终端模块（精选6篇）
终端模块 篇1
随着工业自动化程度的日益提高, 各种仪器设备需要实时监测的数据越来越多, 需要交换和传输的数据量也越来越大, 因此人们总是希望数据的传输速度能够更快, 距离能够更远, 甚至是摆脱各种线缆的束缚。目前, 数据的无线传输主要有以下几种方式:红外、蓝牙、射频传输、卫星传输以及我们日常生活中应用最广的一种方法:用移动运营商提供的GSM/GPRS或者是CDMA网络来进行传输。本文介绍了如何利用BENQ公司的M 23模块和A VR系列单片机里面的一款ATmega162来搭建一个可以无线发送数据的终端。
1 M23模块介绍
目前市场上的主流GSM/GPRS模块有以下几种:BENQ公司的M22/M23模块、SI-E M E N S公司的M C 3 5/M C 3 9模块、S o n y Ericsson公司的GR47/GR48模块。从功能上来说, 上面的模块都支持基本的GSM功能, 而M22/M23则支持GPRS CLASS4, M22/M23内置了嵌入式TCP/IP, 可以支持数据业务的透明和非透明传输[1]。考虑到市场的普及度与可靠性的要求, 我们选择Ben Q公司的M23通讯模块。在应用的领域来说, M23可以应用于GSM语音通信以及短信息通信, 譬如路况信息监控, 道路紧急电话, 利用短信息进行实时性要求不高, 数据量不大的数据通信, 无线商务电话等。由于支持GPRS和嵌入式的TCP/IP, M23还可以用于实时性要求较高, 数据量相对较大, 传输速度相对较快的数据通信领域, 如电力无线抄表系统, 无线POS机, 工业数据传输, 无线上网卡等等。
2 AVR系列单片机介绍
AVR单片机[2]是Atmel公司1997年推出的RISC单片机。较其他系列的单片机而言, 其具有频率高、功耗低、片内资源丰富的优点。AVR系列单片机都具有良好的集成性能, 具备在线编程接口, 其中的MEGA系列还具备JTAG在线仿真和下载功能;都含有片内看门狗电路、片内程序flash、同步串行接口SPI;多数AVR单片机还内嵌了AD转换器、EEPROM、模拟比较器、PWM定时计数器等多种功能。由于本系统在设计上需要用到单片机的两路串口, 所以采用了ATmega162这一款单片机作为系统的主控制芯片。
3 GPRS技术介绍的技
GPRS (General Packet Radio Service) 是通用分组无线业务的简称[3], 采用的是基于GSM系统的无线高速数据分组传输技术, 目前理论传输速率为115Kbps。GPRS的基本原理是, 当用户上传或下载互联网数据时, 系统不是利用当时承载服务所采用的电路连接, 而是利用分组将数据在网络中传送, 达到多用户间对网络资源的共享, 同时网络运营机构还可以最大限度地使用现有GSM设备, 避免了GSM设备投资的浪费。另外, 数据传送使用GPRS, 而语音传送使用GSM, 使下载资料和通话可以同时进行。为此, 它不但可以为GPRS用户提供GSM移动电话通信的所有功能, 更为突出的是为GPRS用户提供了一种更快捷、更方便、更便宜、更持久的移动上网方式。GPRS目前被认为是移动通信从第二代向第三代过渡的重要一环。
4 系统硬件设计方案
本系统的设计目标主要是实现对上位机数据的无线发送和接收。在方案设计上, 从AVR单片机上引出一路串口, 作为与上位机通信的接口。然后, 单片机通过另外一路串口连接到M23模块, 最后由GPRS无线网络发送到指定的服务器。系统框图如图1所示。
Ben Q的这款M23无线模块能通过手机网络为任何需要语音通讯和数据传输要求的产品提供无线通讯解决方案。其管脚分类如表1所示, 引脚分布如图2所示。
在本系统的设计中, 由于不需要用到模块的语音功能, 所以在硬件设计上, 语音接口和键盘中断接口都可以省略不用。下面就分别介绍本系统中和M23模块有关的部分电路设计。
我们知道无线模块的耗电具有不稳定的特点。在待机状态、和基站的握手状态、通话状态、在拨号状态或者是在信号强弱不同的地方这些因素都会直接的影响无线模块的耗电流, 所以无线模块的电源设计非常重要。M23推荐的电源电压范围为DC3.6~4.2V, 所以在设计电源的时候取3.8V的电压, 模块在工作中最大的瞬间电流能够达到1.7A, 所以考虑到大电流的需要, 本系统采用LM2576开关稳压芯片。又因为较高的输出电压纹波 (一般大于20m V) 是开关稳压电源设计中不可回避的问题, 在某些对电源纹波电压有特殊要求的场合 (如MCU内部有高精度A/D转换器等) , 可采用开关稳压电源来提高稳压电源的工作效率或采用线性稳压电源来降低稳压电源的输出纹波电压。因此, 采用开关稳压电源与线性稳压电源相结合的形式可为有特殊要求的MCU供电提供一种更好的方法。因此, 最终电源设计方案采用LM7805和LM2576的联合设计。直流电源 (+12V) 输入LM7805, 然后输出DC5V, 对AVR单片机供电, 与此同时通过LM2576产生DC4V电压供给M23。由于LM2576具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力, 从而为M23的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。
电源部分原理图如图3所示。
由于Ben Q M23必须通过移动运营商的GSM/GPRS网络才能够工作, 所以必须要用到SIM电话卡。安装时只要以右上角的缺口为准即可。SIM卡座的和M23的连接电路原理图如图4所示。
当M23模块和MCU通信时, 只需要将模块的RXD、TXD与MCU的RXD、TXD交叉相连就可以了。如果模块要和PC机通信, 则需要将模块与DB9连接成全串口。在本系统的设计中, 用了两个8位的平拨开关, 分别控制M23的串口与MCU连接或者与DB9连接。当S1断开, S2连通的时候, 模块的串口和DB9连通, 这时, 模块不受MCU控制, 可以用PC机通过串口调试程序直接对模块进行配置或者测试。在测试正常后, 就可以将S1连通, S2断开。用MCU来和模块通信。
5 软件设计
在本系统的软件设计上, 主要是在ATmega162初始化后利用单片机的串口向M23模块发送AT指令, 来对模块进行GPRS相关参数的设置。
AT即Attention[4], AT指令集是从终端设备 (Terminal Equipment, TE) 或数据终端设备 (Data Terminal Equipment, DTE) 向终端适配器 (Terminal Adapter, TA) 或数据电路终端设备 (Data Circuit Terminal Equipment, DCE) 发送的。通过TA, TE发送AT指令来控制移动台 (Mobile Station, MS) 的功能, 与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。90年代初, AT指令仅被用于Modem操作。没有控制移动电话文本消息的先例, 只开发了一种叫SMS Block Mode的协议, 通过终端设备 (TE) 或电脑来完全控制SMS。几年后, 主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制了一整套AT指令, 其中就包括对SMS的控制。AT指令在此基础上演化并被加入GSM 07.05标准以及现在的GSM07.07标准, 完全标准化和比较健全的标准。
本系统使用外部晶振, 频率为8M, 串口的波特率为9600bps。下面分别给出了异步串口初始化和数据发送的子程序。
6 结语
以上介绍了如何利用GSM/GPRS模块M23与AVR系列的一款单片机ATmega162搭建起一个可以无线发送数据的硬件平台。重点介绍了硬件平台的一些主要部分的电路原理图、部分子程序和一些关键命令行。希望能对此方面感兴趣的人员起到一定的帮助作用。
本设计的创新点:在于采用AVR系列单片机ATmega162控制M23模块, 利用GPRS模式来实现对数据的无线传输。
摘要：介绍了一款用于GSM/GPRS网络的通信模块-BENQ公司的M23模块。利用AVR系列的一款单片机ATmega162控制M23模块, 借助移动服务运营商提供的GPRS网络, 实现了对上位机数据的无线传输。
关键词：无线传输,GPRS,M23,AT指令
参考文献
[1]Benq Corp.M23GSM/GPRS wireless module datasheet[EB/OL].http://www.benq.com, 2003-12.
[2]金春林, 邱慧芳, 张皆喜.AVR系列单片机C语言编程与应用实例[M].北京:清华大学出版社, 2003, 11.
[3]钟章队, 蒋文怡, 李红君.GPRS通用分组无线业务[M].北京:人民邮电出版社, 2001, 12.
[4]Benq Corp.M23GSM/GPRS wireless module AT command list[EB/OL].http://www.benq.com, 2004-06.
终端系统嵌入式计算机模块的开发 篇2
关键词：模块化设计,嵌入式计算机
1 概述
现代战争对雷达性能提出了高的要求, 随着数字处理速度的迅速提高, 指挥、控制、通讯能力的加强, 硬件成本和尺寸的大幅度减少, 雷达终端数据处理和通讯中使用的计算机将发生革命性的变革, 嵌入式计算机模块的开发势在必行。
嵌入式计算机模块, 是根据雷达终端系统的数据处理和通讯对计算机的需求, 按照雷达设计规范自行开发的。外购处理器以功能模块形式插入标准的插件上, 和插件上的外围电路组成嵌入式计算机模块, 成为雷达终端系统的数据处理和通讯插件。嵌入式计算机模块的使用因减少了机柜间大量的连接线和中间转接过程, 从而保证了终端系统的整体性和可靠性;不可忽视的是模块化的使用, 在缩短新产品研制周期的同时也减少了调试工作量, 增加了不同雷达终端间的功能插件可更换性。
2 模块化设计
首先它作为一个模块, 在设计中必须考虑如何尽可能满足大多数雷达终端系统的技术要求:
2.1它要接收检测录取设备送来的点迹数据, 通常要完成几乎上万个点迹的计算和过滤, 要对上千条航迹进行编批与跟踪, 所以对处理器速度提出了较高的要求, 我们选择Pentium II 333MHz (CPU) 。用测试软件Passmark在WIN98环境下测试CPU运算速度, 可以满足要求。
2.2终端系统完成点、航迹处理后, 还要I/O通讯, 将目标轨迹和参数加以上报, 根据需要, 还要能向检测录取器提供检测与跟踪需要的控制信息, 有的还承担多站的数据综合任务, 因此该模块还必须包括I/O部分。
2.3我们目前研发的雷达, 其终端系统插件均采用210芯标准结构 (220mm×233mm) , 在这样一块印制板上要包含处理器和I/O, 对处理器本身的小型化结构提出了较高的要求。基于上述需求分析, 嵌入式计算机模块采用标准210芯插件板结构形式, 功能上包含二部分:处理器和外围I/O部分。
处理器选用EBC356, 结构尺寸:145mm (W) ×102mm (D) (3.5"FDD From Factor) ;CPU为Pentium II 333MHz, 128MB内存, 显示控制器、网络、PS/2、USB、2串1并口等全部ALL IN ONG;同时EBC356向下完全兼容基于PC104的486/586。EBC356作为一个功能块直接接插在210芯插件板上, 和插件板上的外围I/O部分组成为嵌入式计算机模块。
3 模块实现
计算机模块包括两部分:处理器和输入/输出通讯接口, 是根据雷达终端对该模块的功能需求而划分的。处理器是计算机模块的主要组成部分, 其作用是对目标点迹进行相关, 建立航迹, 平滑外推, 将目标参数送数字显示器进行二次显示和情报综合, 通讯上报给指挥系统, 通过人工干预实现半自动录取、手动录取和全自动录取;输入/输出接口用于计算机模块间的通讯, 信号处理后点迹的直接录入, 地图的存储, 整个终端系统的地址译码, 并串口等。
3.1 处理器部分
以嵌入式控制器EBC356 (兼容基于PC104的486/586) 为主体, EBC356是高新技术的名牌产品, 小于Intel笔记本中处理器的结构, 拥有高于笔记本的性能:
CPU:Pentium II 300MHz;
内存:在板内存支持128MB的SDRAM;
显示:C&T69000VGA/Panel控制器, 2MB显存,
支持256 color, 75Hz的CRT到1600×1200,
支持TFT Panel到1280×1024 (支持Windows 95, Windows98, Windows NT 4.0) ;
I/O口:在板含有Intel 82558/100 Base TX, Ethernet网络控制器, 直接支持LAN,
在板1路RS232串口、1路可通过开关选择的RS422/485串口,
在板1路打印机并口,
在板1个PS/2接口 (鼠标和键盘) ,
在板1路USB接口,
具有软、硬驱接口;
Watchdog:1, 2, 4, 8…64秒中断;
固态盘:支持2MB~72MB的M-System固态盘;
外围支持:在板Back up电池和蜂鸣器一个;
电源:供电为单5V, 最大电流为5A, 含软、硬驱供电
3.2 输入/输出部分
三机通讯 (交换数据) :2组字节宽度双口RAM
录取点迹:1组字宽度双口RAM
地图存储:2组CAT28C64
转接插头座:PC104转接, 串并口转接, CRT转接, LAN、PS/II、USB转接
地址分配译码:该模块地址译码, 终端系统系统板级译码
3.3 模块功能。
3.3.1处理器选用EBC356 Pentium II300MHz, 同时兼顾PC104 486/585, 引用信号:16Bit数据总线, 20Bit地址总线, AEN, /SBHE, /IOW, /IOR, /SMEMWE, /SMEMRD, /IOCS16, /MEMCS16, /IOCHRDY, 4个中断IRQ10, IRQ11, IRQ12, IRQ15。3.3.2插件的前面板上引出“CRT接口”, “通讯串口”, “LAN接口”, “PS/II接口”, “USB接口”, 调试时可以很方便使用;同时这些接口和“打印机接口”引到插件210芯标准插头上, 方便系统使用。3.3.3设置2组字节双口RAM, 使该模块具三机通讯功能;设置1组字双口RAM, 使信号处理的点迹直接写入该模块。3.3.4设置2片CAT28C64使该模块有地图存储器功能, 可以建立多幅背景地图, 如高速公路图等, 方便终端系统实现滤除虚警, 提高航迹质量。3.3.5 1片EPLD电路作为该模块译码, 包括“三机通讯”译码, 取“点迹数据”译码, 取“气象数据”译码, 控制“同步串口”译码, 控制“地图存储器”译码, 终端系统“插件级”译码。3.3.6插件前面板上安装一复位开关, 210芯插座也可输入一系统复位信号, 通过选择开关, 作为MAX811 (D2) 的输入, MAX811也具上电复位功能, 最后输出复位信号/RST (a38) 给录取板和检测板等作为系统复位, 计算机板本身也使用该信号。3.3.7 1片85C30的1个串口工作于同/异步方式, 422数据传输 (包括数据收/发, 时钟收/发) 。中断 (INT1) 通过开关 (S6) 挂在EBC356的IRQ15上。
4 应用实例
在我所研制的雷达中, 该计算机模块以其整体结构和性能在多种研制的型号雷达中得以应用, 以XX雷达为例。终端系统应用了两个模块:一个用于数据处理, 它接收雷达的目标点迹信息, 进行坐标变换, 航迹相关, 平滑处理, 判交叉处理, 判机动处理, 最后形成航迹数据;另一个用于外设管理, 控制驱动1个并行接口和8个串行接口, 分别用于打印即、空情上报、主显示器、分现实器、图传设备、监控系统、记录/重演设备、III型询问机等数据通讯。两个模块之间用FIFO进行通讯。
终端录取, 管理计算机框图
结束语
终端模块 篇3
1 吞吐量(Throughput)
1.1 吞吐量概念
吞吐量[2,3]是指对网络设备或端口单位时间内成功地传送数据的数量(以比特、字节、分组等测量),也就是,在没有帧丢失的情况下,设备能够接收并转发的最大数据速率。目前比较常见的为10/100/1 000 Mbit/s网络传输速率。
1.2 吞吐量的测试及计算方法
对于吞吐量的测试及如何计算,理论上,在测试中以一定速率发送一定数量的帧,并计算被测设备传输的帧,如果发送的帧与接收的帧数量相等,那么将发送速率提高并重新测试;如果接收帧少于发送帧则降低发送速率重新测试,直至得出最终结果。吞吐量单位采用Mbit/s。
在实际测试中,鉴于网络的双向通信,通常以上传(Tx)传输速率和下载(Rx)传输速率2个指标来衡量被测设备的吞吐量,具体拓扑图见图1,在图1中以设备2为被测设备。
在进行交互操作时,设备2向设备1发送信令或数据,测得的传输速率为上传(Tx)的传输速率;反之,设备2接收设备1发送的信令或数据,此时测得的传输速率为下载(Rx)的传输速率。
2 吞吐量实验室测试方法
2.1 测试环境搭建
实验室需为微波暗室,暗室内测试平台部分见图。
暗室外为AP(Access Point)和控制设备。被测Wi Fi终端置于暗室转台上。
2.2 测试方法介绍
2.2.1 实验室环境校正
在空口测试中,在试验之前,必须对整个实验环境进行校准,这关系到正式试验的准确性。校准因素包括暗室本底屏蔽频段、各种转接线头损耗或增益,均需计入校准值内,最终换算出天线到接收端的自由空间损耗值。本文采用3米法进行测试。3米法的自由空间损耗值换算在笔者的文章《Wi Fi终端测试的实验室环境下自由空间损耗验证》中有详尽说明。
2.2.2 吞吐量实验室测试方法
将测试系统搭建好,在控制设备和被测设备上安装测试软件和客户端软件Endpoint(运行平台Windows或Linux操作系统等),并在控制设备载入运行测试脚本,控制设备负责监视和统计工作。客户端软件Endpoint负责吞吐量测试工作,在测试中执行测试脚本的命令,从而完成需要的测试。
根据上传(Tx)和下载(Rx)概念,设置endpoint1和endpoint2,一个为发送方,一个为接收方,即控制设备和被测设备的IP地址,二者通过TCP协议建立控制连接和传输数据,利用TCP滑动窗口机制来达到不丢包的目的,从而计算出Tx和Rx的传输速率。
测试脚本产生并模拟真实的吞吐量,采用End to End的方法,软件会自动将100个数据包从endpoint1发送到endpoint2,同时还会测试100个数据包从endpoint2发送到endpoint1,完成相应上传(Tx)和下载(Rx)的测试。Tx的测试结果见图3,其中方框中为上传(Tx)传输速率;Rx的测试结果见图4,其中方框中为下载(Rx)传输速率。
2.2.3 实验室测试应注意问题
在实验室中要获得科学合理的近似真实环境的数据需要注意以下几个问题:
1)必须关闭控制设备和被测设备的防火墙(如果有的话),否则会对实际结果造成严重的影响;
2)控制设备和被测设备必须设置在同一网段,否则将无法进行测试;
3)控制设备网卡性能一定要不低于被测设备的网卡性能,否则会对实际结果造成影响;
4)尽量全部关闭控制设备和被测设备上的其他会占用网络流量的程序,否则会对实际结果造成不同程度的影响;
5)鉴于网络环境的影响,如不稳定,流量忽大忽小等,建议读取结果时采用平均传输速率值确保结果的可靠性。
3 小结
虽然Wi Fi接收终端日益普及,但目前智能终端产品测试案例和可以进行此类产品测试的实验室少之又少,而各类智能终端测试标准、方法甚至是仪器也一直处于研究中。本文根据以往的测试经验,给出了一个相对科学合理的吞吐量实验室测试方法,具有一定的前瞻性和探索性,在今后的实验中面对智能终端空口测试的复杂性和多变性等难题,还将继续摸索智能终端测试方法,为智能终端标准制定提供参考依据。
摘要：针对目前智能终端的WiFi接收模块的重要性能指标吞吐量进行阐述,并对空口测试吞吐量的方法进行设计和探索,加以实验室环境下的可行性试验验证,力求通过此方法来验证智能终端的实际WiFi接收性能,为下一步智能电视性能测试标准提供参考依据和数据支撑。
关键词：WiFi,AP,吞吐量,自由空间损耗,OTA,上传,下载
参考文献
[1]IEEE802.11n,Standard for information technology.Part 11:Wireless LAN medium access contro(lMAC)and physical layer(PHY)Specifications[S].2009.
[2]YDC 079—2009,移动用户终端无线局域网技术指标和测量方法[S].2009.
终端模块 篇4
用电侧负荷控制与管理终端服务器，简称负控管理终端。它与计量表、主站计算机一起构成了负控管理系统。负责完成对电力大用户的电能表电量、需量、电压、电流、功率、功率因数、电压合格率等电表数据的自动采集、存储、远传，实现大用户用电量的统计，为电力营销系统提供各类电量结算数据，同时对大用户的负荷进行控制和管理，实现“削峰添谷”有序用电，对电能表运行状况进行实时监控，对用电异常，进行实时监察;结合关口计量自动化系统，配变电监测实现输电网，配电网全网线损的统计分析，为电力企业的商业化运营提供科学的决策依据。
通用无线分组业务GPRS(General Packet Radio Service)是在现有的GSM移动通信系统基础上发展起来的一种移动分组数据业务。具有成本低，支持永远在线，按流量收费的特点，非常适合作为负控管理终端与主站之间的通信信道。
1 Serious i SR35
Serious i SR35模块是Serious公司推出的一款超廉价和完整的GSM/GPRS模块产品，可用于移动电话和工业控制上。i SR35模块包含ADC以及UART,I2C,GPIO等接口。模块内嵌入TCP/IP协议栈，用户可以避开复杂的通信协议，只用通过AT指令集来建立和控制整个通信过程，大大加速了开发的进度和可靠性。模块对外采用了B2B的接口，方便后期维护。
2 基于i SR35模块的硬件设计
本文设计主要以AT91SAM9260为系统的MCU,i SR35模块的串口与MCU连接，在具体实现上模块及附属电路都是通过接插件与核心板相连。模块的启动是依靠给ON脚输送一个时延大于1.5秒的正脉冲，工作电压3.6V由外部输入，RXD、TXD高电平的判定电压为2.8V，可以由模块VIO脚输出。三个发光二极管作为模块工作状态和收发数据的指示灯。模块自带的SIM卡接口可以直接驱动SIM卡座。考虑到终端工作的复杂环境，串口和SIM卡座的接口处，都加有TVS二极管保护。图1-3为硬件具体原理图。
3 终端通信单元的软件设计
3.1 控制i SR35模块的AT指令
i SR35模块的命令模式和数传模式都是通过AT指令完成的，从功能上来说主要分3类:
(1)模块初始化命令
(2)建立连接命令
(3)数据发送命令
3.2 软件的实现
本文系统采用的Nucleus PLUS是一款为实时性要求较高的嵌入式系统而设计的实时、任务抢先式、多任务内核，大约95%的Nucleus PLUS代码用ANSI C编写，可以很方便地移植并且支持大多数的处理器。从实现角度看，Nucleus PLUS是一组C函数库，应用程序代码和核心函数库连接到一起生成一个目标代码，下载到目标板的RAM或者烧到目标板的ROM中去执行。
软件主要建立三个任务来完成通信功能，任务wlcTaskGPRSControl是主控任务，主要负责初始化和连接建立并且在此之后监视各个事件是否发生。任务gprsNormalCheck主要是对接收缓冲区中的数据进行类型的判断，并分类处理。任务wlcTaskG-PRSCheck主要是定时对已经建立的GPRS连接状态进行监视，及时应对随时可能出现的掉线和空连接情况。图4是任务wlcTaskGPRSControl的流程。流程图中响应AT是指当模块启动后，向模块发送指令AT后，模块会回复OK，以此判断模块是否正常启动以及处理器和模块通信是否正常。模块的初始化完成后，将与主站建立一个连接。由于模块IP地址不固定，因此，只能由终端主动连接主站，而不能由主站主动连接终端。这就要求主站具备固定的IP地址或固定的域名。
例如建立TCP连接时:任务wlcTaskGPRSCheck的程序流程如图5所示，主要是定时设置事件，如定时心跳、定时检查信号强度等等，目的是维持整个通信的链路的连接。由于通信链路一直受外围环境的干扰，导致整个通信链路的中断，所以要进行GPRS连接检查。对于已建立的通信链路，如果长时间没有进行数据通信，GPRS网络系统的GGSN和SGSN会删除终端的信息，导致通信中断。解决方法就是定时上送一个心跳报文。有时终端连接主站失败可能是因为终端所处位置的网络信号减弱造成的，如果此时不停地连接主站，会消耗不必要的流量，所以当一段时间都没连上主站时，可进入经济模式，延长发起连接的时间间隔，达到节省流量的目的。
任务wlcTaskGPRSRcvControl是对接收缓冲区中的数据进行分类处理。由于MCU使用不同的AT命令控制i SR35模块时，模块会回送一些返回值用来表示对刚刚接收的这条AT命令的执行情况或者用返回值来表示模块所处的状态，所以需要对接收缓冲区进行实时监控，以及时调整模块的状态。例如:
根据i SR35模块的AT指令手册可知，当模块掉线时，会返回状态指令+MIPSTAT:1,1。所以在接收缓冲区gbyMasterRecBuf内检测到该返回值时，就应该触发模块重启事件，以便重新建立连接。
4 设计验证
如图6所示，基于Serious i SR35模块的负控管理终端能成功地连接到主站的前置机，保持较高的联通率，在正常数据传输和大量数据传输情况下，性能稳定性。经过EMC实验和高低温实验可以证明，本文介绍负控管理终端在复杂电磁环境和-20℃到60℃的大气环境下都能保持稳定、可靠的数据通信，达到了设计目标。
5 结束语
GPRS为终端远程通信提供了有效、经济的通信方式，并且具有范围广、可靠性高、价格低廉等特点，本文介绍的Serious i SR35模块不仅功能上满足终端的需要，而且相对于其他模块更有价格上的优势，因而有较好的应用前景。
摘要：主要设计了基于Serious iSR35模块的电力负荷管理终端,包括模块外围电路、模块与终端的硬件接口,重点介绍了模块初始化和建立维持连接等方面的软件设计。该终端充分利用了GPRS成本低,支持永远在线,按流量收费的特点,经过测试运行证明了基于Serious iSR35模块的负控管理终端数据传输的稳定性。
关键词：电力负荷管理终端,GPRS,Serious iSR35
参考文献
[1]廉迎战,柯国松,张邦文.负控终端GPRS掉线问题的分析和研究[J].电力需求侧管理,2009,11(1):38-40.
[2]杜振波,李开成,刘建锋,等.基于ARM的电力负荷管理终端的研制[J].电测与仪表,2006(11):57-59.
[3]李如雄,张波,苏杏志.基于GPRS的大客户负荷管理终端[J].电测与仪表,2008(7):29-32.
[4]汪丽丽,汪俊锋,陶维青.基于GPRS/CDMA的负荷终端数据通信程序的设计[J].工业控制计算机,2009,22(7):57-65.
[5]刘淑荣,滕召胜,严性平.基于MC55的电力负荷管理终端设计[J].仪表技术与传感器,2008(12):72-80.
终端模块 篇5
本文设计的AFDX终端通讯系统包括FPGA控制模块、PCI接口模块、双冗余PHY模块。为了设计高可靠性的AFDX终端系统, 设计了2个独立的双冗余交换网络, 从而保证系统的可靠性信息传输。系统硬件架构如图1所示。
CPCI接口模块
CPCI接口模块由2个部分组成, 第一部分主要实现PCI总线协议功能, 实现FPGA与上位机进行数据的通信;第二部分主要实现从CPCI接口采电, 并在板上进行电源管理, 对整个板卡实现支持热插拔的电源供应。
FPGA控制模块
FPG A控制模块是整个板卡的控制核心, 它包含了AFDX协议栈的IP硬核, 实现了AFDX协议栈特有的, 如流量整形、虚拟链路调度、完整性检查、冗余管理、以太网MAC层硬件实现等功能以及其它如与PCI9056通信、内部数据的缓存管理等功能。支持10/100Mbps标准的航空实时以太网数据的可靠性传输。
以数据下传为例介绍FPGA控制模块的工作流程:首先在PC机上运行上层测试软件, 通过它来设置发送通道的相应参数, 该信息通过CPCI接口传送至可编程芯片, 可编程芯片内的处理器单元根据PC机下传的参数来设置发送通道的相关寄存器参数, 同时该消息经过流量整形模块, 进行规划化处理, 使其输出的数据帧是规整的、没有时延抖动的。来自流量整形模块的数据帧由虚拟调度模块添加序列号 (SN) 后, 发往冗余管理模块。冗余管理模块将需要发送消息复制发送到2个独立的冗余MAC链路层中。MAC模块对数据帧添加帧序列校验, 发往PHY模块。PHY层模块将可编程芯片内的MAC层的数据帧进行电平转换后传送至其他标准航空以太网PHY设备中。
双冗余PHY物理接口
双冗余的PHY模块实现以太网物理层的接口功能, 实现AFDX航空以太网的可靠性传输, FPGA内部的航空以太网MAC层通过MII接口与PHY连接, 完成数据流的通信。MII (Media Independent Interface介质无关接口) 接口, 即媒体独立接口, 它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。它包括一个数据接口, 以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号。MII数据接口总共需要16个信号。管理接口是个双信号接口:一个是时钟信号, 另一个是数据信号。通过管理接口, 上层能监视和控制PHY。本设计中采用的是双PHY芯片共用一个25MHz的外部晶振提供工作时钟, 这样可以保证双冗余的PHY完全工作同步。
CPCI接口电源电路分析
热插拔功能主要用于CPCI设备, 热插拔功能允许板卡随意从设备中插拔而不影响设备操作系统的正常运行。如图2所示, LTC1643L是一个允许CPCI型设备进行安全插入和拔出的电源管理控制器, 将系统的CPCI插槽电源接入到AFDX板卡, 图中IRF7413是一个N型MOS管, 用于控制3.3V和5V的电源供应, 而-12V和+12V电源由片上开关供应, 所有的电压的上升时间可以达到一个可编程的速率, 同时还有电源过流故障时的短路保护。
PCI9030的引脚BD_SEL#是CPCI接口中最小的插针之一, BD_SEL#连接LTC1643L的使能引脚, 低电平时有效开启LTC1643L工作并同时给板卡供电。R10是一个0.018欧姆, 0.5W, 精度为1%的精密电阻, 用于过流保护的电压检测电阻。当板卡发生故障导致电流超过额定值之后, R10两端的压差将增大, SENSE引脚将此过流信息反馈至LTC1643L电源管理器, 同时切断电源供应, 起到电源过流保护的功能。
FPGA与PCI9030接口模块时序分析
在PCI9030与本地FPGA之间的通信分为直接主模式 (Direct Master Mode) 、直接从模式 (Direct Slave Mode) 和DMA模式。由于PCI通信要AFDX网络的10M/100M通讯速率, 这里采用直接从模式, 工作时序如图3所示, PCI9030为主, FPGA为从。LHOLD为输出, 声明使用本地地址数据总线, LHOLDA为本地总线申请使用成功的返回信号。LBE[3:0]#为本地总线使能控制引脚, 这里选择32位宽的数据总线。LA[31:2]为地址总线, 在本地总线申请使用成功信号返回且本地总线位宽使能有效后, 开始输出地址信号。ADS#为起始信号, 表明地址总线有效且开始一个有效的总线访问, 同时一个周期后就可以读数据或者写数据了, LW/R#低电平为读高电平为写。为了与PCI9030进行高效的数据通信, FPGA里面必须有相应的本地数据通信接口。
Win Driver软件的驱动生产
通过PLXMON软件对PCI9056的配置芯片进行配置后, 可以利用Window s操作系统中Win Dr iver自动生成PCI驱动程序, 步骤如下:首先启动Win Driver Wizard, 从开始菜单, 选择“程序|Win Driver|Driver Wizard”;然后在Driver Wizard菜单, 单击“File|New Project”菜单来新建一个工程, 从即插即用列表中选择显示卡, 通过生产商的名字来选定。单击“Memory”标签。该显示卡的三个内存范围显示出来。内存范围中的BAR2映射的是FPGA内的RAM缓存块和专用寄存器, 根据FPGA内核对这些缓存块和寄存器的可读写定义, 可以在BAR2映射的区域里进行读写, 若写进去的数值跟读出来的数值一致, 表面CPCI接口通信正常。最后一步为生成驱动代码:单击“Build|Generate code”菜单, Driver Wizard将产生操作硬件资源的函数, 可以在用户模式下在应用程序中直接使用这些函数, 这个向导还会产生一个样本程序来使用这些函数操作硬件, 上层界面的开发可以直接调用这些API函数。
总结
本论文中设计的带有CPCI接口的AFDX终端板卡通讯模块的设计, 充分利用PCI总线传输速度快和CPCI接口支持热插拔的特点, 使得设计能满足双冗余AFDX的高速数据传输, 使用方便和设备体积相对较小, 便于携带, 该板卡已经实现AFDX通信协议并批量生产销售。此论文的研究为AFDX网络交换机的研发打下了良好的基础。
摘要：本文在研究航空全双工交换式以太网 (Avionics Full Duplex Switched Ethernet, AFDX) 实时传输协议的基础上, 分析了基于CPCI接口的双冗余AFDX终端测试系统通讯模块的设计原理, 重点介绍了支持热插拔的CPCI接口电源电路分析、FPGA与PCI9030接口模块时序分析和在Windriver软件环境下的驱动程序的开发, 为AFDX上位机底层驱动接口的开发和软件界面的开发以及AFDX交换机的研发打下了良好的基础。
关键词：AFDX,热插拔,CPCI接口,PCI9030
参考文献
[1]Charara H, Scharbarg J L, Ermont J, etal.Methods for Bounding End-to-end Delays on an AFDX Networks[C]//Proceedings of the 18th Euromicro Conference on Realtime Systems.[S.l.]:IEEE Press, 2006.
[2]LTC1643L datasheet, PCI-Bus Hot Swap Controller, LINEAR TECHNOLOGY.
[3]PCI 9030 Data Book, PLX TECHNOLOGY.
[4]陈昕, 周拥军, 蒋文宝等.AFDX协议性能分析及调度算法研究[J].电子学报, 2009, 37 (5) :1000-1005.
终端模块 篇6
关键词：北斗终端OEM模块测试,首次定位时间,不确定度
1 引言
北斗终端OEM模块是北斗终端的核心处理器件, 一般集成有基带芯片、射频芯片和相应的外围电路, 其性能直接决定导航终端设备的质量和性能。北斗终端OEM模块测试结果表明了北斗终端O E M模块性能的优劣, 测试结果准确度的高低客观反映测试系统的能力。首次定位时间作为北斗终端的重要被测参数之一, 测试设备系统误差和测试过程中的随机误差等因素都会影响其测试结果。一般采用不确定度来定量表示首次定位时间测试结果的可信程度, 用于评估北斗终端OEM模块首次定位时间测试结果的准确性。因此, 分析影响首次定位时间测试结果的因素, 建立合理、有效且简化的测试系统模型, 分析影响测试结果的来源是建立北斗终端OEM模块测试系统的重要任务之一。
2 不确定度的定义和来源
2.1 不确定度的定义
测量不确定度简称不确定度, 1999年公布实施的《测量不确定度评定与表示》对不确定度的定义为:不确定度用来表征合理赋予被测量值的分散性, 是测量结果含有的一个参数, 与测量结果相关联[1]。不确定度与常说的准确度相似, 但又有区别:准确度是定性的表示测试结果和“真值”之间的相近程度的概念, 无法定量给出测试结果;而不确定度是量化表示测量结果准确程度高低的数值, 可量化表示测试结果的可信程度。因此, 在实际工程测试系统中, 常采用不确定度来衡量测试系统的测试结果。
2.2 不确定度的来源
根据CNAS-GL05《测量不确定度要求的实施指南》对不确定度的分析, 测量不确定度可能来自于以下几方面:
⊙对被测量的定义不完善;
⊙实现被测量的定义的方法不理想;
⊙取样的代表性不够, 即被测量的样本不能代表所定义的被测量;
⊙对测量过程受环境影响的认识不周全, 或对环境条件的测量与控制不完善;
⊙对模拟仪器的读数存在人为偏移;
⊙测量仪器的分辨力或鉴别力不够;
⊙赋予计量标准的值或标准物质的值不准;
⊙引用于数据计算的常量和其他参量不准;
⊙测量方法和测量程序的近似性和假定性;
⊙在表面上看来完全相同的条件下, 被测量重复观测值的变化。
对于特定测试系统来说, 不确定度可能的来源包括以上的所有因素或部分因素。不同的测试系统随建立的系统模型、测试设备、测试方法、测试环境等因素的变化, 不确定度的来源也会发生相应的变化, 以上影响因素变化时, 不确定度也要随之变化。
3 不确定度的评估
3.1 标准不确定度
不同来源的因素对测量不确定度的影响不同, 评定测量标准不确定度的方法可分为三类[2]:
(1) A类标准不确定度
A类标准不确定度评估采用观测统计学分析方法进行评估, 对输入量xi进行n次独立的等精度测量, 得到的测量结果分别为:x1, x2, …, xn, 则单次测量结果的实验标准差:
式中, 为算数平均值:
观测列的不确定度为:
A类标准不确定度评估适用于稳定且在系统中考虑了B类中环境等因素的影响测量系统。A类评估方法中, 统计样本数量n影响A类标准不确定度的结果, 样本数量n越大, 不确定度结果越精确。
(2) B类标准不确定度
当输入量的估计量xi无法通过重复测量得到结果时, 则采用B类标准不确定度评估方法进行评估。B标准类不确定度评估的来源包括:校准证书、检定证书、生产厂的说明书、检测依据的标准、引用手册的参考数据、以前测量的数据、相关材料特性的知识等。若校准证书、检定证书、生产厂的说明书、检测依据标准等证书文献中给出扩展不确定度U (xi) 和包含因子k, 则xi的B类标准不确定度可根据扩展不确定度U (xi) 和包含因子k获得:
(3) 合成标准不确定度
为综合考虑A类标准不确定度和B类标准不确定的影响, 可采用合成标准不确定度的评估方法。合成标准不确定度评估公式为:
大部分测试系统的测试不确定度都是A类标准不确定度和B类标准不确定度综合的结果, 因此, 合成标准不确定度可以更全面的分析、评估测试结果, 首次定位时间测量不确定度可采用合成不确定度进行结果评估。
3.2 扩展不确定度
扩展不确定度又称报告不确定度, 是指被测对象以较高的包含概率 (通常为95%) 存在的区间宽度, 通常采用标准不确定度乘以包含因子k来计算:
当不确定度分量较多而且大小比较接近, 且为正态分布时, 包含因子可取k=2;当不确定度中支配地位分量的概率分布非正态分布时, 根据支配地位分量的分布选取包含因子k;当不确定度中A类分量比重较大且测量次数较少时, 包含因子k应查t分布表获得。一般检测报告中, 扩展不确定度应由标准不确定度和包含因子两项乘积的形式明确列出。
4 首次定位时间测试不确定度分析
4.1 北斗终端OEM模块测试系统模型
根据系统的功能要求, 可将北斗终端OEM模块测试系统简化为待测北斗OEM模块、模拟信号源、频率合成器、衰减器、控制计算机和评估计算机 (可与控制计算机为同一台) 、控制评估软件和数据服务器组成[3]。测试系统能够在模拟闭环环境中对北斗OEM模块进行测试评估:信号源为北斗O E M模块提供模拟信号;双频信号通过频率合成器形成一路信号, 经过衰减器进入待测模块;待测北斗OEM模块将接收到的模拟信号根据相应的协议解析为授时、定位、速度以及其他用户需要的数据;测试软件解析OEM模块的输出数据流并提取出待测参数, 通过与信号源的模拟控制信号参数进行对比得到相应的测试结果。测试结果和测试数据存储在数据服务器中供测试软件随时调用或进一步分析使用。测试系统模型如图1所示。
4.2 影响首次定位时间的因素
通过分析对比北斗OEM模块测试系统中的环境、样品、设备和流程等因素与不确定度来源可知, 首次定位时间测试不确定度中包括:
⊙样品OEM模块不能完全代表被测对象引起的A类不确定度;
⊙频率合成器的稳定性带来的测量误差引起的B类不确定度;
⊙衰减器的稳定性带来的测量误差引起的B类不确定度;
⊙样品OEM模块测量重复性引起的A类不确定度;
⊙配置测试场景参数差异引起的B类不确定度;
⊙测试环境差异引起的B类不确定度。
各不确定度分量的类型和分布如表1所示。
4.3 标准合成不确定度的计算
由于各不确定度分量之间互不相关, 可采用合成不确定度的近似算法:
4.4 扩展不确定度的计算
由于各不确定度分量大小相近, 且不包含占支配地位的分量, 则包含概率为95%对应的包含因子k=2。因此, 扩展不确定度可由Uc (x) =ucx) ×2计算获得。因此, 首次定位时间的扩展不确定度的算法为:
其中, 各影响因素的标准不确定度分量可由表1查询计算获得。
5 结束语
北斗终端OEM模块测试系统作为评估OEM模块性能的重要手段之一, 其测试的准确性和可信性决定了系统的测试能力。根据不确定度的定义和计算方法, 结合测试系统的简化模型, 分析影响首次定位时间的因素, 根据各不确定度分量的类型和分布计算得到测试系统的标准不确定度和扩展不确定度。若利用此类方法对各待测指标的不确定度进行分析和计算, 可对北斗终端OEM模块测试系统的测试能力进行完整的评估。
参考文献
[1]JIF1059-1999.测量不确定度评定与表示[S].
[2]CNAS-GL05.测量不确定度要求的实施指南[S].