CN204836201U - 一种高兼容性arm通信管理机 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要提供了一种高兼容性ARM通信管理机，主要包括硬件驱动模块和软件驱动模块，硬件驱动模块主要包括CPU、电源管理模块、AC/DC转换模块、看门狗电路、NAND？FLASH模块、NOR？FLASH模块、DDR3模块以及时钟电路，软件驱动模块主要包括LINUX操作系统，LINUX操作系统主要包括WEB管理模块、规约处理模块、网络通信模块、数据管理模块、串口收发模块、CAN口收发模块以及其他功能模块，本实用新型结构设计新颖，硬件驱动模块采用低功耗、高性能ARM平台，软件驱动模块集成了多种通用通信规约，可通过配置进行规约选择，并且可定制非标通信规约。满足了各类现场通信应用，提高了系统稳定性，降低的项目成本，实用性强。

Description

一种高兼容性ARM通信管理机

技术领域：

本实用新型涉及自动化控制及其他工业控制领域，尤其涉及一种高兼容性ARM通信管理机。

背景技术：

通信管理机是一种嵌入式智能通信装置，一般包括CPU、以太网通信模块、以太网交换模块、串口通信模块、存储模块和电源模块。用于采集和转发自动化系统如变配电现场所有的设备数据，并通过用户指定的通讯协议以及以太网或/和串口通讯介质集中送往远方监控主机，同时将远方监控主机的命令传递给各测控装置，实现监控主机对整个现场的远程控制与整定。一些CPU内嵌有协议转换模块的通信管理机，还可以解决自动化系统中各种不同通信协议、不同通信标准的转换解析以及相应异构系统之间的设备通信互联与互动操作。

在如今的自动化控制及其他工业控制领域中，众多的智能设备的对外通信接口仍然是串口以及现场总线。而串口以及现场总线有一个重要的弱点就是传输距离短并且无法与网络进行直接连接，造成设备无法实现远程控制及数据共享，而这些恰恰是实现工业控制高速自动化的必要条件。而串口终端设备与后台主站之间的数据的通信规约多样化，主站无法一一进行规约转换，需要一个中间设备即通信管理机来将不同终端数据进行规约转换并汇总，形成统一规约格式约再与主站等后台通信。

现有通信管理平台以工控机为主，且通信规约都比较单一，无法完全兼容现场设备通信要求。

实用新型内容：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种结构设计新颖，满足了各类现场通信应用，提高了系统稳定性，降低的项目成本，实用性强的技术方案：

一种高兼容性ARM通信管理机，主要包括硬件驱动模块和软件驱动模块，硬件驱动模块主要包括CPU、电源管理模块、AC/DC转换模块、看门狗电路、NANDFLASH模块、NORFLASH模块、DDR3模块以及时钟电路，软件驱动模块主要包括LINUX操作系统，LINUX操作系统主要包括WEB管理模块、规约处理模块、网络通信模块、数据管理模块、串口收发模块、CAN口收发模块以及其他功能模块。

作为优选，CPU分别连接电源管理模块、看门狗电路、NANDFLASH模块、DDR3模块以及时钟电路，AC/DC转换模块连接电源管理模块，NORFLASH模块通过SPI接口连接CPU，CPU还连接液晶显示接口、以太网口。

作为优选，还包括RS232/RS485接口、CAN接口、第一光电隔离模块、第二光电隔离模块、CPLD译码模块，RS232/RS485接口通过第一UART接口连接第一光电隔离模块，第一光电隔离模块通过第二UART接口连接CPU，CAN接口通过第三UART接口连接第二光电隔离模块，第二光电隔离模块通过第四UART接口连接CPU。

作为优选，规约处理模块分别连接WEB管理模块、网络通信模块、数据管理模块、串口收发模块、CAN口收发模块以及其他功能模块。

作为优选，CPU采用CORTEXA9ARM主控芯片。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型硬件上包含了电力自动化及工业现场常用的串口、CAN口及网络接口，软件上支持多种标准通信规约的灵活配置，现场使用方便。硬件驱动模块采用低功耗、高性能ARM平台，软件驱动模块集成了多种通用通信规约，可通过配置进行规约选择，并且可定制非标通信规约。满足了各类现场通信应用，提高了系统稳定性，降低的项目成本，实用性强。

附图说明：

图1为本实用新型的硬件驱动模块连接框图；

图2为本实用新型的软件驱动模块连接框图。

具体实施方式：

为使本实用新型的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，一种高兼容性ARM通信管理机，主要包括硬件驱动模块和软件驱动模块，硬件驱动模块主要包括CPU1、电源管理模块2、AC/DC转换模块3、看门狗电路4、NANDFLASH模块5、NORFLASH模块6、DDR3模块7以及时钟电路8，软件驱动模块主要包括LINUX操作系统，LINUX操作系统主要包括WEB管理模块9、规约处理模块10、网络通信模块11、数据管理模块12、串口收发模块13、CAN口收发模块14以及其他功能模块15，CPU1分别连接电源管理模块2、看门狗电路4、NANDFLASH模块5、DDR3模块7以及时钟电路8，AC/DC转换模块3连接电源管理模块2，NORFLASH模块6通过SPI接口61连接CPU1，CPU1还连接液晶显示接口16、以太网口17，还包括RS232/RS485接口18、CAN接口19、第一光电隔离模块20、第二光电隔离模块21、CPLD译码模块22，RS232/RS485接口18通过第一UART接口23连接第一光电隔离模块20，第一光电隔离模块20通过第二UART接口24连接CPU1，CAN接口19通过第三UART接口25连接第二光电隔离模块21，第二光电隔离模块21通过第四UART接口26连接CPU1。

其中CPU1：CPU1采用CORTEXA9ARM主控芯片，其多核高速，多级流水线，效率高，低功耗，外设接口丰富，通过片内外设接口扩展不同类型外设，也可通过并行总线扩展外设；

看门狗电路4：在程序运行故障时重新复位CPU，恢复程序正常运行；

NORFLASH模块6:存放U-BOOT启动代码，对基本外设进行初始化，为操作系统的加载准备前提；

NANDFLASH模块5:存放操作系统及应用软件，通过NORFLASH启动代码跳转到NANDFLASH的操作系统启动地址，并在系统启动后加载应用程序；

DDR3模块7：用于操作系统及程序的运行，并暂存采集数据；

CPLD译码模块22:CPU与各外设之间的逻辑译码；

时钟电路8：为整个CPU系统提供实时时钟；

RS232/485接口18：由CPU的异步串口接口进行扩展，并做光电隔离以保护CPU系统；

CAN接口19：由CPU的异步串口接口进行扩展，并做光电隔离以保护CPU系统；

以太网口17：通过CPU的以太网控制器进行扩展，用于主站之间的网络通信；

液晶显示接口16：预留接口，方便客户不同需求时进行扩展；

电源管理电路2：提供整个设备的工作电源，通过高效的DC-DC转换成不同等级电压，提供给CPU系统及各外设接口。

本实用新型采用工业四级要求开关电源作为设备电源，通过合理布局印制板、加旁路电容去除电源干扰，在以太网口增加静电防护器件、串口添加浪涌保护器件，机箱增强电磁兼容能力，能够提高硬件驱动模块的抗干扰性能。

如图2所示，规约处理模块10分别连接WEB管理模块9、网络通信模块11、数据管理模块12、串口收发模块13、CAN口收发模块14以及其他功能模块15，本实用新型的软件驱动模块采用U-BOOT启动代码：移植相应平台U-BOOT代码，添加额外的外设驱动，满足系统最基本要求。设备上电启动时，初始化基本外设，做好操作系统启动准备，采用的LINUX操作系统根据CORTEXA9平台移植相应的LINUX系统及通用外设驱动，当U-BOOT启动后，调用操作系统及初始化相关外设驱动，外设驱动的驱动程序包括串口、CAN口、以太网、时钟等外设驱动，在操作系统启动后加载，通过应用程序继续调用。

其中，规约处理模块10：对各中规约(CDT、IEC870-5-101、IEC870-5-103、IEC870-5-104、IEC-61850、DNP3.0、Modbus等)进行解析处理并打包，准备发送给相关外设接口；

数据管理模块12：规划外设来的数据存放地址，方便按不同需求进行存取，提供数据处理效率；

WEB管理模块9：对外设参数及各种规约参数进行直观的配置；

网络通信模块11：接收来自网络层的数据并暂存，等待上层程序处理，将需要的数据按要求发送到网络层；

串口收发模块13：硬件收发的数据存放在此模块，等待上层应用程序处理；

CAN口收发模块14：硬件收发的数据存放在此模块，等待上层应用程序处理；

其他功能模块15：扩展功能模块，提供程序接口，做功能扩展用。

本实用新型在硬件驱动模块上采用CORTEX-A9通用CPU作为主控制芯片，此芯片集成NANDFLASH、DDR3接口，通过SPI接口外扩SPINORFLASH模块作为系统启动盘，通过FLASH接口扩展大容量NANDFLASH模块作为系统程序存储盘，并可用于保存采集数据，通过DDR3模块扩展SDRM作为系统内存，这部分硬件组成CPU最小系统。针对现场通信应用，通过CPU的以太网控制器扩展千兆自适应以太网接口，通过异步收发控制器扩展RS232/RS485接口；通过UART接口扩展CAN接口，预留显示接口作为备用，其中CPLD译码模块作为CPU及外设之间译码单元，参与少量数据分析处理。各类输入输出接口做严格的EMC保护设计。

本实用新型的软件驱动模块上移植CORTEX-A9平台的LINXU为系统作为本产品的操作系统，并开发相关外设(FLASH、DDR、串口网络、CAN接口等)的底层驱动。应用程序上提供开发电力及工业自动化系统常用通信规约：CDT、IEC870-5-101、IEC870-5-103、IEC870-5-104、IEC-61850、DNP3.0、Modbus，并提供规约定制接口，方便非标准规约的快速二次开发。

本实用新型硬件上包含了电力自动化及工业现场常用的串口、CAN口及网络接口，软件上支持多种标准通信规约的灵活配置，现场使用方便。硬件驱动模块采用低功耗、高性能ARM平台，软件驱动模块集成了多种通用通信规约，可通过配置进行规约选择，并且可定制非标通信规约。满足了各类现场通信应用，提高了系统稳定性，降低的项目成本，实用性强。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种高兼容性ARM通信管理机，主要包括硬件驱动模块和软件驱动模块，其特征在于：所述硬件驱动模块主要包括CPU(1)、电源管理模块(2)、AC/DC转换模块(3)、看门狗电路(4)、NANDFLASH模块(5)、NORFLASH模块(6)、DDR3模块(7)以及时钟电路(8)，所述软件驱动模块主要包括LINUX操作系统，LINUX操作系统主要包括WEB管理模块(9)、规约处理模块(10)、网络通信模块(11)、数据管理模块(12)、串口收发模块(13)、CAN口收发模块(14)以及其他功能模块(15)。

2.根据权利要求1所述的一种高兼容性ARM通信管理机，其特征在于：所述CPU(1)分别连接所述电源管理模块(2)、所述看门狗电路(4)、所述NANDFLASH模块(5)、所述DDR3模块(7)以及所述时钟电路(8)，所述AC/DC转换模块(3)连接所述电源管理模块(2)，所述NORFLASH模块(6)通过SPI接口(61)连接所述CPU(1)，所述CPU(1)还连接液晶显示接口(16)、以太网口(17)。

3.根据权利要求2所述的一种高兼容性ARM通信管理机，其特征在于：还包括RS232/RS485接口(18)、CAN接口(19)、第一光电隔离模块(20)、第二光电隔离模块(21)、CPLD译码模块(22)，所述RS232/RS485接口(18)通过第一UART接口(23)连接所述第一光电隔离模块(20)，所述第一光电隔离模块(20)通过第二UART接口(24)连接所述CPU(1)，所述CAN接口(19)通过第三UART接口(25)连接所述第二光电隔离模块(21)，所述第二光电隔离模块(21)通过第四UART接口(26)连接所述CPU(1)。

4.根据权利要求1所述的一种高兼容性ARM通信管理机，其特征在于：所述规约处理模块(10)分别连接所述WEB管理模块(9)、所述网络通信模块(11)、所述数据管理模块(12)、所述串口收发模块(13)、所述CAN口收发模块(14)以及所述其他功能模块(15)。

5.根据权利要求1所述的一种高兼容性ARM通信管理机，其特征在于：所述CPU(1)采用CORTEXA9ARM主控芯片。