基于CAN总线的远动测控终端的设计与实现(一)

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摘要：本文首先分析了一种电力测控系统终端的整体设计方案，然后结合系统中遥测模块和主控板之间的CAN总线通信方式，重点介绍系统中CAN模块的硬件构成及工作原理，最后阐述了为uClinux添加CAN设备驱动的方法。

关键词：CAN总线、SJA1000、Linux设备驱动

Abstract: This paper first analyzed one kind of Remote Terminal Unit system's overall design plan, then bined the CAN-bus munication means between the Main board and Measureing board Mainly introduced the CAN module's hardware constitution and the operation principle, finally elaborated on the steps to add the CAN driver in the uCLinux system。.

Keywords: CAN bus SJA1000 Linux Device Drivers

1、 引言
随着电力需求的增加，电网结构越来越复杂，为了保证电力系统可靠稳定的运行，就需要实时监控电网的运行状况，以在故障发生前有预警，同时在故障发生后又能够及时的处理。这就对测控单元整体性能提出了更高的要求，不仅要求数据准确可靠、而且要求实时性要好。在测控终端内部的各个模块中以遥测板和主控板的通信数据量最大、最复杂。传统的采用RS-232或RS-485的通信方式通信效率较低，而且不易于扩展。而CAN是多主的工作方式，通信方式灵活，无需站地址等节点信息，采用非破坏性总线仲裁技术，能充分满足实时要求。另外CAN采用短帧结构传输信号，传输时间短，具有较强的抗干扰能力。强化了数据的安全性。基于CAN总线的以上优点，本系统选用CAN总线做为主控板和遥测板的通信媒介。
2、 CAN-bus通信在信号电源测控系统中的应用
2.1、系统组成
系统的硬件组成主要包括四部分：主控板、遥测板、遥信板、遥控板。采用直插结构，上述各模块都通过母板上的总线进行通信。遥测板用于采集现场的交流信号，通过电压/电流互感器（PT/CT）和信号调理电路，然后经过ADC转换，将模拟的电信号转换成数字信号。数字信号处理器DSP控制ADC的采样并读取转换结果，并对结果进行实时处理得到各种电参数（电压、电流的有效值、有功功率、无功功率、功率因素、频率、相序等），然后将这些参数进行处理并按规定组桢后通过CAN-bus与主控板通讯。遥信板主要采集现场的各种开关位置信号，储能信号、故障信号等，然后通过母板上的总线结构直接与主控板进行数据通信。遥控板主要对现场的断路器、电容器、继电器进行控制。而主控板则主要完成整个系统的控制功能、数据的收集与处理、人机界面、网络通信等功能。其中每块遥测板可采集3路电压信号和3路电流信号，本系统中配置了两块遥测板。系统硬件结构图如图1所示：
系统的软件设计以主控板为核心，主控板移植了uClinux操作系统。uClinux是从Linux 2.0/2.4内核派生而来，主要面向没有MMU（Memory Management Unit）的硬件平台。在经过了裁剪和优化后,形成了一个高度优化,代码紧凑的嵌入式Linux。它沿袭了Linux的绝大部分特性，具有体积小、稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、能支持多种文件系统。采用uClinux系统可优化利用系统资源、简化程序的设计与调试、方便程序的维护和二次开发、增强系统的可靠性。

图1：系统结构图
遥信板和遥控板通过母板上的数据总线直接与主控板交换数据，遥测板和主板选用CAN总线的通信方式。
主控板软件设计分为以下几个重要步骤：
1、 uClinux操作系统的移植。
2、 uClinux设备驱动程序的编写。
3、 应用程序的编写。
对于第一步网上已经有针对S3C4510B的uClinux内核的源代码，只要根据系统需要进行适当的裁剪就可以直接使用了，对与像串口、网口、FLASH、SDRAM等都有完整的驱动程序代码可供参考，在此不再敷述。以下将重点介绍与CAN相关部分的设计包括硬件和软件的设计方案。图2为主板CAN模块的硬件结构图：