基于COLDFIRE MCF5270电力通讯管理机的设计

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【摘要】介绍一种基思卡尔MCF5270单片机的电力通讯管理机的设计，同时介绍了其硬件设计和软件设计方案，通过配置软件可方便地配置其所有通讯端口的协议、通讯参数等设置，并可进行远程维护调试。

【关键词】电力通讯MCF5270单片机

基于高可靠性硬件平台的、采用IP技术的、符合相关IEC标准并兼容区域或厂商标准的“电力通讯管理机”已经成为电力自动化发展的方向。

一、硬件构成

1.1单片机

单片机选用coldfire mcf5270芯片，MCF527X系列单片机是飞思卡尔针对于通用低端外设的联接扩展和网络市场空间飞速发展开发的高性能、低功耗32位单片机。其V2 ColdFire核心可在166MHz的时钟频率下提供159MIPS的处理能力，具有32×32位的增强型乘加运算单元和硬件除法器；8K的指令/数据缓存；丰富的外设，包括1个以太网通讯控制模块，USB2.0全速模块，3个UART，2个QSPI，I2C等。

1.2CPLD

CPLD芯片选用XILINX公司的XC9500系列器件的XC9572XL-10/TQ100，此芯片可以通过JTAG在线编程，由72个逻辑宏单元和1600个可用逻辑门。

1.3以太网接口芯片

常用的单口10M/100Mbps高速以太网物理层接口器件主要有RTL8201、DM9161等，均提供MII接口和传统7线制网络接口，可方便地与MCF5270接口。

1.4串口转换芯片

ST16C554是一个整合4个通道的增强型异步通讯组件。它的每个通道能从设备或MODEM接受数据，实现串-并转换；同时，它也可以从CPU端接受数据，实现并-串转换。CPU可以在工作时随时查询每一个通道的完整状态，监视各种命令的执行和任何发生的错误。

1.5其他主要器件

（1）SDRAM：SAMSUNG K4S281632 128M程序运行时变量空间。（2）FLASH：SST39VF040存放程序代码和用于液晶显示的汉字库。（3）DS1390：实时时钟芯片。通过SPI接口与5270单片机连接。（4）SD卡：通过SPI接口与5270单片机连接。SD卡用来存放配置文件。

二、软件设计

2.1操作系统移植

本设计采用μC/OS-Ⅱ操作系统，并在此基础上加了μC/FS文件系统模块和μC/TCP-IP协议栈模块。作为一个实时内核，μC/OS-Ⅱ最多支持56个任务，其内核为占先式，总是执行就绪态的优先级最高的任务，并支持Semaphore（信号量）、Mailbox（邮箱）、Message Queue（消息队列）等多种常用的进程间通信机制。

2.2应用程序介绍

系统上电时，完成初始化后开始读取SD卡中的配置文件，配置文件总共有13个文件，包含了所有的系统配置参数；然后初始化系统变量，这时会置位循环标志；然后根据配置文件中各端口通讯参数的设置来初始化相应的通讯端口，这时会为每个使用到的通讯端口创建一个串口数据接受进程，该进程把该端口上接受到的数据存放到相应的缓冲区中去；然后再加载配置文件中各使用端口的通讯协议，系统会为每个通讯协议创建一个进程，该进程依据该通讯协议规则收发数据；然后再创建三个系统公共进程，一个是离线设备监视进程，用于清除设备离线访问标志，一个是时钟同步进程，用于设置设备对时标志，另外一个是SOE处理进程，把系统的SOE和遥信变位数据放到各个上传调度缓冲区；所有进程创建完成后，会进入到主循环中，主循环中只做两件事，一是读取当前时间并显示到液晶上，一是处理调度遥控命令。

三、配置软件

配置软件是针对本设计产品进行配置维护、对象建模和浏览调试的管理工具，运行于Windows NT/2000/XP平台上，它通过网络连接，配置各种运行对象、管理对象和控制对象，并提供运行状态和系统信息的在线监测、通信调试和诊断，以及控制命令过程的执行情况在线监测。

四、结语

经过现场的实际使用，这种电力通讯管理机无论是现场工程调试，还是远程管理维护都很方便，大大减少现场的工作量，具有配置简单、维护便捷、结构小巧等优点，有良好的应用前景。

参考文献

[1] Labrosse Jean J.μC/OS-Ⅱ―――源码公开的实时操作系统.邵贝贝译.北京：中国电力出版社，2001

[2] Labrosse Jean J.嵌入式系统构件.袁勤勇译.北京：机械工业出版社，2002