CN101267448A - 一种基于嵌入式qnx操作系统的智能规约转换装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置及方法，该装置包括DSP中央处理芯片、存储器模块、显示与键盘操作模块、上下行通信模块，其中存储器模块、显示与键盘操作模块、通信模块分别与DSP模块相连，前置机通信模块通过RS－232总线与前置机相连，RS－232通信模块使用串口扩展电路与若干个子站RTU相连，在电力通信系统的RTU和前置机间设置规约转换器，应用模糊专家系统对子站RTU的上传通信协议进行智能识别，再将识别后的规约转换为统一的规约格式，上传到前置机，经前置机上传给各上级工作站。本发明优点：操作人员不必知道互联双方所采用的规约类型，通过本装置可以实现互联双方规约的自动识别和自动转换，避免手动操作可能带来的失误。

Description

一种基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置及方法

技术领域

本发明属于电力通信领域，特别涉及一种基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置及方法。

背景技术

当前电力系统中，遥测、遥信、遥控、遥调功能已普遍采用。实现这些功能的关键问题是实现可靠的通信，而通信当中通信双方必须采用相同的规约。

与电力自动化系统的网络标准化的要求相比，数据传输规约统一标准化的要求更为迫切。在电力自动化初期，各厂家对于通信规约的选择多是采用自定义规约或国际国内流行的规约。所谓自定义规约，是指厂家根据自身应用系统的要求，自定义出传输帧格式、传输功能及传输过站接收正确则执行，否则不执行。目前自定义的规约中所定义的传输过程极其简单，通信的可靠性很难保证。原有的部颁规约(如CDT协议)及国际流行规约(如DNP协议)与厂家自定义规约相比较，在各方面都较完善，存在的主要问题是，规约仅仅在一定的范围内使用，其自身也存在许多问题。

规约的标准化是不可避免的趋势。无论是不同厂家设备之间还是在和远方调度的连接中，由规约转换问题引起的软件编程成为实际工程调试量最大的项目，既耗费人力物力，运行维护也不方便，是目前电力自动化技术发展的一个大问题。在电力通信网中，存在着许多不同类型的用于监控通信设备运行状态的监控系统，由于网间通信规约的互不兼容，造成彼此间无法互联，难以实现信息高速传递的现代化通信要求。目前最普遍的问题是众多的RTU厂家生产的RTU以及现存的主站SCADA系统所采用的规约大都不尽相同，给通信双方互联造成极大困难，需要进行费时又费力的规约转换。由于SCADA系统和远方RTU往往不是同时建立起来，存在一定的时间差，因此在SCADA系统已经建立的基础上，如何能使RTU符合SCADA系统的要求，一直是困扰电力用户的一个难题。

电力自动化系统的传输规约和传输网络，是实现电力自动化达到标准化的重大问题，只有实现传输规约的标准化和传输网络的标准化，做到传输规约和网络的统一，才能实现电力自动化系统内不同设备的互换性，这一点对于制造厂和用户都是非常有利的，对于电力自动化技术的发展也是非常重要的。因此，要实现不同厂家设备间的互联通信，就必须使用网络转换设备，进行协议转换和数据存贮转发，以实现网间的数据共享和信息交互，统一监视和控制。

为了最终解决这一问题，最根本的方法是把规约统一起来，制定出一种可靠、高效的国际标准规约，大家来共同遵守。为此，国际标准化委员会IEC及我国的有关部门做了大量工作，但是统一的过程将是一个相当长的过程。首先，电力设备的投资是一个巨大的数目，已经在运行的设备不会仅仅是为了跟踪新的技术或者标准，就退出运行，采用新的设备。其次，新的标准从理论上成熟，到变成真正的商品投入使用，本身也需要一个相当长的时期。在这个过程中，仍然会有一定数量的规约同时存在，不同规约的解释和转换是不可避免的工作。另外由于不同的生产厂家存在技术上和利益上的不同，规约的统一还将是个长期的过程。如何实现系统方便、高效的互联仍是当前迫切需要解决的问题。

有必要开发一种设计规约转换器(Protocol Converter)。但到目前为止解决该问题的流行做法仍是要首先知道互联双方所采用规约的类型，然后根据双方具体的规约文本(一般为某种规约子集的具体化)来做规约转换工作。这种方法是面向具体工程的具体互联对象的，所做的工作只能满足一次工程的局部要求，做新工程时甚至在同一工程中还需重复相同的工作。在不知道RTU的传输规约类型或错误的输入RTU的规约类型时，则无法正确的完成互联双方规约的正确转换。

因此研究各种流行规约及国际国内标准规约的智能识别和自动转换方法具有较大的意义。

规约转换器有基于单片机和基于个人计算机两种实现方式，基于单片机实现的优点是结构简单，容易实现各种非一接口的数据传输方式。基于PC机实现的优点是开发周期短、灵活，适合于、局域网接口等数据传输方式，缺点是投资较大。目前解决规约转换的普遍做法是前置机中配置规约库，根据实际情况人工选择和配置通道的规约，这要求操作人员要知道互联双方所采用规约的类型，然后根据双方具体的规约文本来做规约转换工作，需要进行较繁琐的人工配置，当接入的RTU数量较多时对前置机的处理能力要求也很高。

配电自动化系统常有不兼容的情况发生，不兼容问题，主要表现在应用系统和操作系统之间的兼容性差，其结果造成用户无法进行畅通的信息交换和共享，影响用户使用。目前的的配电自动化包括规约转换部分的前置系统的开发都是基于Windows或者是Unix等操作系统，由于开发者对操作系统的控制权有限，开发程序应用进程都靠系统的调度体制实现调度，长时间的运行(系统运行1年以上)，这样的方式往往造成应用系统由于存在兼容性差的弊端，导致应用系统或者操作系统崩溃，这是困扰广大开发人员的一个重要难题。如何建立操作系统级的电力专用应用系统成为开发者研究的一个热点问题。

QNX实时操作系统是加拿大公司开发的实时操作系统，从1981年开发出来至今多年里，操作系统功能不断得到完善。如今，被广泛地应用于那些以实时性能、开发灵活性和网络灵活性为首要要求的应用领域。目前北约军事组织已将该操作系统应用于导弹的控制系统当中。QNX的任务间的运行环境切换和中断反应都在微秒一级，是目前实时性最强的操作系统，满足最苛刻的实时性要求。QNX是唯一遵照POSIX标准设计、全面符合POSIX标准、提供完全地址空间保护、同时支持进程和线程两种任务实现方式的操作系统。这保证了基于QNX的应用系统稳定、可靠，并能在线对软件模块随时热插拔。其特点包括如下：

1.利用QNX系统本身的稳定性保证系统底层数据处理的稳定；

2.能够提高系统处理数据的实时性和可靠性；任务调度策略是直接影响实时性能的因素。系统提供标准的进程调度方式多任务、基于优先级驱动的急者优先抢占的调度方式和快速上下文切换支持个并发进程，个优先级设置种可由用户选择的调度方式。

3.由于QNX操作系统提供完全地址空间保护，防病毒攻击，保证系统的网络安全性。

4..采用微内核体系结构。系统仅提供核心服务，所有其它系统服务，都实现为协作的用户进程，系统的核心非常小巧，因而运行速度极快。

5.模块化、可裁减性能好。在其微内核结构系统中，各个服务模块在独立的地址空间运行，具有很强的安全性能。各个模块可以根据需要任意裁减。

6.可移植性好。系统支持协议。由于支持标准语言，这即意味着采用标准语言编写的程序都可以在支持协议的操作系统下执行。

7.硬件支持广泛。

8.强大的网络功能和分布式处理能力。

QNX系统属于真正的微内核结构。正因为这样，获得了良好的可裁减性能同时，系统的内核做得非常小，这使得运行效率极高，系统获得了很好的实时性能。此外，由于其系统程序和用户程序都建立在微内核结构之上，系统提供了比其他通用的单内核操作系统更为完全的内存保护机制。因此，会智能的恢复软件故障，包括像驱动程序等关键性程序而无需重启系统，而不会出现传统的实时操作系统那样因指针混乱而导致的严重的系统故障。

在同类型的其他产品中，它们的前置机操作系统都采用了Windows NT或者UNIX系统，这种系统能够处理一般的电力故障，但是对于突发情况(如“雪崩数据”)，这种系统的实时性就会变的很差，可能造成操作系统与应用软件间的兼容性下降等问题，导致数据处理不可靠。

以往的电力前置系统都采用基于Windows或者是Unix等操作系统开发，而没有采用嵌入式QNX系统，主要存在以下原因：

1.基于QNX的开发要求系统开发人员对系统的底层开发技术要十分熟悉；

2.由于进程间通信和上下文切换的开销大大增加。相对于大型集成化内核系统来说，它必须靠更多地进行系统调用来完成相同的任务。这是一个大多数开发人员没有使用该系统的主要原因；

3.难于构建一套对于QNX操作系统进程调度的有效的管理策略；

由于基于QNX操作系统的开发是纯C++的底层，其不具有象Windows基础上开发的可面向对象编程，这就加大了开发人员的难度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置及方法，并设计了一种全开放式通用电力通信数据标准。(本发明为国家高技术研究发展计划“863”计划课题成果)

本发明基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置包括DSP中央处理芯片、存储器模块、显示与键盘操作模块、上下行通信模块。其中存储器模块、显示与键盘操作模块、通信模块分别与DSP模块相连，前置机通信模块通过RS-232总线与前置机相连，RS-232通信模块使用串口扩展电路与若干个子站RTU相连。系统框图见附图3。装置运行时首先由DSP选择一个扩展串口，接受子站RTU通过串口上传的样本数据，存储到存储模块的数据库中，完成后DSP根据其定义的模糊推理机程序判断样本规约类型，并将规约判断过程和判断结果通过液晶显示模块在液晶屏上显示。由DSP通过RS-232通信模块通知相应子站RTU可以上传数据，并通过调用程序存储器中与识别规约相对应的规约转换子程序完成规约转换，将RTU的规约数据转换为统一自定义的规约数据。转换后的规约通过前置机通信模块上传到前置机，进而由前置机上传给主站。通过与DSP相连的液晶显示模块还可以查看规约转换前和转换后的部分历史数据。通过与DSP相连的键盘模块可以实现系统时钟，波特率的设置，对知识库中的隶属函数和权值进行修正等功能。

该装置应用模糊专家系统对子站若干RTU的上传通信协议进行智能识别，再将识别后的规约转换为统一的规约格式上传到前置机，经前置机上传给各上级工作站。规约转换装置位于RTU和前置机间，如附图1所示。

对电力系统中RTU等子站设备上传的数据进行规约转换需要完成的任务依次是：1.选择一个扩展串口，接受子站RTU通过串口上传的样本数据，存储到存储模块的数据库中。2.根据定义的模糊推理机程序判断样本规约类型，并将规约判断过程和判断结果通过液晶显示模块在液晶屏上显示。3.DSP通过RS-232通信模块通知相应子站RTU可以上传数据，并通过调用程序存储器中与识别规约相对应的规约转换子程序完成规约转换，将RTU的规约数据转换为统一自定义的规约数据，转换后的规约通过前置机通信模块上传到前置机，进而由前置机上传给主站。

本发明采用的QNX操作系统在规约转换，数据分组及进程控制中的应用主要包括几个方面：

(1)、将基于微内核的嵌入式QNX作为前置端的操作系统。

QNX是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统。它遵循POSIX.1(程序接口)和POSIX.2(Shell和工具)，部分遵循POSIX.1b(实时扩展)，是一个微内核实时操作系统，其核心仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它OS服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大约为12Kb)而且运行速度极快，是业界公认的X86平台上最好的嵌入式实时操作系统之一。它具有独一无二的微内核实时平台，建立在微内核和完全地址空间保护基础之上，实时、稳定、可靠，已经完成到PowerPC、MIPS、ARM等内核的移植。

(2)、实现电力数据进程业务分组技术

本系统将各个电力基础应用模块以进程的形式实现，主要包括如下几个方面：

①上行协议自适应进程：自动根据RTU的不同类型选择合适的规约进行解析，将解析获得的不同类型数据放置于不同的共享内存区，从而完成前置与RTU的连接。

②遥信量处理进程：将协议自适应进程中获得的遥信量通过遥信共享内存区加载到本进程，并自主判断各个遥信量是否发生变位，将变位信息打包交给通讯进程。

③遥测量处理进程：将协议自适应进程中获得的遥测量通过遥测共享内存区加载到本进程，并自主判断各个遥测量是否有异常变化数据，如果有，将该遥测信息对应的遥信量由遥信共享内存区取出并根据该遥信信息判断异常遥测量是否可信。如果没有异常变化数据，则将遥测数据打包，根据约定时间交给通讯进程。

④SOE处理进程：将协议自适应进程中获得的SOE信息通过SOE共享内存区加载到本进程，并交给通讯进程。

⑤故障录波处理进程：将协议自适应进程中获得的故障录波信息通过故障录波共享内存区加载到本进程，根据当前上行网络通讯状态自适应决定该故障录波信息的上传时间，并在规定时间交给通讯进程。

⑥遥视量处理进程：将协议自适应进程中获得的遥视量信息通过遥视量共享内存区加载到本进程，根据当前上行网络通讯状态自适应决定该遥视量信息的上传时间，并在规定时间交给通讯进程。

⑦其他上传信息处理进程：将协议自适应进程中获得的其他上传信息通过其他上传信息共享内存区加载到本进程，根据当前上行网络通讯状态自适应决定该其他上传信息的上传时间，并在规定时间交给通讯进程。

⑧上行网络通讯进程：将遥信量处理进程和遥测量处理进程发过来的上传信息打包放入中断序列，并根据中断优先级和时间顺序进行排序，依次以TCP/UDP协议发往上位机。

⑨下行网络通讯进程：对通讯端口进行侦听，将上位机下传的遥控、遥调等指令根据优先级分别放置于遥控共享内存区和遥调共享内存区，并分别通知遥控量处理进程和遥调量处理进程。

⑩遥控量处理进程：实时侦听下行网络通讯进程发送的消息，当有新遥控指令传送时，首先由遥控共享内存区获得该指令，并根据系统运行规则进行检验，如无误则向上位机发送反校命令，上位机返回确认指令，则将该指令送往下行协议自适应进程，如有误，则抛弃该命令。

遥调量处理进程：实时侦听下行网络通讯进程发送的消息，当有新遥调指令传送时，首先由遥调共享内存区获得该指令，并根据系统运行规则进行检验，如无误则将该指令送往下行协议自适应进程。

下行协议自适应进程：自动根据RTU的不同类型选择合适的规约进行解析，将遥控量处理进程和遥调量处理进程传送的指令根据优先级打包放入中断队列，并根据中断优先级和时间顺序进行排序，从而完成前置机对于RTU的指令有效送达。

(3)、进程的控制权限的分配

本发明在实现中应优先考虑采用自主访问控制方式。对于QNX等有源码的操作系统，该方法作为系统安全模块的一个整体予以实现，也作为一个子安全模块单独进行实现。

进程的控制权限分配分为两个步骤：一个是用户权限的分配，另一个是进程权限的分配。用户权限的分配采用目前操作系统的分配方式；对于进程权限的分配，采用两级分配方式，系统设置适用于所有用户的各个进程的权限以及进程的默认权限等；用户可以在系统设置的进程权限基础上，根据其具体需要，进一步设置进程的权限，从而尽可能将他拥有的资源完全控制在他的监控之中。由于进程是静态程序的一个运行实例，因此，进程授权建立在程序授权的基础上，一个线程是进程访问控制中的最小控制单元。程序授权由程序集和权限集组成，如附图2所示。

本发明的方法采用由模糊专家系统组成的规约识别模块对子站RTU的上传通讯协议进行智能识别，规约识别模糊专家系统由知识库子模块，数据库子模块，模糊推理机子模块和解释子模块四个部分组成，它们之间的连接关系如图8所示。

其中知识库子模块用于录入专家知识，包括各规约的特征码和各特征码在不同规约中所占的权重；数据库用于存放专家系统运行过程中所需要产生的所有信息，包括输入的样本数据，推理过程的中间信息和最终结论；模糊推理机选择利用知识库的知识，进行正向推理，得出一个可信度最高的规约；解释子模块用于将各规约的可信度和辨识后的结论规约上传给液晶显示器和主站。

其中知识库和推理机构造过程如下：

1.知识库的建立

知识库中存放两类专家信息，规约特征码和特征码权重。

(1).特征码的定义

对于有限种可以相互区别的规约来说，必然存在可以相互区别的帧结构，否则就可以按照同一规约来对待。研究现有的各种循环式规约和问答式规约，不同的规约存在不同的特征结构和特征码，把现有规约中各种特征结构存储于知识库中，使用模糊专家系统对待识别规约进行规则匹配和辨识，就能准确地识别待识别的规约类型。

要辨识规约首先要定义出特规约中的特征码，同一特征码可以是一个规约所特有或几个规约所特有，不允许把所有规约中都相同的部分作为特征码使用。特征码的定义分循环式和问答式两种形式的规约进行分类和定义。

A.循环式远动规约特征码的定义：

对于主动上传的规约类型，即循环式远动规约，在连接好物理通道后，进行一段时间的接收可以获取一组实际数据，每组数据都由帧结构组成，各循环式远动规约的帧结构如附图9所示。

图9中的控制字和慢变化字依据规约的不同而改变，其中部颁的循环式远动规约DL451-1991有控制字，没有慢变化字。而很多国产的远动装置简化了帧结构，取消了控制字，增加了慢变化字。图10为控制字的组成，图11为信息字的结构。常用的循环式规约特征码提取规则如下：

1.循环式规约其帧结构中同步字的符号和长度通常是不同的，因此把各循环式规约中的同步字作为特征码；

2.控制字中控制字节的后四位作为特征码，不同规约其帧类别代码定义不同，这些代码也可以作为特征码；

3.在控制字和信息字后都有一个校验码，不同的规约定义的校验方式不同，通过上传数据中已知的校验码和数据库中定义的校验方式得出的效验码相比较，也可以作为规约判断的标准，因此校验码可以作为特征码使用；

4.不同规约可能定义不同的功能码代号，也可能定义相同的功能码代号，这些功能码代号可能代表的用途相同，也可能不同。各功能码对应的信息字格式可能相同也可能不同。因此可以分以下3种情况定义其特征码：

(1)规约的功能码代号是唯一的，与其它规约中特征码相区别，则可以把功能码定义为规约识别特征码。

(2)几个规约中的功能码代号相同，但其用途或信息数据格式不同，因此其功能代码对应的信息数据的大小和范围不同，可以把功能代码和信息数据定义为特征码。

(3)几个规约中的功能码代号相同，其定义的用途相同，定义的数据格式也相同，则不把此功能码和信息数据部分作为特征码使用。

B.问答式远动规约特征码的定义：

问答式远动规约的帧结构种类较多，最常用的帧结构如图12和图13所示：常用的问答式规约特征码提取规则如下：

1.问答式规约其帧结构中的启动字符可能不同，启动字符个数也不同，因此把各循环式规约中的启动字作为特征码；

2.可变帧长帧格式中的L和L重复代表控制域到链路用户区的长度，有的规约不存在L和L重复，所以把连续且数值相同的L和L重复作为特征码；

3.在规约最末尾或倒数第二个字节处都存在一个校验码，不同的规约定义的校验方式不同，通过上传数据中已知的校验码和数据库中定义的校验方式得出的效验码相比较，也可以作为规约判断的标准，因此校验码可以作为特征码使用；

4.问答式规约其帧结构中的结束字符可能不同，因此把各循环式规约中的结束字符作为特征码；

5.控制域，链路数据用户区包含不同的控制域定义格式，类型标识符和传送原因符等各种规约特征，也可以定义为特征码使用；

6.对于SC-1801类型规约中的R，D和命令码定义可能不同，也可以作为特征码使用；

7.数据区中数据的格式，随命令的不同而不同。当两规约命令码相同，数据格式定义不同时，可以根据各规约命令码对应的数据格式特征对规约识别，可以把数据区各种命令格式作为特征码；

除上述提取规则外，可以根据某些规约的特殊特征结构定义更多的特征码，添加到知识库中。

(2)特征码权重的录入规则

一个规约有N条特征码，这些特征码有的只在一种规约中出现，有的在两个或多个规约中出现，因此每个特征码在不同规约中的权重不同，根据以下规则对特征码权重进行专家定义：

Wij为特征码权重，代表特征码i在第j条规约中的权重。Wij取值[-11]，对规约j，与其特征码不符的样本数据特征码出现，则样本数据特征码对应的Wij＜0，在所有特征码中有n个与其特征码不符的特征码，则些特征码对应的权重和： $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{wij}=-1.$ 所有特征码中有n个与其特征码相符的特征码，则些特征码对应的权重和： $\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{wij}=1.$

(3)隶属函数的确立

隶属函数的建立根据特征码的不同而不同：

1.当把同步字，启动符，结束符这类固定不变的帧结构特征当做特征码使用时，要求所选的隶属函数的统一表达式为：

因为上传的样本信息数据是由0，1组成的二进制码，因此当特征码的值固定时只允许隶属度取值0或1。当隶属度取1时表示样本值和对应特征值完全匹配，当隶属度取0时表示样本值和对应特征值不完全匹配或完全不匹配。

2.当把信息字结构中的功能码和信息数据这类不固定信息作为特征码时，其功能码部分是定义好的一组固定字节，选用公式1作为隶属函数的表达形式。而信息数据中的特征码不固定，参照以下标准进行隶属函数定义：

在知识库中定义各规约功能码对应的信息数据的常用数据范围和特定数据结构。根据功能码与信息数据的匹配程度也可以做为规约判断的标准。假设信息数据的常用范围为min(x)-max(x)，数据结构中的固定特征有m个，信息字对应的信息数据的最大值为M，最小值为N，当采集的样本信息数据＞a或＜b则可确定其功能码与信息数据不符。

要求所选的隶属函数的统一表达式为：

其中y代表采集到的样本信息数据；a为数据范围比照对隶属函数的影响权重，b为数据结构中的固定特征比照对隶属函数的影响权重，不同情况下a，b大小不同，但都满足a+b＝1；不同的规约，不同的信息字结构定义的隶属函数中的函数取值都不同，可以根据需要进行修改。

2.推理机的构造

推理机采用模糊理论进行模型的构造和知识的推理，并考虑调用解释模块以实现和用户的互动，使推理准确，透明。

系统按要求采集样本数据，对数据进行隶属化处理，然后调用设定的处理方法，对照知识库中给出的结果进行比较，推理得出最终的结果。同时调用解释模块以得到各种具体数值，了解处理过程。

推理机采用三元组决策推理方法，将规则实例转换为模糊产生式规则：

IF w1k*(P1，μ1k)^w2k*(P2，μ2k)^w3k*(P3，μ3k)^…^wnk*(Pn，μnk)＞max[w1j*(P1，μ1k)^w2j*(P2，μ2k)^w3j*(P3，μ3k)^…^wnj*(Pn，μnk)]；

THEN Q(CFj)

其中Pi，Q为模糊断言，Pi(1≤i≤n)，Q∈U；Wij为Pi的权重，代表特征码i在第j条规约中的权重。wij中的j取除规约k外的其他所有规约。Wij取值[-11]，μik表示第k个数据样本对应的第i条特征码的可信度即隶属度；CFj为规则的可信度，Q(CFj)表示上传样本数据采用规约j，CFj∈[-1，1]。

根据知识库中隶属函数的建立规则可以得出样本可信度表，其部分内容如表1所示：

表1样本可信度βij比照表

表中的μij代表样本数据j和特征值i的隶属度，μij＝βij。

为了规约识别的可靠性，可以取10个或10个以上的样本数据。将这些样本数据分别与所有知识库中专家定义的特征码比照，根据表1的建立过程，由程序得出隶属函数矩阵R：

$R={\left[\begin{array}{c}\begin{array}{ccc}{\mathrm{\μ}11}^{`}& \mathrm{\μ}12& \mathrm{\μ}13\·\·\·\mathrm{\μ}\mathrm{1,10}\end{array}\\ \begin{array}{ccc}\mathrm{\μ}21& \mathrm{\μ}22& \mathrm{\μ}23\·\·\·\mathrm{\μ}\mathrm{2,10}\end{array}\\ \begin{array}{ccc}\mathrm{\μ}31& \mathrm{\μ}32& \mathrm{\μ}33\·\·\·\mathrm{\μ}\mathrm{3,10}\end{array}\\ \·\·\·\·\·\·\\ \begin{array}{ccc}\mathrm{\μn}1& \mathrm{\μn}2& \mathrm{\μn}3\·\·\·\mathrm{\μn},10\end{array}\end{array}\right]}^{\′}=\left[\begin{array}{c}\begin{array}{cccc}\mathrm{\μ}11& \mathrm{\μ}21& \mathrm{\μ}31\·\·\·& \mathrm{\μn}1\end{array}\\ \begin{array}{cccc}\mathrm{\μ}12& \mathrm{\μ}22& \mathrm{\μ}32\·\·\·& \mathrm{\μn}2\end{array}\\ \begin{array}{cccc}\mathrm{\μ}13& \mathrm{\μ}23& \mathrm{\μ}33\·\·\·& \mathrm{\μn}3\end{array}\\ \·\·\·\·\·\·\\ \begin{array}{cccc}\mathrm{\μ}\mathrm{1,10}& \mathrm{\μ}\mathrm{2,10}& \mathrm{\μ}\mathrm{3,10}\·\·\·& \mathrm{\μn}10\end{array}\end{array}\right]$

各特征值在不同规约中权重不同，因此定义权重矩阵A为：

$A=\left[\begin{array}{c}\begin{array}{ccc}W11& W12& W13\·\·\·W1,m\end{array}\\ \begin{array}{ccc}W21& W22& W23\·\·\·W2,m\end{array}\\ \begin{array}{ccc}W31& W32& W33\·\·\·W3,m\end{array}\\ \·\·\·\·\·\·\\ \begin{array}{ccc}\mathrm{Wn}1& \mathrm{Wn}2& \mathrm{Wn}3\·\·\·\mathrm{Wn},m\end{array}\end{array}\right]$

其中wij代表第i条特征码在第j条规约中所占的权值。知识库中一共有M条规约，样本数据为10，根据模糊矩阵合成运算，可得出一个10行，M列的评价指数矩阵M：

$M=R*A=\left[\begin{array}{c}\begin{array}{cccc}\mathrm{\μ}11& \mathrm{\μ}21& \mathrm{\μ}31\·\·\·& \mathrm{\μn}1\end{array}\\ \begin{array}{cccc}\mathrm{\μ}12& \mathrm{\μ}22& \mathrm{\μ}32\·\·\·& \mathrm{\μn}2\end{array}\\ \begin{array}{cccc}\mathrm{\μ}13& \mathrm{\μ}23& \mathrm{\μ}33\·\·\·& \mathrm{\μn}3\end{array}\\ \·\·\·\·\·\·\\ \begin{array}{cccc}\mathrm{\μ}\mathrm{1,10}& \mathrm{\μ}\mathrm{2,10}& \mathrm{\μ}\mathrm{3,10}\·\·\·& \mathrm{\μn}10\end{array}\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}\begin{array}{ccc}W11& W12& W13\·\·\·W1,m\end{array}\\ \begin{array}{ccc}W21& W22& W23\·\·\·W2,m\end{array}\\ \begin{array}{ccc}W31& W32& W33\·\·\·W3,m\end{array}\\ \·\·\·\·\·\·\\ \begin{array}{ccc}\mathrm{Wn}1& \mathrm{Wn}2& \mathrm{Wn}3\·\·\·\mathrm{Wn},m\end{array}\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{c}\begin{array}{cccc}M11& M12& M13\·\·\·& M1,m\end{array}\\ \begin{array}{cccc}M21& M22& M23\·\·\·& M2,m\end{array}\\ \begin{array}{cccc}M31& M32& M33\·\·\·& M3,m\end{array}\\ \·\·\·\·\·\·\\ \begin{array}{cccc}W\mathrm{10,1}& W\mathrm{10,2}& W\mathrm{10,3}\·\·\·& W10,m\end{array}\end{array}\right]---\left(3\right)$

评价指数矩阵M的各列表示10组样本数据对同一个规约进行模糊推理得到的可信度值，对各列取均值：得到一个完整的规约可信度评价行向量Mc：

Mc＝[Mc1 Mc2 Mc3…Mcm]，其中 $\mathrm{Mcj}=\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Wij}}{10}---\left(4\right)$

Mcj可能为负值也可能为正值，Mcj的值越大，则其可信度越高，取Mc向量中的最大值max(Mc1，Mc2，…Mcm)，则此最大值对应的规约即为和样本数据匹配程度最大的规约，此规约作为为识别后的标准规约。

建立全开放式通用电力数据标准

1、基本结构

服务端程序位于主站(QNX系统)，客户端程序位于子站。开始数据通信后，只要遇到通信错误，就报告错误代码并重新建立SOCKET通道。这样是为了避免某个SOCKET被单方面关闭导致另一方调用recv/send等操作时发生异常。主站与子站之间的SOCKET通信流程如附图14所示。

2、通信报文格式定义

共有三种报文：连接报文、消息报文和数据报文。连接报文用于连接测试用。当客户端连接到服务器时，必须先发送连接请求报文，等接收到服务器返回的连接确认报文后，才表明双方均已准备好通信。消息报文比较复杂，用于处理子站与主站之间定义的一些消息，消息报文的参数段可能不能一次把需要的参数传送过来，这时就需要附加数据报文，消息接收端在处理完毕后必须返回消息结果报文。有的消息处理时会调用其他的消息处理流程，有的消息需要在接收端和发送端之间有多次的数据报文交换，但无论如何，只有在消息发送端接收到返回的消息结果报文时才表明该消息处理完成。也就是说，对于消息发送端必须等待接收端的返回结果，而接收端则不必知道发送端的状态。数据报文则比较简单，只定义了三种数据类型进行传输(整型、浮点型和字符型)，对于大量数据将采用分组报文，对于分组报文只对首尾报文进行编号，因而理论上可以传送长度不限的数据报文。只是由于报头中对于文件大小只采用2个字节表示，使实际能传送的文件大小限定在4G。将来如果需要扩展只需修改报头即可。

表1连接报文

字节	意义	值	备注
				0	模式	0x01	连接报文
1	状态	0x01/0x02/0x03	请求连接/连接确认/拒绝连接
				2	错误信息		仅当状态位为“拒绝连接”时有效。0-成功1-报文长度不匹配2-模式码不可识别3-消息编号不可识别4-数据类型错误5-分组号错误6-SOCKET无效或为空7-连接超时
3	保留	0
				4-5	保留	0

表2命令(消息)报文

字节	意义	值	备注
				0	模式	0x02	命令(消息)报文
1	状态	0x01/0x02/0x03/0xFF	消息请求/消息响应/消息成功/消息失败，消息响应用于告诉消息发送方将要返回什么类型的数据报文
				2	错误信息		当状态位为“消息失败”时表示错误代码，具体定义同表1。
3	消息		消息编号
				4-5	参数段字节长度
6	类型1	0x01/0x02/0xFF	整数/浮点数/附加数据报文(传送字符串、数组等)
				7-10	参数1		对于附加数据报文，此处为报文编号
11	类型2
				…			以下依此类推

表3数据报文

字节	意义	值	备注
				0	模式	0x03	数据报文
1	数据类型	0x01/0x02/0x03	整数/浮点数/字符串(字节型)
				2	分组号		由于数据量可能较大，因此需要分组传输，另外参数段的附加数据报文也可能有多个，因此用本字节表示报文分组编号：最高位为分组开始标志位，次高位为分组结束标志位(0x80表示第一组报文，0x00表示后续报文，0x40表示最后一组报文，0xC0则表示此数据报文只有一组)。
3	消息		对应的消息编号(仅当作为参数附加数据报文时才有效)
				4-5	数据段字节长度
…	数据段

3、通信时序图

(1)建立连接

在SOCKET通道连接之后，必须由子站发送连接请求报文，主站返回连接确认报文后才表示信道正常，可以进行其他通信报文的传输。如果返回连接拒绝报文，则子站将延时后重新发送连接请求报文，直到成功为止。建立连接流程如附图15所示。

(2.)消息通信

消息报文可能无法一次把所有参数信息全部组包，需要通过定义附加数据报文对较复杂的参数信息以数据报文的形式进行发送，比如字符串、数组、结构等等。发送方在收到消息报文后，如果有数据需要返回，必须先发一个消息响应报文。如果返回的数据以附加数据报文的方式，则参数段需要定义附加数据报文信息；如果返回的数据以另一个消息的方式(如MALL_TRANS_FILE)，则在第2字节填入消息编号，然后转至该消息的处理流程中，待其结束返回后最终发送原消息的消息成功(或失败)报文。其中消息响应报文比较灵活，可以在服务端返回数据后发送，以表示返回数据的结束，也可在执行一段代码后发送，以表示有新的数据要返回。消息处理流程如附图16所示。

(3.)一般数据

一般数据的通信流程比较简单。只需根据数据的类型和字节长度进行组包、解包即可，且不存在返回结果报文。当数据较多时，需要采用分组数据报文。在数据报头的第2字节表示分组号，其最高位为分组开始标志位，次高位为分组结束标志位，对于多个分组报文，则0x80表示分组报文中的第一组报文，0x40表示分组报文中的最后一组报文，0x00表示分组报文中的中间报文(既非首报文，也非末报文)，0xC0则表示该报文为单组报文(即不存在多组报文的情况)。在程序实现时，对于多组报文的情况，只有中间报文肯定是最大长度(65535个字节)，首末报文均不一定有65535个字节。一般数据通信流程如附图17所示。

(4.)文件传输

文件传输时先发送消息编号为MALL_TRANS_FILE的消息报文。参数段有两个，第一个参数为包含文件路径名的附加数据报文编号，第二个参数为文件长度(字节个数)。

在大多数情况下，此消息是作为其他消息的响应报文来发送的，即在某消息的消息响应报文中的第2字节填入MALL_TRANS_FILE，第3字节填入父消息编号，参数段的内容与上述相同。发送完消息报文及附加数据报文后，将继续发送纯数据报文以传输文件内容。当文件内容传输完毕后，消息发送端将发送消息成功报文。文件传输流程如附图18所示。

(5.)QNX数据记录传输

此传输流程及报文格式与文件传输类似。消息报文参数段有以下参数：第一个参数为数据表的全局ID号(由程序内部定义)，第二个参数为记录集的记录个数，第三个参数为记录集的字段个数。由于没有附加数据报文，因此发送完参数报文后将直接发送记录集查询结果的数据报文。数据报文按照字符型数据进行发送，一组报文只发送一条记录。接收端在收到报文后直接将其内容存入dataset.tmp临时文件中以供后续程序读取。

有一点需要特别注意的是：目前报文只支持对三种数据类型的格式转换：整型(4字节)、浮点型(4字节)和字符型(1个字节)，对于其他类型的字段都将转成相近的类型进行传输；另外，由于每组报文长度的限制，因此查询结果的全部字段进行数据类型转换后的长度之和不允许超过定义的GRAM_MAXSIZE(目前定义为0xFFF0)。这一点在后面的OCI接口调用的编码实现中一定要小心。

规约的转换：

规约转换其主要任务包括上行报文接收，报文转换，报文发送，下行报文接收，报文转换，报文发送等六项任务。采用多线程技术，每项任务都有自己的优先级，由操作系统安排CPU来执行。操作系统在运行的任务之间有效地分配CPU资源，合理调度各项任务。

规约转换是通过一种映射机制，将某一规约的收发信息序列映射成另一规约的收发序列。在专家系统中对上传规约进行辨识后，可以对规约进行转换并上传到前置机，转换的具体过程包括搜索报文头、校验上传信息的正确与否，并执行相应的映射转换子程序。

报文头标志着远动帧的起始，在CDT规约中是同步字符(三组EB90H)，在101规约中，可变帧长帧的报文头由68H(启动字符)、L、L(重复)、68H这四个字节组成，固定帧长帧的报文头是10H(启动字符)。搜索到报文头后，要对远动帧进行校验。对于校验正确的帧储存后，调用相应的转换子程序，然后接着搜索报文头；校验错误的帧被舍弃，然后接着搜索报文头。

转换子程序概括起来包括拆包、提取有用信息、重新打包这么几个步骤：

拆包就是将待转换的远动帧按功能分块，如启动字符、帧类别、帧长、控制信息、地址信息、信息体、校验信息、结束字符等。

提取有用信息则是根据目标规约的帧格式，提取待转换远动帧的有用信息，并利用已有的信息求出需要但又没能直接得到的信息(如由于帧格式不同而变化了的帧长信息)。

重新打包是按照目标规约的帧格式组织信息、计算校验码并储存转换结果。

规约在模糊专家系统中识别后运行规约转换子程序，规约转换子程序的实现流程如下：

1.上传数据的规约转换流程

步骤1、开始

步骤2、发送命令，准备接受上传数据；

步骤3、搜索同步字或起始字符，判断数据校验是否正确；

步骤4、效验正确则将数据存入数据库，不正确则丢弃信息字或要求重传；

步骤5、对数据库中的接受数据进行解包，提取待转换的有用信息；

步骤6、根据自定义规约的帧格式对有用信息重新组织，替换启动或同步字符，计算并添加新的数据校验码；

步骤7、进行应用层打包，链路层打包，物理层发送到前置机；

步骤8、结束

2.下行数据的规约转换流程

步骤1、开始

步骤2、开始接受下行数据

步骤3、搜索同步字，判断数据校验是否正确；

步骤4、效验正确则将数据存入数据库，不正确则丢弃信息字或要求重传；

步骤5、链路层解包，应用层解包，提取有用信息；

步骤6、根据自定义规约的帧格式对有用信息重新组织，替换启动或同步字符，计算并添加新的数据校验码；

步骤7、进行应用层打包，链路层打包，物理层发送到子站RTU；

步骤8、结束

规约转换器的软件部分总体执行步骤如下所示：

步骤1、接收样本信息数据，采集10组数据；

步骤2、提取样本特征码

步骤3、根据知识库中对应特征值的隶属度定义规则进行特征值隶属度的计算，使用模糊规得出隶属函数矩阵R；

步骤4、从知识库中调用权重矩阵A，计算M＝R*A，得到评价指数矩阵M；

步骤5、根据公式4，求出评价指数矩阵M中的列向量平均值，得到可信度评价行向量Mc；

步骤6、取Mc中最大值对应的规约，完成规约识别，将辨识结果保存到数据库并上传给主站；

步骤7、接收上行或下行数据，调用规约转换子程序，将子站规约转换成自定义的上行规约，或将下传的自定义规约映射转换为子站可识别的规约；

步骤8、结束。

本发明的有益效果：

1.操作人员不必知道互联双方所采用的规约类型，不需要通过手动选择互联双方的规约类型。省去了繁琐的人工配置，通过本装置可以实现互联双方规约的自动识别和自动转换，避免手动操作可能带来的失误。

2.实现规约转换的标准化，将各类不同的规约统一转换为一种通用的规约，实现网间通信的兼容。

3.使用基于QNX的规约转换和数据分组嵌入式操作系统，此系统是一个微内核的实时操作系统，极大提高了产品的实时性能，在微秒级的范围内实现任务间运行环境的切换和中断，更好的实现数据分组和进程控制。

4.在硬件中使用了串口扩展电路，实现多个RTU上传数据的规约识别和转换。

附图说明

图1为本发明规约转换装置设置示意图；

图2为本发明的QNX操作系统在规约转换中的进程访问权限控制图；

图3为本发明规约转换装置系统框图；

图4为本发明转换装置中存储器模与DSP连接示意图；

图5为本发明转换装置中央处理器DSP的复位电路图；

图6为本发明转换装置中的按键与液晶显示模块与DSP的连接示意图；

图7为本发明转换装置中的通信模块与DSP的连接示意图；

图8为规约识别部分专家系统软件结构框图；

图9为本发明的模糊专家系统进行规约识别定义特征码循环式远动规约帧结构图；

图10为本发明的模糊专家系统进行规约识别定义特征码控制字的组成；

图11为本发明的模糊专家系统进行规约识别定义特征码信息字结构；

图12为本发明的模糊专家系统进行规约识别定义特征码DL/T 634标准，

其中a为可变帧长帧格式，b为固定帧长帧格式；

图13为本发明的模糊专家系统进行规约识别定义特征码SC-1801标准格式；

图14为电力通信系统主站与子站之间的SOCKET通信流程图；

图15为电力通信系统主站与子站之间建立连接流程图；

图16为发送端和接收端的消息处理流程图；

图17为一般数据通信流程图；

图18为文件传输流程图；

图19为双向规约转换子程序流程图，其中a上传数据的规约转换流程图，b下行数据的规约转换流程图；

图20为本发明方法流程图；

图21为实施例中的CDT转换主程序流程图；

图22为实施例中CDT转换子程序流程图。

具体实施方式

本发明的装置包括DSP中央处理芯片、存储器模块、显示与键盘操作模块、上下行通信模块。其中存储器模块、显示与键盘操作模块、通信模块分别与DSP模块相连，前置机通信模块通过RS-232总线与前置机相连，RS-232通信模块使用串口扩展电路与若干个子站RTU相连。

所述的存储器模块分为程序存储器和数据存储器两部分：

程序存储器选用芯片AT29LV1024，芯片AT29LV1024的16位数据引脚(I/O)和与TMS320C5409的数据总线D0-D15相连，芯片AT29LV1024的16位地址引脚(A0-A15)分别与TMS320C5409的地址总线A7-A22相连。程序存储器一般设定为只读，因此其输出使能读允许线OE接地，TMS320C5409的程序片选信号PS与AT29LV1024的CE片选引脚连接，在读信号时PS＝0；写信号时PS＝1，使数据线和地址线处于高阻状态。AT29LV1024程序写入允许端子WE和DSP的R/W端子相连。程序存储器与DSP的连接见附图4。

考虑TMS320C5409的运行速度选用高速数据存储器ICSI64LV16，存储容量为128千字*16，ICSI64LV16的16位数据引脚(I/O)和与TMS320C5409的数据总线D0-D15相连，芯片ICSI64LV16的16位地址引脚(A0-A15)分别与TMS320C5409的地址总线A7-A22相连。数据写入允许端子WE和DSP的R/W端子相连，TMS320C5409的数据选择信号DS与ICSI64LV16的CE片选引脚连接。数据存储器ICSI64LV16与DSP的连接见附图4。

所述的DSP芯片的复位电路中采用了芯片TL7705A，其引脚5与DSP芯片的复位引脚RS相连。当按下按键SW1时DSP芯片复位。DSP芯片的复位电路见附图5。

所述的显示与键盘操作模块用于一些人机对话操作，比如需要人对装置的参数进行设置、对装置的运行状态进行监控，对规约转换器进行参数整定、查询、端口报文观测等功能。硬件设计中输入部分是通过设置按键，软件定义按键功能来完成的，显示通过液晶显示芯片T6963C实现要显示数据的控制与传输，如附图6所示。

显示部分选用芯片T6963C，T6963C是大规模点阵式图形液晶显示控制器，可用作显示芯片和显示数据存储器。它通过8位并行数据总线和一组控制总线直接与CPU相连来进行指令和数据的传递。T6963C的字符字体占空比可由硬件设置，能以图形、文本、图形和文本合成以及文本方式显示，也可以实现图形拷贝操作。使用时TMS320C5409的R/W引脚连接T6963C的WR端子，R/W引脚通过非门连接到T6963C的RD端子，DSP的HD10端子连接到T6963C的CE端子提供片选信号，通道选择端子C/D连接DSP的HD11引脚。T6963C的数据I/O引脚DB0-DB7连接TMS320C5409的HD0-HD7引脚。构造地引脚FG地，液晶显示偏压信号引脚Vo连接-12V电源。显示操作模块与DSP的连接见附图6。

键盘操作模块使用了一个4*8的矩阵键盘，通过8255扩展I/O口与TMS320C5409DSP相连，键盘采用编程扫描的方式工作。DSP的HD9引脚与8255A的CS引脚相连，提供片选信号。74LS373的数据线D0-D7与DSP的数据线D0-D7相连，DSP的IOSTRB端子与74LS373的G端连接，74LS373的Q0，Q1端子分别连接8255的A0，A1端子。TMS320C5409的R/W引脚连接8255A的WR端子，R/W引脚通过非门连接到8255A的RD端子。键盘操作模块与DSP的连接见附图6。

所述的通信模块考虑到上行，下行的需要，故增加了和上一级前置机进行通信联系的功能和对子站RTU进行通信的功能。计算机串行接口都采用RS232通信协议。

与前置机的通信使用MAXIM公司的异步收发器MAX3111，它可直接与TMS320C5409相连，工作于SPI模式，实现与RS-232设备进行异步数据传输。DSP的发送时钟信号BCLKX0作为MAX3111的串行时钟输入与MAX3111的SCLK端子相连；DSP的发送帧同步脉冲信号BFSX0作为片选信号与MAX3111的CS端子相连；DSP的BDX0端子与MAX3111的DIN端子相连作为发送数据线；DSP的BDR端子与MAX3111的DOUT引脚相连作为数据接收线。MAX3111的引脚TX与引脚T1IN相连，引脚RX与引脚R1OUT相连，从而实现YART到RS-232电平的转换。DSP的外部中断引脚INT1与MAX3111的中断信号引脚IRQ相连。前置机通信模块与DSP的连接图见附图7。

为了连接多个子站RTU，需要进行串口扩展。选用TI公司的TL16C754芯片进行串口的扩展，其双向数据线引脚D0-D7连接TMS320C5409的D0-D7端；串口选择信号端子CSA，CSB，CSC，CSD分别连接TMS320C5409的A3-A6端子，用于选择串行通道；片内寄存器选择端子A0A2分别连接DSP的A0，A2端子；中断输出端子INTA-INTD分别连接DSP的A8-A11端子，并通过四输入或非门74LC4002连接到TMS320C5409的INTO端子，当多个串口同时使用时任一个指定通信事件的出现都将产生一次通信中断，并触发外部通信中断；接收数据准备好端子RXRDY和发送数据准备好端子TXRDY分别连接TMS320C5409的D8，D9端子；TMS320C5409的R/W引脚连接TL16C754的IOW端子，R/W引脚通过非门连接到TL16C754的IOR端子；TL16C554芯片的串行输入端口TXA和串行输出端口RXA连接到RS-232标准芯片MAX232的R2O和T2I端子实现接口电平的转换。MAX232的T2O和R2I输出端子连接DB9连接器，然后通过232电缆与子站RTU相连。根据需要可以使用TL16C554芯片的其它三个串口进行串行数据的传送。RS-232通信模块与DSP的连接图见附图7。

本发明的转换装置已在某电业局10KV变电站的RTU子站中进行试用，将规约转换器置于图1所示的前置机和子站RTU之间，与前置机和子站都通过RS-232总线进行通信。硬件的系统框图如图3所示。该系统主要通过采集RTU上传的一组信息数据作为数据样本，通过专家系统实现对RTU上传数据所用规约进行识别，并完成对各子站RTU规约进行转换，上传到前置机中上传到主站。在本应用例中，与TL16C754A口对应的RTU请求数据连接，TMSC320C5409的A3端子输出高电平给TL16C754的引脚CSA，选择A口作为串行通道，TL16C754中断输出端子INTA发送的高电平经或非门转换为低电平输出给DSP的INT0端子，通知DSP进行上传数据接收。DSP通过数据引脚D0-D7接受上传数据，并将上传的10组信息数据存储于图4所示的数据存储芯片ICSI64LV16中。

提取样本特征值，根据知识库中对应特征值的隶属度定义规则进行特征值隶属度的计算，得出隶属函数矩阵R；从知识库中调用权重矩阵A，计算M＝R*A，得到评价指数矩阵M；

求出评价指数矩阵M中的列向量平均值，得到可信度评价行向量Mc；取Mc中最大值对应的规约，完成规约识别；识别发现上传数据所用的规约为SCI-1801的可信度最高。DSP发命令给RTU说明可以进行数据上传，RTU上传数据，DSP调用SCI-1801规约转换子程序，将数据转换成本系统自定义的通信协议形式，并通过MAX3111将数据上传给前置机，完成规约的识别和转换。；将规约识别结果和可靠程度上传给主站和液晶显示器，实现专家系统的解释功能，供工作人员进行参考。液晶屏显示如下数据：

规约        可信度      规约              可信度

IEC61850    -0.34       IEC60870-5-101    0.12

CDT         0.84        IEC60870-5-102    0.03

DL/T645     0.35        IEC60870-5-103    -0.15

IECTC57     -0.15       IEC60870-5-104    -0.05

华东101     0.12        ISA300            -0.46

DL 451-1991     0.30     MODBUS      -0.52

DLT/634-1997    0.31     TASE2       -0.48

ET-2000         -0.52    DL476       0.32

SC-1801         -0.24    LFP         -0.67

CDT91           0.47     HDLC        -0.19

结论：辨识后的规约类型为CDT规约，其可信度为0.84。

识别发现上传数据所用的规约为CDT的可信度最高。DSP发命令给RTU说明可以进行数据上传，RTU上传数据，DSP调用CDT规约转换子程序，将数据转换成本系统自定义的通信协议形式，并通过MAX3111将数据上传给前置机，上行转换的流程是查询上行数据、校验并进行相应处理，然后接着查询上行数据。上行转换的过程是通过一种映射机制，将CDT规约的收发信息序列映射成本系统自定义的规约的收发序列。转换的具体过程包括搜索报文头、校验上传信息的正确与否，并执行相应的映射转换子程序。

本实施例中仅上传遥测数据，因此给出了遥测数据规约转换的软件具体工作过程。

系统首先查询上行CDT数据，搜索到同步字(三组EB90H)后，对远动帧进行CRC校验。对于校验正确的帧，将其存入存放原始数据的缓冲区后，调用CDT转换子程序，然后接着搜索同步字；校验错误的帧被舍弃，并显示“ErrorFrame”，然后接着搜索同步字。具体流程见图21，图22。

CDT规约转换主程序流程图图21，和转换子程序流程图图22的软件实现说明如下：

CDT转换的主程序流程图如图21。由于CDT规约的同步字控制字和信息字都由6个字节组成，而且CRC校验码均处于第6个字节，所以CRC校验都是以6个字节为单位进行的。由图21可以看到在搜索到同步字之后，读取了控制字，将其第二和第三个字节，也就是帧类别和信息字数分别赋给了变量Frmc和Infw，并且定义了一个二维数组m[Infw+4][6]，其列数为6，用于存放控制字和信息字。将控制字存于数组第一行后，令i＝Rinfw＝Infw，标志位F＝0。所以定义这么多变量是为了确定帧的长度。定义了变量Frmc用来存放帧类别，以判断是否为E帧。变量Infw用来存放信息字数；变量Rinfw用来存放实际的信息字数；变量i用来计数以判断帧的结束。其值与变量Rinfw相等，它们的初始值都等于变量Infw的值，即信息字数。至于标志位F则是用来判断插入E帧的信息是否已找到，对其赋初值0，没有找到插入信息时保持不变，一旦找到插入信息就将其置1，便可停止查找。如果查找过程结束后标志位F的值仍为0，则说明此E帧没有插入信息。二维数组m[Infw+4][6]的行数定义为Infw+4，是因为E帧的长度最多可以增加三个信息字，即数组最多需要存储一个控制字和Infw+3个信息字。

存储信息并定义变量后，调用查表求余式子程序求出前五个字节的余式Rj(x)，然后判断Rj(x)与m[j][5]是否相等(m[j][5]即控制字或信息字的CRC校验码)，这两个步骤完成了控制字或信息字的CRC校验。若Rj(x)＝m[j][5]，则校验正确，读取下一个信息字存于数组下一行并进行该信息字的CRC校验；若Rj(x)与m[j][5]不相等则校验错误，显示“ErrorFrame！”，并继续搜索同步字。

信息字校验正确后要判断是否有插入E帧的信息以及E帧的长度增加多少。E帧的帧类别是26H，因此先判断Fnnc是否等于26H，若不等便可以处理下一信息字，若相等则要进一步地判别和处理该信息字。由于标志位F为1时表明已经找到插入的信息，因此接下来判断F是否为1，若为1便可以处理下一信息字，若为0则继续判断该信息字是否存于偶数行。由于CDT规约中规定随机插入的信息字应在SOE完整的信息之间插入，而事件顺序记录信息字(SOE)的格式有两种，其功能码1与功能码2应成对，前者用80H、后者用81H，因此随机插入的第一个信息字占据了功能码为80H的SOE信息字的位置，即偶数行。

若该信息字存于奇数行，便可以处理下一信息字，若存于偶数行，则继续判断该信息字的功能码(即该行的第一个字节m[偶数][0])是否为80H。若为80H便可以处理下一信息字，若为其他值则说明有随机插入的信息字。接下来判断插入信息字的类型，若其功能码为84H，说明是对时的子站时钟返回信息，E帧的长度增加一个信息字，i＝Rinfw＝Infw+1；若其功能码为其他值，则说明是变位遥信、子站工作状态变化信息或遥控、升降命令的返校信息，E帧的长度增加三个信息字，i＝Rinfw+3＝Rinfw。找到了插入信息就应该将标志位F置1，然后便可以处理下一信息字。当然在处理下一信息字之前要判断该帧是否结束，这通过判断计数变量i减一后是否为0来实现。若不为0说明该帧还未结束，接着读取下一信息字；若为0说明该帧已结束且校验正确，可以将该帧存入存放原始数据的缓冲区，然后调用CDT转换子程序(其流程见图21)，返回后继续搜索同步字。

图22为CDT转换子程序的流程图。首先读取存放于二维数组m[Rinfw+1][6]的校验正确的CDT数据，当然只包含了控制字和信息字。接着定义了变量suba(子站地址)、typID(类型标识)、infa(信息元素地址)、infa(信息元素数目)、Arel(地址偏移量)和L(长度)等，用来存放相应的信息。然后根据帧类别决定应对数据作何处理，图中直接给出了遥测帧的转换子程序。

首先判断有无随机插入的信息字，这通过判断每个信息字的功能码(是否为E1H(遥控返校)、E5H(升降返校)、ECH(子站工作状态)、84H(对时的子站时钟返回)或F0-FFH(变位遥信)来实现。若功能码在此范围内，说明该遥测帧含有随机插入的信息字，于是提取插入信息，优先转换并写入缓冲区；否则说明该遥测帧没有插入信息，可以进行遥测帧的转换。在对typID赋值21后，计算infn＝Rinfw*2(每个遥测信息字包含两个测量值)，Arel＝Rinfw*4(每个遥测信息字的两个测量值占四个字节)，L＝8+Arel(长度除了测量值还包括8个字节的控制域、地址信息、类型标识、信息元素数目和传送原因等)。至于信息元素地址infa，最初赋值0701H，将其写入缓冲区后，就可将其加上Aiel，作为下一遥测帧的信息元素地址。然后便将数组m[Rinfw+1][61]中的信息字去除功能码和校验码后依次写入缓冲区。接着用循环实现对控制、地址域、用户数据区8位位组的求和，结果存于变量add，将其高位去掉后赋给变量CS，并将CS写入缓冲区。最后写结束字符16H。当然在转换结束之后，要显示存于缓冲区的转换前后的数据，

然后返回。typID也可以为9(测量值，带品质描述)或10(带时标的测量值)，那么在写测量值时就要带上品质描述及时标。

若Frmc等于F4H，说明该帧是遥信帧，接着便调用“遥信”转换子程序，它与遥测帧的转换子程序类似。若Frmc等于26H，说明该帧是E帧，首先要判断有无随机插入的信息字，这通过判断Rinfw与Infw的值是否相等来实现。如果相等说明该E帧没有插入信息，可以调用E帧转换子程序；如果不等说明该E帧含有插入信息，于是提取插入信息，优先转换并写入缓冲区。

提取插入信息后要先判断其是否正确，再决定是否转换。由于在调用CDT转换子程序之前插入信息已通过了CRC校验，此时只需对连续插送三遍的插入信息进行检查，只要发现有两遍数据完全一致，就确认这两遍数据是正确的；倘若三遍数据均不相同，则认为插入信息出错，不予转换。

至此本系统完成了规约的识别和规约的转换。继续等待响应下一次的操作要求。

Claims (8)

1、一种基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换方法，其特征在于在电力通信系统的RTU和前置机间设置规约转换器，应用模糊专家系统对子站RTU的上传通信协议进行智能识别，再将识别后的规约转换为统一的规约格式，上传到前置机，经前置机上传给各上级工作站。

2、根据权利要求1所述的一种基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换方法，其特征在于所述对RTU子站上传的数据进行规约转换过程包括以下步骤：

(1)选择一个扩展串口，接受子站RTU通过串口上传的样本数据，存储到存储模块的数据库中；

(2)根据定义的模糊推理机程序判断样本规约类型，并将规约判断过程和判断结果通过液晶显示模块在液晶屏上显示；

(3)DSP通过RS-232通信模块通知相应子站RTU可以上传数据，并通过调用程序存储器中与识别规约相对应的规约转换子程序完成规约转换，将RTU的规约数据转换为统一自定义的规约数据，转换后的规约通过前置机通信模块上传到前置机，进而由前置机上传给主站。

3、根据权利要求1所述的一种基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换方法，其特征在于将基于微内核的嵌入式QNX作为前置端的操作系统在规范转换过程中主要实现电力数据进程业务分组和进程的控制权限的分配：

(1)电力数据进程业务分组包括：

①上行协议自适应进程：自动根据RTU的不同类型选择合适的规约进行解析，将解析获得的不同类型数据放置于不同的共享内存区，从而完成前置与RTU的连接；

②遥信量处理进程：将协议自适应进程中获得的遥信量通过遥信共享内存区加载到本进程，并自主判断各个遥信量是否发生变位，将变位信息打包交给通讯进程；

③遥测量处理进程：将协议自适应进程中获得的遥测量通过遥测共享内存区加载到本进程，并自主判断各个遥测量是否有异常变化数据，如果有，将该遥测信息对应的遥信量由遥信共享内存区取出并根据该遥信信息判断异常遥测量是否可信；如果没有异常变化数据，则将遥测数据打包，根据约定时间交给通讯进程；

④SOE处理进程：将协议自适应进程中获得的SOE信息通过SOE共享内存区加载到本进程，并交给通讯进程；

⑤故障录波处理进程：将协议自适应进程中获得的故障录波信息通过故障录波共享内存区加载到本进程，根据当前上行网络通讯状态自适应决定该故障录波信息的上传时间，并在规定时间交给通讯进程；

⑥遥视量处理进程：将协议自适应进程中获得的遥视量信息通过遥视量共享内存区加载到本进程，根据当前上行网络通讯状态自适应决定该遥视量信息的上传时间，并在规定时间交给通讯进程；

⑦其他上传信息处理进程：将协议自适应进程中获得的其他上传信息通过其他上传信息共享内存区加载到本进程，根据当前上行网络通讯状态自适应决定该其他上传信息的上传时间，并在规定时间交给通讯进程；

⑧上行网络通讯进程：将遥信量处理进程和遥测量处理进程发过来的上传信息打包放入中断序列，并根据中断优先级和时间顺序进行排序，依次以TCP/UDP协议发往上位机；

⑨下行网络通讯进程：对通讯端口进行侦听，将上位机下传的遥控、遥调等指令根据优先级分别放置于遥控共享内存区和遥调共享内存区，并分别通知遥控量处理进程和遥调量处理进程；

⑩遥控量处理进程：实时侦听下行网络通讯进程发送的消息，当有新遥控指令传送时，首先由遥控共享内存区获得该指令，并根据系统运行规则进行检验，如无误则向上位机发送反校命令，上位机返回确认指令，则将该指令送往下行协议自适应进程，如有误，则抛弃该命令；

遥调量处理进程：实时侦听下行网络通讯进程发送的消息，当有新遥调指令传送时，首先由遥调共享内存区获得该指令，并根据系统运行规则进行检验，如无误则将该指令送往下行协议自适应进程；

下行协议自适应进程：自动根据RTU的不同类型选择合适的规约进行解析，将遥控量处理进程和遥调量处理进程传送的指令根据优先级打包放入中断队列，并根据中断优先级和时间顺序进行排序，从而完成前置机对于RTU的指令有效送达；

(2)进程的控制权限的分配：

将用户看作是资源的拥有者，对进程的要求进一步细化，使用户的进程在满足具体要求的情况下，具有访问系统资源的权限；

进程的控制权限分配分为两个步骤：一个是用户权限的分配，另一个是进程权限的分配，用户权限的分配采用QNX操作系统的分配方式；对于进程权限的分配，采用两级分配方式，系统设置适用于所有用户的各个进程的权限以及进程的默认权限；用户可以在系统设置的进程权限基础上，根据其具体需要，进一步设置进程的权限，从而尽可能将他拥有的资源完全控制在他的监控之中，由于进程是静态程序的一个运行实例，因此，进程授权建立在程序授权的基础上，一个线程是进程访问控制中的最小控制单元，程序授权由程序集和权限集组成。

4、一种基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置，其特征在于该装置包括DSP中央处理芯片、存储器模块、显示与键盘操作模块、上下行通信模块，其中存储器模块、显示与键盘操作模块、通信模块分别与DSP模块相连，前置机通信模块通过RS-232总线与前置机相连，RS-232通信模块使用串口扩展电路与若干个子站RTU相连，装置运行时首先由DSP选择一个扩展串口，接受子站RTU通过串口上传的样本数据，存储到存储模块的数据库中，完成后DSP根据其定义的模糊推理机程序判断样本规约类型，并将规约判断过程和判断结果通过液晶显示模块在液晶屏上显示，由DSP通过RS-232通信模块通知相应子站RTU可以上传数据，并通过调用程序存储器中与识别规约相对应的规约转换子程序完成规约转换，将RTU的规约数据转换为统一自定义的规约数据；转换后的规约通过前置机通信模块上传到前置机，进而由前置机上传给主站。

5、根据权利要求4所述的基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置，其特征在于所述的存储器模块分为程序存储器和数据存储器两部分：

程序存储器选用芯片AT29LV1024，芯片AT29LV1024的16位数据引脚(I/O)和与TMS320C5409的数据总线D0-D15相连，芯片AT29LV1024的16位地址引脚(A0-A15)分别与TMS320C5409的地址总线A7-A22相连，程序存储器一般设定为只读，因此其输出使能读允许线OE接地，TMS320C5409的程序片选信号PS与AT29LV1024的CE片选引脚连接，在读信号时PS＝0；写信号时PS＝1，使数据线和地址线处于高阻状态，AT29LV1024程序写入允许端子WE和DSP的R/W端子相连；

数据存储选用高速数据存储器ICSI64LV16，存储容量为128千字*16，ICSI64LV16的16位数据引脚(I/O)和与TMS320C5409的数据总线D0-D15相连，芯片ICSI64LV16的16位地址引脚(A0-A15)分别与TMS320C5409的地址总线A7-A22相连，数据写入允许端子WE和DSP的R/W端子相连，TMS320C5409的数据选择信号DS与ICSI64LV16的CE片选引脚连接。

6、根据权利要求4所述的基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置，其特征在于所述的DSP芯片的复位电路中采用了芯片TL7705A，其引脚5与DSP芯片的复位引脚RS相连，当按下按键SW 1时DSP芯片复位。

7、根据权利要求4所述的基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置，其特征在于所述的显示与键盘操作模块用于一些人机对话操作，硬件设计中输入部分是通过设置按键，软件定义按键功能来完成的，显示通过液晶显示芯片T6963C实现要显示数据的控制与传输，显示部分选用芯片T6963C，T6963C通过8位并行数据总线和一组控制总线直接与CPU相连来进行指令和数据的传递，T6963C的字符字体占空比可由硬件设置，能以图形、文本、图形和文本合成以及文本方式显示，也可以实现图形拷贝操作，使用时TMS320C5409的R/W引脚连接T6963C的WR端子，R/W引脚通过非门连接到T6963C的RD端子，DSP的HD10端子连接到T6963C的CE端子提供片选信号，通道选择端子C/D连接DSP的HD11引脚，T6963C的数据I/O引脚DB0-DB7连接TMS320C5409的HD0-HD7引脚，构造地引脚FG地，液晶显示偏压信号引脚Vo连接-12V电源；

键盘操作模块使用了一个4*8的矩阵键盘，通过8255扩展I/O口与TMS320C5409DSP相连，键盘采用编程扫描的方式工作，DSP的HD9引脚与8255A的CS引脚相连，提供片选信号，74LS373的数据线D0-D7与DSP的数据线D0-D7相连，DSP的IOSTRB端子与74LS373的G端连接，74LS373的QO，Q1端子分别连接8255的A0，A1端子，TMS320C5409的R/W引脚连接8255A的WR端子，R/W引脚通过非门连接到8255A的RD端子。

8、根据权利要求4所述的基于嵌入式QNX操作系统的智能规约转换装置，其特征在于所述的通信模块增加了和上一级前置机进行通信联系的功能和对子站RTU进行通信的功能，计算机串行接口都采用RS232通信协议；

与前置机的通信使用MAXIM公司的异步收发器MAX3111，直接与TMS320C5409相连，工作于SPI模式，实现与RS-232设备进行异步数据传输，DSP的发送时钟信号BCLKX0作为MAX3111的串行时钟输入与MAX3111的SCLK端子相连；DSP的发送帧同步脉冲信号BFSX0作为片选信号与MAX3111的CS端子相连；DSP的BDX0端子与MAX3111的DIN端子相连作为发送数据线；DSP的BDR端子与MAX3111的DOUT引脚相连作为数据接收线；MAX3111的引脚TX与引脚T1IN相连，引脚RX与引脚R1OUT相连，从而实现YART到RS-232电平的转换；DSP的外部中断引脚INT1与MAX3111的中断信号引脚IRQ相连；

为了连接多个子站RTU，需要进行串口扩展，选用TI公司的TL16C554芯片进行串口的扩展，其双向数据线引脚DO-D7连接TMS320C5409的D0-D7端；串口选择信号端子CSA，CSB，CSC，CSD分别连接TMS320C5409的A3-A6端子，用于选择串行通道；片内寄存器选择端子A0A2分别连接DSP的A0，A2端子；中断输出端子INTA-INTD分别连接DSP的A8-A11端子，并通过四输入或非门74LC4002连接到TMS320C5409的INTO端子，当多个串口同时使用时任一个指定通信事件的出现都将产生一次通信中断，并触发外部通信中断；接收数据准备好端子RXRDY和发送数据准备好端子TXRDY分别连接TMS320C5409的D8，D9端子；TMS320C5409的R/W引脚连接TL16C754的IOW端子，R/W引脚通过非门连接到TL16C754的IOR端子；TL16C554芯片的串行输入端口TXA和串行输出端口RXA连接到RS-232标准芯片MAX232的R2O和T2I端子实现接口电平的转换；MAX232的T2O和R2I输出端子连接DB9连接器，然后通过232电缆与子站RTU相连，或使用TL16C554芯片的其它三个串口进行串行数据的传送。

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