CN206149292U - 一种通讯管理机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能监控领域，尤其涉一种通讯管理机，针对通讯管理机串口数据处理速率慢及处理数据量有限的问题，主模块采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）与嵌入式微控制单元（MCU）联合设计，FPGA具有多个串口，用以接收数据并对所述数据进行预处理；MCU与FPGA连接，以接收预处理后的数据，对预处理后的数据进行解析，相比传统通讯管理机，FPGA对采集到的数据进行预先处理，减轻微控制器的数据处理压力，同时，本系统采用嵌入式实时操作系统实时进行高效的任务调度，加快数据处理的效率，既增强了通讯管理机的时效性又提高了通讯管理机处理数据的能力，且本实用新型通讯管理机串口易扩展，亦可实现GPRS无线通信。

Description

一种通讯管理机

技术领域

本实用新型涉及智能监控领域，尤其涉及一种通讯管理机。

背景技术

现行的通讯管理机多采用摩托罗拉公司提供的PowerPC系列处理器为主芯片实现通讯管理机技术，其相关架构如图1 PowerPC系列通讯管理机结构示意图所示。

其中，MPC芯片和FLASH、SDRAM等组成嵌入式系统，实现所有协议的处理和数据的转发，多片CPLD配合实现串口接收的多路译码和LCD驱动，串口数据采集通过串口协议芯片实现串口协议转FIFO。因为所有协议数据处理都是靠主芯片来完成吧，再需要扩展更多串口进行使用的时候，没法实现高度的时效性，对系统的压力也会在增大。如在一个智能充电站，需要对所有充电桩数据进行采集处理，就会因为所需要采集处理的数据量过大，而造成该通讯管理机无法实时地采集并处理所有的数据。

实用新型内容

鉴于上述技术问题，本实用新型提供了一种通讯管理机，能够用在光伏电站及智能充电站的数据采集端，可通过串口标准通讯协议采集电站方阵的各设备数据，并上传到中心站点；也可对智能充电站充电桩数据进行采集和数据处理，再集中上传到后台。

本实用新型解决上述技术问题的主要技术方案为：

一种通讯管理机，其特征在于，包括：

现场可编程逻辑门阵列，具有多个串口，用以接收数据并对所述数据进行预处理；

嵌入式微控制单元，与所述现场可编程逻辑门阵列连接，以接收所述预处理后的数据，对所述预处理后的数据进行解析。

上述通讯管理机，其特征在于，还包括：

可变静态存储控制器，且所述嵌入式微控制单元通过所述可变静态存储控制器与所述现场可编程逻辑门阵列连接；

静态存储器，与所述可变静态存储控制器连接；

非易性闪存，与所述可变静态存储控制器连接。

优选的，所述现场可编程逻辑门阵列具有16路串口。

优选的，所述现场可编程逻辑门阵列根据MODBUS通信协议进行数据接收和预处理。

优选的，所述嵌入式微控制单元选用ARM处理器；

其中，所述嵌入式微控制单元为一ARM处理器，且所述ARM处理器包括：

串行外设接口和调试串口；

实时时钟模块，与所述串行外设接口连接，用以向所述通讯管理机提供时钟；

复位定时器，与所述调试串口连接，用以对所述通讯管理机进行复位控制。

优选的，所述通讯管理机采用嵌入式实时操作系统；

其中，所述嵌入式实时操作系统包含：

调试串口服务单元，用以在所述实时操作系统运行过程中，对所述通讯管理机的运行状态进行控制；

数据处理单元，用以收发所述现场可编程逻辑门阵列预处理后的数据，根据MODBUS通信协议对所述预处理后的数据进行解析，并将解析结果存储于一存储器中；

以太网服务单元，用以与任一以太网设备进行数据传递；以及

用户系统服务单元，与所述嵌入式微控制单元的实时时钟模块连接，用以读取所述实时时钟模块的时钟信号，并实时上传所述嵌入式实时操作系统所需时钟。

优选的，所述通讯管理机采用GPRS无线通信。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本实用新型提供一种通讯管理机，针对通讯管理机串口数据处理速率慢以及处理数据量有限的问题，主模块采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）与嵌入式微控制单元（MCU）联合设计，FPGA具有多个串口，用以接收数据并对所述数据进行预处理；MCU与FPGA连接，以接收预处理后的数据，对预处理后的数据进行解析，相比传统通讯管理机，FPGA对采集到的数据进行预先处理，减轻微控制器的数据处理压力，同时，本系统采用嵌入式实时操作系统实时进行高效的功能调度，加快数据处理的效率，既增强了通讯管理机的时效性又提高了通讯管理机处理数据的能力，且本实用新型通讯管理机串口易扩展，亦可实现GPRS无线通信。

附图说明

参考所附附图，以更加充分地描述本实用新型的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本实用新型技术方案的范围的限制。

图1PowerPC系列通讯管理结构示意图；

图2本实用新型通讯管理机结构示意图；

图3本实用新型通讯管理机实时操作系统框图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。当然除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

本实用新型涉及智能监控领域，尤其涉及一种通讯管理机，本系统针对通讯管理机串口数据处理速率慢以及处理数据量有限的问题，采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）与嵌入式微控制单元（MCU）联合设计，既增强了通讯管理机的时效性又提高了通讯管理机处理数据的能力，且本实用新型通讯管理机串口易扩展，亦可实现GPRS无线通信。

下面结合具体的实施例以及附图详细阐述本实用新型的通讯管理机。

本使用新型通讯管理机主模块采用“现场可编程逻辑门阵列（FPGA）+嵌入式微控制单元（MCU）模式”，相比传统通讯管理机，FPGA对采集到的数据进行预处理，包括校验码的判断和数据的初步解析，可减轻MCU的数据处理压力，在本通讯管理机中，MCU被设计为主机， FPGA为串口扩展从机，使得串口易扩展，优选的，本实用新型通讯管理机选用16路串口，本领域技术人员可根据不同需求选择相应数量的串口。

如图2本实用新型通讯管理机结构示意图所示，RS485_0—RS485_15为作为串口扩展从机的FPGA的16个串行接口，ARM是一种微处理器，选用为本实用新型通讯管理机的嵌入式微控制单元（MCU），ARM处理器包括：RTC为时钟模块；USART0、USART1调试串口（图示为USART0、USART1），且无线通信模块（图示为GPRS）和网络通信接口（图示为RS232）与之相连接；串行外设接口 （图示为SPI0、SPI1），且接以太网通信接口（图示为ETH0、ETH1）；复位定时器（图示为TIM），使得开发人员能够通过串口对系统进行复位功能。另外， FPGA和MCU之间通过可变静态存储控制器（图示为FSMC）连接，且静态存储器（图示为SRAM）和非易性闪存（图示为NOR FLASH）与FSMC连接。

FPGA和MCU之间直接进行的是数据库级内容的交换，通过FSMC连接，在本实用新型通讯管理机中，FPGA负责协议解析，MCU负责资源调配，数据库管理等方面。传统通讯管理机的串口扩展模块只负责数据接收，本通讯管理机中FPGA 亦可进行编程，能够对标准MODBUS通信协议等常用协议进行校验码的判断和数据解析，加快了通讯管理机的数据处理速率。

通讯管理机作为一个综合性的数据采集和分析设备，要求系统响应速度快，具备多种通信规约的解析与转换能力，同时，还要能够实时与底层通信接口进行大量数据交互，系统功能复杂，实时性要求高。

在一些复杂的系统中，系统对时间的要求较为苛刻。在这种情况下，我们选择实时操作系统，用操作系统提供的接口函数来编写自己的应用程序，可以缩短开发周期，提高系统的通用性。同时，由于使用了实时操作系统，整个系统对于各个功能的调度可以由操作系统完成，软件设计者在开发时，可以将一个个功能首先进行独立的开发，然后加入到操作系统中，通过设置相应的功能优先级和通信接口，即可实现复杂的系统功能。

优选的，综合分析系统功能与性能的要求，本具体实施例遵循IEC104规约，采用实时UC/OS II操作系统，根据各个功能模块的特点，分别进行功能程序代码和驱动程序的编写，最后使用操作系统完成实时高效的功能调度。

优选的，如图3本实用新型通讯管理机实时操作系统框图所示，实时UC/OS II操作系统包含调试串口服务单元，调试串口服务单元，以太网服务单元和数据处理单元：

调试串口服务单元，主要实现系统正常运行过程中用户通过串口对通讯管理机的运行状态的控制，包括读取以太网IP地址，并能够使用串口对系统进行复位等功能；

数据处理单元，该单元是系统的核心单元，主要实现所有RS485端口的数据收发，并按照MODBUS通信协议进行解析处理，并最终将解析结果存储到结果数据池中，供以太网服务单元读取和上传数据；

用户系统服务单元，主要实现了系统时钟的服务，由于IEC104规约中涉及到时标上传，因此整个系统需要含有实时时钟功能，这里使用ARM处理器自带的内部RTC实现，该单元接ARM处理器自带的内部RTC，读取RTC中的时钟信号，然后在IEC104协议需要时将时钟信号传输给以太网服务单元，同时，当以太网服务单元接收到中控楼发送的对时指令时，将中控楼发送过来的时间值存入到RTC时钟模块中；

以太网服务单元，负责与通讯后台及与其他以太网设备进行数据传递，主要实现IEC104规约。

本实用新型通讯管理机具体流程如下：

用户通过调试串口服务单元对通讯管理机的运行状态进行控制，包括读取以太网IP地址以及使用串口对系统进行复位，假定系统处在正常运行状态下，可编程逻辑门阵列（FPGA）根据MODBUS通信协议通过串口RS485_0—RS485_15接收数据和预处理，包括校验码的判断和数据的初步解析，并将RS485端口的MODBU命令发送ARM处理器；MODBU命令触发数据处理单元，用以收发FPGA预处理后的数据以及根据MODBUS通信协议对所述预处理后的数据作进一步解析处理并将解析结果存储于存储器SRAM或NOR FLASH中；由于IEC104规约中涉及到时标上传，此时需要将时钟信号传输给太网服务单元，启动用户系统服务单元，读取ARM处理器内RTC实时时钟模块中的时钟信号，且当太网服务单元接收到中控楼发送的对时指令时，将中控楼发送过来的时间值存入到RTC时钟模块中；接收到用户系统服务单元传输过来的时钟信号后，将得到的解析结果通过以太网服务单元与通讯后台及与其他以太网设备进行数据传递。

综上所述，本实用新型提供一种通讯管理机，针对通讯管理机串口数据处理速率慢以及处理数据量有限的问题，主模块采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）与嵌入式微控制单元（MCU）联合设计，FPGA具有多个串口，用以接收数据并对所述数据进行预处理；MCU与FPGA连接，以接收预处理后的数据，对预处理后的数据进行解析，相比传统通讯管理机，FPGA对采集到的数据进行预先处理，减轻微控制器的数据处理压力，同时，本系统采用嵌入式实时操作系统实时进行高效的功能调度，加快数据处理的效率，既提高了通讯管理机的时效性又增大了通讯管理机处理数据的能力，且本实用新型通讯管理机串口易扩展，亦可实现GPRS无线通信。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种通讯管理机，其特征在于，包括：

现场可编程逻辑门阵列，具有多个串口，用以接收数据并对所述数据进行预处理；所述现场可编程逻辑门阵列根据MODBUS通信协议进行数据接收和预处理；

嵌入式微控制单元，与所述现场可编程逻辑门阵列连接，以接收所述预处理后的数据，对所述预处理后的数据进行解析。

2.如权利要求1所述通讯管理机，其特征在于，还包括：

可变静态存储控制器，且所述嵌入式微控制单元通过所述可变静态存储控制器与所述现场可编程逻辑门阵列连接。

3.如权利要求2所述通讯管理机，其特征在于，还包括：

静态存储器，与所述可变静态存储控制器连接；

非易性闪存，与所述可变静态存储控制器连接。

4.如权利要求1所述通讯管理机，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列具有16路串口。

5.如权利要求1所述通讯管理机，其特征在于，所述嵌入式微控制单元为一ARM处理器，且所述ARM处理器包括：

串行外设接口和调试串口；

实时时钟模块，与所述串行外设接口连接，用以向所述通讯管理机提供时钟；

复位定时器，与所述调试串口连接，用以对所述通讯管理机进行复位控制。

6.如权利要求1所述通讯管理机，其特征在于，所述通讯管理机采用嵌入式实时操作系统。

7.如权利要求6所述通讯管理机，其特征在于，所述嵌入式实时操作系统包含：

调试串口服务单元，用以在所述实时操作系统运行过程中，对所述通讯管理机的运行状态进行控制；

数据处理单元，用以收发所述现场可编程逻辑门阵列预处理后的数据，根据MODBUS通信协议对所述预处理后的数据进行解析，并将解析结果存储于一存储器中；

以太网服务单元，用以与任一以太网设备进行数据传递；以及

用户系统服务单元，与所述嵌入式微控制单元的实时时钟模块连接，用以读取所述实时时钟模块的时钟信号，并实时上传所述嵌入式实时操作系统所需时钟。

8.如权利要求1-7任一项所述通讯管理机，其特征在于，所述通讯管理机采用GPRS无线通信。