详解基于ARM的直流系统故障检测应用程序设计

　　1 ARM微处理器S3C44BOX

　　考虑到设计应用的需要，选用了三星公司的S3C44BOX微处理器。这是该公司一款基于ARM7TDMI的SOC芯片。它一方面具有ARM处理器低功耗、高性能的优点；又具有非常丰富的片上资源，非常适合嵌入式产品的开发。其特点如下：

　　·采用ARM7TDMI内核，I/O电压3.3V,内核电压2.5V;

　　·内置锁相环（PLL），系统主频最高达66MHz;

　　·4种工作模式，可以实现电源管理以降低系统功耗；

　　·8kB的系统高速缓存（CACHE），极大地提高了系统运行速度；

　　·支持8个MEMORY BANK,最大外部存储空间达256MB,并支持SDRAM;

　　·内置彩色LCD控制器；

　　·2路异步串口（UART）；

　　·71个通用I/O口；

　　·8通路模/数转换器（ADC）；

　　·实时时钟（RTC）和看门狗电路（WATCHDOG）。

　　2 直流系统接地故障检测装置总体结构

　　如图1所示，可以看出此检测装置主要分为两个部分：S3C44BOX主控单元及各种接口、信号采集及预处理单元。

　　此装置将实现以下功能：

　　（1）通常情况：此装置处于在线监视状态，通过采集现场信号并依据相关算法判断直流系统是否存在一点接地；

　　（2）直流系统发生一点接地：当发现直流系统存在一点接地时，并启动低频信号源，向电网中注入低频信号；

　　（3）依次对低频电压和各个支路电流信号进行同步采样；通过直流系统每个支路上的电流互感器检测出每个支路的电流信号。由多路开关依次选通每个支路，将相关信号经调理后进行采样，同步进行低频电压信号的采样，然后依次按照特定的基于小波变换的控制算法对采样数据进行处理，从而确定故障支路，将结果显示在LCD或是远程终端上以便于用户查看并及时排除该接地故障。

　　3 软件总体设计方案

　　对于一个开放的嵌入式系统而言，其程序存储器中一定要有系统的初始化代码。初始化在系统复位后自动完成。在系统的初始化中，必须包含如下的初始化代码：设置入口指针、设置中断向量表、初始化堆栈指针寄存器、初始化存储器系统、初始化I/O端口以及需要改变处理器的工作模式、初始化应用程序存储空间。之后，呼叫并开始执行应用程序。

　　μC/OS-Ⅱ是基于μC/OS的，μC/OS自1992年以来已经有好几百个商业应用。μC/OS-Ⅱ是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要读者有固化手段（C编译、连接、下载和固化），μC/OS-Ⅱ可以嵌入到读者的产品中成为产品的一部分。可以只使用μC/OS-Ⅱ中应用程序需要的那些]系统服务。也就是说某产品可以只使用很少几个μC/OS-Ⅱ调用，而另一个产品则使用了几乎所有μC/OS-Ⅱ的功能。这样可以减少产品中的] μC/OS-Ⅱ所需的存储空间（RAM和ROM），这种可裁剪性是靠条件编译实现的。只要在用户的应用程序中（用#define constants 语句）定义哪些μC/OS-Ⅱ中的功能是应用程序需要的就可以了。程序和数据两部分的存储用量已被最大努力的压低了。μC/OS-Ⅱ可以管理64个任务，然而，目前这一版本保留8个给系统。应用程序最多可以有56个任务。赋予每个任务的优先级必须是不同的，这意味着μC/OS-Ⅱ不支持时间片轮转调度法（Round-robin Scheduling）。该调度法适用于调度优先级平等的任务。

　　μC/OS-Ⅱ提供的仅仅是一个任务调度内核，需要在其基础上扩展成实用的RTOS.根据该装置的功能要求，系统软件中需要实现相应的用户任务：a.监视；b.报警；c.启动低频信号源；d.低频电压采样，并计算其幅值和初始相位；e.选通各个支路并检测其电流信号，然后利用小波算法进行判断；f. 在LCD或远程终端上显示相关信息。其中任务e的具体流程如图2所示。