已有的設(shè)備開發(fā)的基礎(chǔ)，總結(jié)了以下三條技術(shù)總線進(jìn)行規(guī)范化開發(fā)，即千兆以太網(wǎng)交換總線、百兆以太網(wǎng)交換總線和面向控制的低速串行總線。這三條總線有其不同特點(diǎn)和特性，在通信設(shè)備中起著類似中樞神經(jīng)的作用，保證了內(nèi)部數(shù)據(jù)流和控制指令的順利通暢?；谄脚_(tái)組合的思想，分別對(duì)三種總線進(jìn)行了相應(yīng)的硬件接口定義、驅(qū)動(dòng)封裝和面向應(yīng)用的API規(guī)范，極大地提高了設(shè)備中的硬件模塊和程序接口的復(fù)用度。

1．4 操作支撐層

如圖1所示，基礎(chǔ)平臺(tái)在操作系統(tǒng)層的接口之上實(shí)現(xiàn)了OSL（Operating Support Layer）層用以支撐各種通信應(yīng)用。它針對(duì)通信行業(yè)設(shè)備軟件的一些特定需求，在平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)了可定制的組件和中間件模塊，包括系統(tǒng)支撐模塊、業(yè)務(wù)支撐模塊、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、通用算法模塊、協(xié)議實(shí)現(xiàn)模塊。這樣使得上層應(yīng)用設(shè)計(jì)人員只需關(guān)心具體業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，而不用深入了解底層的操作系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。

圖1 嵌入式電力通信設(shè)備基礎(chǔ)平臺(tái)的層次圖

1．5 通信應(yīng)用開發(fā)環(huán)境

基礎(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了在Windows的操作系統(tǒng)下，參考Wind River開發(fā)環(huán)境基于Eclipse開發(fā)套件將功能組件和中間件的可視化配置、通信中有限狀態(tài)機(jī)框架代碼的自動(dòng)生成、通信應(yīng)用的測試仿真以及在線幫助功能等集成為通信應(yīng)用統(tǒng)一集成的一套開發(fā)環(huán)境，作為基礎(chǔ)平臺(tái)的輔助工具集，形成通信應(yīng)用的集成開發(fā)測試環(huán)境，以提高基礎(chǔ)平臺(tái)的開發(fā)規(guī)范性和測試效率。

2 技術(shù)難點(diǎn)

2．1 基礎(chǔ)平臺(tái)的內(nèi)涵外延

基礎(chǔ)平臺(tái)的概念相當(dāng)寬泛，其內(nèi)涵和外延中具有太多的屬性，一般難以明確定義。在本項(xiàng)目中將其縮小為面向嵌入式通信設(shè)備開發(fā)的基礎(chǔ)平臺(tái)，換言之就是基于信通所已有的開發(fā)積累和以后的開發(fā)計(jì)劃而定義的嵌入式通信設(shè)備基礎(chǔ)平臺(tái)，基于這一點(diǎn)明確內(nèi)涵、外延，才能切實(shí)地發(fā)揮該基礎(chǔ)平臺(tái)在實(shí)際設(shè)備開發(fā)中的承前啟后、軟硬件協(xié)同的作用。因此定義此基礎(chǔ)平臺(tái)的內(nèi)涵外延要進(jìn)行因地制宜的思考和歸納，才能使該項(xiàng)目發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

2．2 技術(shù)積累和沉淀

技術(shù)積累和沉淀是進(jìn)行基礎(chǔ)平臺(tái)研發(fā)的一個(gè)重要目標(biāo)，通過基礎(chǔ)平臺(tái)的研發(fā)構(gòu)建一個(gè)面向嵌入式通信設(shè)備的開發(fā)體系架構(gòu)，充分發(fā)揮其可重用、可移植的特性，朝著通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化、平臺(tái)化方向努力，對(duì)于提升信通所的設(shè)備開發(fā)能力大有裨益。要明確該目標(biāo)，在基礎(chǔ)平臺(tái)研發(fā)中貫徹該目標(biāo)，才能真正發(fā)揮基礎(chǔ)平臺(tái)的作用和意義。至于如何進(jìn)行技術(shù)積累和沉淀，在形式和內(nèi)容上，都需要進(jìn)行一定的思考和總結(jié)，形成一套行之有效的方法。

2．3 平臺(tái)升級(jí)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

基礎(chǔ)平臺(tái)在歸納既有知識(shí)的同時(shí)，還需要根據(jù)設(shè)備開發(fā)的實(shí)際需要，進(jìn)行同步的平臺(tái)升級(jí)，這其中就會(huì)涉及硬件系統(tǒng)升級(jí)、操作系統(tǒng)升級(jí)、中間件升級(jí)等諸多方面。因此構(gòu)建一個(gè)滿足應(yīng)用環(huán)境需求的穩(wěn)定平臺(tái)是一個(gè)較為復(fù)雜的事情，需要進(jìn)行全面的需求分析，詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)劃，務(wù)實(shí)的開發(fā)執(zhí)行，這其中存在著較大的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

綜上所述，基礎(chǔ)平臺(tái)存在著可管理、可重構(gòu)、可復(fù)用、可移植等優(yōu)點(diǎn)，從而為開發(fā)設(shè)備帶來了諸多優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約人力成本、加快開發(fā)速度、提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性等。利用此基礎(chǔ)平臺(tái)能夠很好地適應(yīng)電力場合對(duì)通信設(shè)備不斷變化的要求。因此，因地制宜地研究和構(gòu)建面向應(yīng)用場合的設(shè)備基礎(chǔ)平臺(tái)是大有裨益的。

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