（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）配電網(wǎng)自動化ftu通信系統(tǒng)設(shè)計.pdf

華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文摘要 摘要 配電自動化是近幾年發(fā)展起來的新興技術(shù)和領(lǐng)域，是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然 趨勢。配電自動化系統(tǒng)是應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將 配電網(wǎng)實時信息、離線信息、用戶信息、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、地理信息進行安全集成， 構(gòu)成完整的自動化及管理系統(tǒng)。 文章首先綜述了配電自動化系統(tǒng)和饋線自動化系統(tǒng)：第二章在介紹系統(tǒng)硬件 結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，介紹了嵌入式l i 叫x 操作系統(tǒng)的特點以及在刑中的應(yīng)用；第 三章分析了i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 規(guī)約及其特點。探討了i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 規(guī)約在f 1 u 中的實現(xiàn)方法；第四章分析i e c6 0 8 7 0 5 1 0 4 規(guī)約及其特點。探討了正c 6 0 8 7 0 一5 1 0 4 規(guī)約在f t u 中的實現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞：饋線終端單元，l o l 規(guī)約，1 0 4 規(guī)約，饋線自動化系統(tǒng)，嵌入式l i n u x a b s t r a c t d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ni san e wt e c h i l o l o 蹦a n dd o m a i nd e v e l o p i i l gi nr e c e n t y e a r s i t st l l ei n e 訪t a b l et r a 帕o fp o w e rs y s t e mm o d e m i z a t i o n d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o ns y s t e i ni sa l l t o m a t i o na i l ds u p e r v i s m gs y s t e mw 嫩c ：ha p p l i e sm o d e m e l 咖n ，c o m m u i l i c a 廿o i 瑪， c o m p u t e ra n dn e 咐o r kt e d m o l o g yt 0n e 罌砒i n g d i s t r i b u t i o ns y s t 啪r e a lt i m em f o m 砒i o n ，o 岱l i n ei n f o 唧撕o n iu s e ri n f 0 腫撕o n ， d e c t r i cn e m o r ks t n j c t i 】r a lp a r a m e t e r 觚dg e o 鯽1 1 i ci n f 0 咖a t i o n f 豳ti ts 啪撕z e sd i s t r i b u t i o n 踟t o m a t i o ns y s t e m 姐df e e d e ra u t o m a t i o ns y s t a 咀 i i lc h 印t e rt 、) l ，o ，w er e s e a r c hl i n u xo p e r a t i n gs y s t 鋤a 1 1 d l ea p p l i c a t i o ni nf t u ，b a s e d o ni i l 仃o d u c i n gs 慨t u r eo f h 枷w a r e i nc h a p t e rt h r e e ，i e c6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 1p r o t o c o li s p r e s e n t e d ，i t sc h a r a c t e r i s t i ci s 觚a l y z e d ，a i l di t sa p p l i c a t i o nh lf t u i sd i s c u s s e di n d e t a i l i nc h a p t e rf 0 u r ，i e c6 0 8 7 0 - 5 - 10 4p r o t o c o l i sp r c s e n t e d ，i t sc h a r a c t 硎s t i ci s a i l a l y z e d ，a n di t s 印p l i c a t i o n i nf t ui sd i s c u s s e di nd e t a i l l ib i n ( p o w e rs y s t e n la i l di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gx i n g u o k e yw o r d s ：f e e d e rt e r m i n a iu n i t ，1 0 1p r o t o c o l ，1 0 4p r o t o c o l ，f e e d e ra u t o m a t i o n s y s t e m ，e m b e d d e dl i n u x 聲明尸明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文配電網(wǎng)自動化f t u 通信系 統(tǒng)設(shè)計，是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的 研究工作和取得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之 處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得 華北電力大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作 的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝 意。 學(xué)位論文作者簽名：日期：竺! 呈：! ：笙 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué) 校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)校可以采用 影印、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被 查閱或借閱；學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈送和交換學(xué)位論文；同意 學(xué)校可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 ( 涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定) 日期： 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 配電自動化系統(tǒng) 1 1 1 配電自動化的概念 第一章緒論 隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，同時各行各業(yè)用電需求的日益增加，特別是經(jīng)濟發(fā) 展較快的地區(qū)的工、農(nóng)業(yè)和民用負荷上升很快，配電系統(tǒng)及其配電設(shè)備大幅度增加， 配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，供電運行方式變化越來越頻繁，控制操作及事故處 理的難度也就越來越大；與此同時，用戶對電力供應(yīng)的要求( 包括供電可靠性、電 能質(zhì)量等) 也相應(yīng)提高。這樣，僅僅靠人工和簡單設(shè)備的控制滿足不了準(zhǔn)確性和快 速性等要求，也就不能保證供電的質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟性等各項指標(biāo)，這就對現(xiàn)有 的配電系統(tǒng)運行管理提出了更高的客觀要求。 近年來，在政府的主導(dǎo)下，電力企業(yè)實施了大規(guī)模的城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造，正 在逐步改變重發(fā)電、輕輸變電的局面，配電網(wǎng)建設(shè)得到一定程度的加強，但我國配 電網(wǎng)的支撐能力仍然明顯薄弱，尤其是低壓配電網(wǎng)的矛盾尤為突出，建設(shè)和不斷完 善配電網(wǎng)的任務(wù)仍十分繁重。采取各種措施努力提高供電可靠性，減少非計劃停電 的時間，加快恢復(fù)供電的速度和保持較高的電能質(zhì)量，成為擺在配電網(wǎng)管理者面前 嚴峻的任務(wù)?！笆晃?時期，國家電網(wǎng)公司將統(tǒng)籌城鄉(xiāng)電網(wǎng)發(fā)展，加快北京、上 海等3 1 個重點城市電網(wǎng)建設(shè)，推進縣城電網(wǎng)改造，提高農(nóng)村電氣化水平。 配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電( 有時也稱供電和用電) 三大系統(tǒng)之一。配 電自動化指：利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合， 將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有 機地融合在一起，改進供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負責(zé)的關(guān)系，以合理的價格 滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟性最好，企業(yè)管理更為有效。 1 1 2 配電自動化( d a ) 的范疇 如圖卜1 所示配電自動化是一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含 電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。從保證對用戶的供電質(zhì)量， 提高服務(wù)水平，減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。 配電自動化( d a ) 包含以下4 個方面： ( 1 ) 饋線自動化( f a ) 。饋線自動化完成饋電線路的監(jiān)測、控制、故障診斷、 故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。其主要功能有：運行狀態(tài)監(jiān)測、遠方控制和就地自主控制、 華北電力大學(xué)碩十學(xué)位論文 故障區(qū)隔離、負荷轉(zhuǎn)移及恢復(fù)供電、無功補償和調(diào)壓等。 ( 2 ) 變電站自動化( s a ) 。變電站自動化指應(yīng)用自動控制技術(shù)和信息處理與傳 輸技術(shù)，通過計算機硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工對變電站進行監(jiān)控、測量和運 行操作的一種自動化系統(tǒng)。變電站自動化以信號數(shù)字化和計算機通信技術(shù)為標(biāo)志， 進入傳統(tǒng)的變電站二次設(shè)備領(lǐng)域，使變電站運行和監(jiān)控發(fā)生了巨大的變化，取得顯 著的效益。 變電站自動化的基本功能有：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算和處理、越限和狀態(tài)監(jiān)視、 開關(guān)操作控制和閉鎖、與繼電保護交換信息、自動控制的協(xié)調(diào)和配合、與變電站其 他自動化裝置交換信息和與調(diào)度控制中心或集控中心通信等項功能。 變電站自動化技術(shù)是配電自動化的重點之一。 圖卜1 配電自動化范疇 ( 3 ) 配電管理系統(tǒng)( d m s ) 。配電管理系統(tǒng)( d m s ) 是指用現(xiàn)代計算機、信息處理 及通信等技術(shù)和相關(guān)設(shè)備對配電網(wǎng)的運行進行監(jiān)視、管理和控制。它是配電自動化 系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。主要功能有：數(shù) 據(jù)采集和監(jiān)控( s c a d a ) 、配電網(wǎng)運行管理、用戶管理和控制、自動繪圖設(shè)備管理 地理信息系統(tǒng)( a m f m g i s ) 等。 ( 4 ) 需求側(cè)管理( l m ) 。通過一系列經(jīng)濟政策和技術(shù)措施，由供需雙方共同參 與的供用電管理。包含負荷管理、用電管理及需方發(fā)電管理等。需求側(cè)管理的幾個 內(nèi)容涉及電力供需雙方，甚至與電力管理體制有關(guān)，必須通過立法和制訂相應(yīng)的規(guī) 則，并最終由電力市場來調(diào)節(jié)?？梢钥吹?，電力的供需雙方不僅僅是一種電力買賣 關(guān)系，也是以雙方利益為紐帶的合作伙伴關(guān)系，在電力市場環(huán)境下，需求側(cè)管理必 將被重視。 上述4 個方面的內(nèi)容可以相互獨立運行，它們之問的聯(lián)系十分密切，特別是信 息的采集、傳遞、存儲、利用以及這些信息經(jīng)過處理作出的決策和控制相互影響。 2 華北電力大學(xué)碩十學(xué)位論文 因而，信息的管理十分重要。 1 1 3 配電自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 配電自動化系統(tǒng)一般由主站乜1 、通信網(wǎng)絡(luò)、變電站自動化系統(tǒng)或配電自動化二級 主站、配電自動化遠方終端等四個層次組成。 配電自動化主站是配電自動化系統(tǒng)的控制與管理中心，它一般采用客戶服務(wù)器 結(jié)構(gòu)以s c a d a 系統(tǒng)和g i s 系統(tǒng)作為基本平臺配備各種應(yīng)用軟件完成d a d m s 的功能。 變電站自動化系統(tǒng)完成變電站設(shè)備的實時監(jiān)控、管理，它一般是集中式r t u 與 變電站各種保護監(jiān)控裝置通信構(gòu)成的系統(tǒng)，或由間隔級微機綜合保護、監(jiān)控裝置配 合后臺通信處理機構(gòu)成的分布式計算機系統(tǒng)。 配電自動化二級主站是配電自動化系統(tǒng)的中間層，主要用于完成小區(qū)內(nèi)配電網(wǎng) 饋線自動化功能，并作為通信節(jié)點，向主站轉(zhuǎn)發(fā)小區(qū)內(nèi)或其它智能裝置的數(shù)據(jù)。 配電自動化遠方終端單元分為安裝在變電站的t t u ，安裝在開閉所的d t u 以及安 裝在配電線路上的f t u 。配電自動化遠方終端與配電自動化主站或二級主站通信， 提供配電系統(tǒng)運行監(jiān)控及管理所需的數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站發(fā)出的對配電設(shè)備的控制、調(diào) 節(jié)命令。 1 1 4 配電自動化的意義 1 提高供電可靠性 據(jù)統(tǒng)計，故障和計劃檢修是造成用戶停電的兩個主要原因。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般采用 輻射狀配電方式，線路中間沒有分段開關(guān)，在線路上某一處故障或線路檢修時，會 造成全線停電?，F(xiàn)在城市供電網(wǎng)的發(fā)展方向是采用環(huán)網(wǎng)“手拉手供電方式，并用 負荷開關(guān)將線路分段，利用饋線自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)線路故障區(qū)段的自動定位、隔離， 及健康線路的自動恢復(fù)供電，可縮小故障停電范圍，減少對用戶的停電時間，提高 供電可靠性。 2 提高配電設(shè)備的技術(shù)水平，這主要體現(xiàn)在： ( 1 ) 減少故障停電次數(shù)和停電時間，縮小停電范圍，直至避免停電。 ( 2 ) 減少和縮短設(shè)備檢修時間。 ( 3 ) 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無功配置，降低電能損耗。 ( 4 ) 有效調(diào)整負荷，有利于削峰填谷。 ( 5 ) 共享電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源 3 提高企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平： ( 1 ) 提高城區(qū)供電設(shè)備的利用率，提高供電質(zhì)量。 ( 2 ) 更好地管理配電設(shè)備。 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 3 ) 提高供電的經(jīng)濟性，包括降低經(jīng)常性的運行維修和推遲基本建設(shè)投資。 ( 4 ) 提高供電企業(yè)的全員勞動生產(chǎn)率。 ( 5 ) 提高為用戶服務(wù)的響應(yīng)速度和服務(wù)質(zhì)量。 1 2 饋線自動化系統(tǒng) 1 2 1 饋線自動化概述 饋線自動化，又稱配電線路自動化【3 】，按照國際電氣電子協(xié)會( i e e e ) 對配電 自動化的定義，饋線自動化系統(tǒng)是對配電線路上的設(shè)備進行遠方的實時監(jiān)視、協(xié)調(diào) 及控制的一個集成系統(tǒng)。饋線自動化的功能是配電自動化系統(tǒng)的主要功能，包括配 電網(wǎng)饋線設(shè)備的監(jiān)控、故障處理及故障信息管理技術(shù)。其重點是故障處理功能，及 故障定位、隔離、非故障區(qū)段的自動恢復(fù)供電( 網(wǎng)絡(luò)重建) 及故障信息管理等功能。 饋線自動化系統(tǒng)通常是整個配電自動化系統(tǒng)的子系統(tǒng)，也可以作為一個獨立的 子系統(tǒng)存在。我國許多城市的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)實際上是一個獨立于調(diào)度自動化系統(tǒng) 的饋線自動化系統(tǒng)。本論文所論述的饋線自動化系統(tǒng)主要對線路進行監(jiān)控和保護。 1 2 2 采用配電自動化開關(guān)設(shè)備相互配合的饋線自動化系統(tǒng) 采用配電自動化開關(guān)設(shè)備的饋線自動化系統(tǒng)【4 】【5 1 ，不需要建設(shè)通信通道，只需恰 當(dāng)利用配電自動化開關(guān)設(shè)備的相互配合關(guān)系，就能達到隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū) 域供電的目的。通常有三種典型的用配電自動化開關(guān)設(shè)備相互配合實現(xiàn)饋線自動化 的模式：即重合器和重合器配合模式、重合器和電壓一時間型分段器配合模式以及 重合器和過流脈沖計數(shù)型分段器配合模式。 ( 1 ) 重合器與重合器配合模式 重合器是一種自具控制及保護功能的開關(guān)設(shè)備，它能按預(yù)定的開斷和重合順序 自動開斷和重合操作，并在其后自動復(fù)位或閉鎖。重合器的功能是：當(dāng)事故發(fā)生后， 如果重合器經(jīng)歷了超過其定值的電流，則重合器跳閘，并按預(yù)先整定的動作順序做 若干次合、分的循環(huán)操作，若重合成功則自動終止后續(xù)動作，并經(jīng)過一段延時后恢 復(fù)到預(yù)先的整定狀態(tài)，為下一次故障做好準(zhǔn)備；若重合失敗則閉鎖在分閘狀態(tài)，只 有通過手動復(fù)位才能解除閉鎖。可見利用重合器可以有效地避免瞬時性故障的影 響。 ( 2 ) 重合器與電壓一時間型分段器配合模式 重合器與電壓一時間分段器配合模式的典型例子是東芝公司生產(chǎn)的p v s 型柱上 重合分段器，實際上它是一種智能化的復(fù)合開關(guān)。在這種配合方式下，當(dāng)發(fā)生故障 時重合器跳閘，隨后沿線分段器因失壓而跳閘，經(jīng)過一段延時后重合器第一次重合， 4 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 沿線分段器依次順序重合，當(dāng)合到故障點時， 將與故障區(qū)段相連的分段器閉鎖在分閘位置， 可以恢復(fù)健全區(qū)段供電的目的。 引起重合器和分段器第二輪跳閘，并 經(jīng)二段延時后重合器的第二次重合就 ( 3 ) 重合器與過流脈沖計數(shù)型分段器配合模式 在重合器與過流脈沖計數(shù)型分段器配合方式下，當(dāng)發(fā)生故障時重合器跳閘，分 段器維持在合閘位置，但是經(jīng)歷了故障電流的分段器的過流脈沖計數(shù)器加一，若計 數(shù)值達到定值，則該分段器在無電流間隙分斷，當(dāng)重合器再次重合時，即達到隔離 故障區(qū)段和恢復(fù)健全區(qū)段供電的目的。 1 2 3 基于f t u 和通信網(wǎng)絡(luò)的饋線自動化系統(tǒng) 在正常運行時，各f t u 分別采集相應(yīng)柱上開關(guān)的運行情況【6 】，如負荷、電壓、 功率和開關(guān)當(dāng)前位置、儲能完賤情況等，并將上述信息經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)向遠方的配 電自動化控制系統(tǒng)，各f t u 還可以接收配電網(wǎng)控制中心下發(fā)的命令進行相應(yīng)的遠方 倒閘合閘操作以優(yōu)化配網(wǎng)的運行方式。在故障發(fā)生時，各f t u 記錄下故障前及故障 時的重要信息，如最大故障電流和故障前的負荷電流、最大故障功率等，并將上述 信息傳至配電自動化控制系統(tǒng)，經(jīng)計算機系統(tǒng)分析后確定故障區(qū)段和最佳供電恢復(fù) 方案，并最終發(fā)遙控命令隔離故障區(qū)段、恢復(fù)健全區(qū)段供電。 ( 蘆l e 6 i 雌2k n l f t u 4d l l l i i i i l i 豳形標(biāo)識 斷鼯器分段器 。臺位口臺蝕 。分位匹蜀分位 s = ! 暑苧! 駑壘彗堡墨翌邕蘭堇垡圣翌警墊gi ， 1 ) 藏常情況 s t e p 2， 卜仁) c 3 筍= 卜_ 暮卜l c = 卜- = 卜叫= ) h ，f 2 ) z 3 段故障，斯路器q f l 罐齡 s t e p 3 卜匕) 鷹蚤- ；乙q 胬奄葑c ) 仁) c ) _ d = 卜_ c 鬈卜尹噸墨卜正3 匕 = 卜_ = 卜_ ( h 5 ) f l j f 聯(lián)絡(luò)砰天i ，i k 6 餓砭穢敬障段z 4 供屯 圖1 2 基于f t u 和通信網(wǎng)絡(luò)的饋線自動化 本課題設(shè)計開發(fā)的饋線自動化遠方終端f t u ，將與f a 主站系統(tǒng)組成有通信方式 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 的遠方集中控制饋線自動化系統(tǒng)，調(diào)度中心或配電子站采用集中控制方式與各f t u 等終端通信，將故障時各終端測得的故障電流的大小和方向，以及小電流接地選線 結(jié)果等迅速傳到調(diào)度中心，由f a 系統(tǒng)迅速做出判斷，并發(fā)出遙控指令隔離故障點， 夠?qū)崿F(xiàn)下游非故障區(qū)段自動恢復(fù)供電，配電調(diào)度可獲得實時的故障信息，故障處理 可得到及時的監(jiān)視，避免了重合器的試投法帶來的沖擊，整個故障點判斷、隔離及 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、轉(zhuǎn)移供電等可在十?dāng)?shù)秒內(nèi)完成。動作過程如圖卜2 所示。 1 2 4f t u 概述 如圖1 3 所示，f t u ( f e e d c rt c m i n a lu n i t ) 饋線終端單元是配電自動化系統(tǒng)的 基礎(chǔ)核心單元，專門為饋線自動化而設(shè)計制造的遠程終端，或稱饋線遠方終端。根 據(jù)我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)d l t 7 2 1 2 0 0 0 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遠方終端，可以知道饋線 遠方終端是用于實現(xiàn)配電網(wǎng)監(jiān)控，對配電柱上開關(guān)( 架空線戶外柱上f t u ) 進行數(shù) 據(jù)采集處理，并與區(qū)域工作站和控制中心通信的自動化設(shè)備，是饋線自動化系統(tǒng)與 一次設(shè)備的接口部分。比傳統(tǒng)r t u 可靠性和抗干擾性能要求高。除了完成三遙功能， 供電方式特殊，應(yīng)有故障電流檢測功能，甚至提供過流保護等屬于繼電保護的功能 是實現(xiàn)配電自動化不可缺少的裝置。與線路開關(guān)配套組成智能開關(guān)單元，既可不經(jīng) 通信的主站參與，與變電站出線斷路器配合，自動實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)重構(gòu)，又可在配電調(diào)度 中心的主站計算機系統(tǒng)控制下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及常規(guī)監(jiān)視和控制功能。 圖卜3 饋線自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 6 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 配電自動化系統(tǒng)的通信及規(guī)約 1 3 1 配電自動化數(shù)據(jù)通信的特點 同輸電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)一樣【7 1 ，配電自動化系統(tǒng)也需要一個有效的廣域通信網(wǎng) 在系統(tǒng)站與遠方終端或現(xiàn)場智能裝置之間傳遞數(shù)據(jù)和控制、調(diào)節(jié)命令，但配電自動 化數(shù)據(jù)通信有著自己的特點。 ( 1 ) 終端節(jié)點數(shù)量極大 配電網(wǎng)擁有眾多的變電站、開閉所、配電變壓器及線路上的重合器、負荷開關(guān)、 無功補償電容等，要對這些變電站和配電設(shè)備進行監(jiān)控，需要許多的或現(xiàn)場智能裝 置，再把大量的深入到低壓用戶的自動讀表和控制終端包括在內(nèi)，一個配電自動化 系統(tǒng)終端節(jié)點數(shù)量相當(dāng)大。在實際實施時，為了簡化系統(tǒng)構(gòu)成、減少造價，可有選 擇地只對那些重要的配電設(shè)備和用戶進行實時監(jiān)控，但不管怎樣，一個實用的配電 自動化系統(tǒng)終端節(jié)點數(shù)量比同一地區(qū)輸電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)要大一個數(shù)量級。針對 我們國家情況，一個中等城市配電自動化系統(tǒng)需要通信的終端節(jié)點數(shù)量要有上千 個。 ( 2 ) 通信節(jié)點分散 配電自動化或現(xiàn)場智能裝置隨配電設(shè)備安裝，由于配電設(shè)備分布的地域比較廣， 因此，通信的節(jié)點比較分散。 ( 3 ) 通信距離短 一個地區(qū)配電網(wǎng)覆蓋的區(qū)域相對要小一些，配電自動化通信節(jié)點之間距離比較 短，因此，配電自動化通信網(wǎng)往往采取主干道與小區(qū)分支通信網(wǎng)相結(jié)合的方案，一 個小區(qū)內(nèi)的、變壓器監(jiān)測儀、自動讀表控制器等終端的數(shù)據(jù)由小區(qū)內(nèi)變電站或開閉 所匯集轉(zhuǎn)發(fā)，它們之間的通信距離一般在二、三公里之內(nèi)。 ( 4 ) 通信數(shù)據(jù)量小 配電自動化監(jiān)控對象是大量的線路開關(guān)、配電變壓器等，通信數(shù)據(jù)量有限即便 是一些配電變電站、開閉所或配電自動化二級主站的數(shù)據(jù)量比輸電網(wǎng)變電站的數(shù)據(jù) 量也要少的多。 1 3 2 配電自動化通信規(guī)約 在工業(yè)發(fā)達國家，配電自動化系統(tǒng)受到廣泛的重視，其配電自動化系統(tǒng)已經(jīng)形 成了集1 4 0 多種功能于一身的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)d m s 。目前國外正致力于配電自動化專 家系統(tǒng)和配電仿真培訓(xùn)系統(tǒng)等的研究。并在研究通過負荷分配的優(yōu)化來減少網(wǎng)損； 對變壓器負荷進行管理，來最大限度地利用變壓器容量并降低系統(tǒng)的有功損耗；按 及時電價對用戶負荷進行管理等。在通信規(guī)約方面，國際上還沒有一個完全統(tǒng)一的 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 標(biāo)準(zhǔn)。北美一些國家流行應(yīng)用d n p 3 o ，法國施耐德集團的終端設(shè)備t a l u s 2 0 0 ，采用 了j b u s 規(guī)約，有些地方直接引用1 0 1 規(guī)約。專門針對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)應(yīng)用的規(guī)約，目 前i e c 僅有基于配電載波通信方式的配網(wǎng)自動化規(guī)約i e c6 1 3 3 4 4 ，對其他通信方式 的規(guī)約還未出臺。 我國配電網(wǎng)自動化的發(fā)展是電力市場和經(jīng)濟建設(shè)的必然結(jié)果，用戶高精密的技 術(shù)和裝備對電能質(zhì)量要求也愈來愈高。配電網(wǎng)實現(xiàn)自動化已成為供電企業(yè)十分緊迫 的任務(wù)，其自動化的程度與供、用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。在我國的一些大城 市已經(jīng)開始運用配電動化技術(shù)，但是仍然還有很長的路要走。 配網(wǎng)自動化監(jiān)控的對象主要是分布在饋電線沿線的設(shè)備口鍆，監(jiān)控對象數(shù)量龐 大，而且數(shù)據(jù)分散、點多面廣，這些特點決定了配網(wǎng)s c a d a 系統(tǒng)和f ，r u 之間采用多點 共線或多點環(huán)行的通道結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的循環(huán)式遠動規(guī)約只適應(yīng)于一對一的通道組織方 式，無法作為配網(wǎng)自動化的通信規(guī)約。目前國內(nèi)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的規(guī)約主要 有開發(fā)廠家自定義、參照負控規(guī)約、參照遠動規(guī)約、采用國際上較為流行的規(guī)約、 進口設(shè)備所帶規(guī)約等幾種類型。i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 ( 簡稱1 0 1 規(guī)約) 、i e c 6 0 8 7 卜5 一1 0 4 ( 簡稱1 0 4 規(guī)約) 、d n p 3 0 是配網(wǎng)自動化中常用的三種通信規(guī)約，我國目前實 施的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)大多采用1 0 1 規(guī)約和d n p 3 o 規(guī)約，而1 0 4 規(guī)約的應(yīng)用目前正在 興起。 1 3 3 配電自動化采用的通信模式 配電網(wǎng)自動化的通信方式分為有線方式和無線方式，有線包括架空明線或電纜、 配電載波、郵電本地網(wǎng)、租用電話線、光纖、有線電視網(wǎng)( c a t v ) 、現(xiàn)場總線等； 無線包括微波、無線電通信( a m 、f m 、p m 等) 、無線擴頻、衛(wèi)星通信、無線尋呼、 數(shù)控電臺等，還有最近出現(xiàn)的g p r s 。 以下對幾種主要通信模式作一簡單分析： ( 1 ) 架空明線或電纜：其優(yōu)點是建設(shè)簡單，但線路衰耗大、頻帶窄、噪聲大、 易受干擾、占地多、投資大； ( 2 ) 配電載波：目前典型的配電載波機傳輸速率可達到1 5 卜3 0 0 b s ，基本能 滿足配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)對通信的要求。配電載波有兩種變形即脈動控制技術(shù)和工頻 控制技術(shù)，都是利用電力線路作為信號的傳輸途徑，并都有應(yīng)用實例。此外，擴頻 載波機也開始應(yīng)用，它根據(jù)山農(nóng)信息理論，用加大帶寬來換取傳輸?shù)目煽啃?，將?音帶寬擴展到整個輸電線路頻譜，提高了傳輸速率。 ( 3 ) 光纖通信：光纖通信是以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)、以光波作為信息載體的 先進的通信手段。光纖通信具有傳輸頻帶寬、通信容量大、傳輸損耗小、光電隔離 不受電磁干擾、抗腐蝕、可靠性高、保密性好、運行維護成本低、組網(wǎng)方便靈活、 華北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文 敷設(shè)簡便等優(yōu)點。采用無源光分路器，可以組建復(fù)雜的環(huán)型、星型、樹型、鏈型等 光纖網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點靈活聯(lián)網(wǎng)或改變網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。 目前光纖通信技術(shù)已經(jīng)成熟，隨著光纜技術(shù)的提高和生產(chǎn)成本的不斷下降，光 纜的性價比將繼續(xù)提高，因此在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，光纖將被作為通信主干線廣 泛應(yīng)用。 ( 4 ) 微波通道：微波在電力通信中發(fā)揮著重要的作用，對調(diào)度自動化和變電站 綜合自動化的數(shù)據(jù)傳輸有重要意義。微波頻率為1 g 以上，屬視距傳輸，它傳輸容 量大，穩(wěn)定性能好，同時由于微波通信在電力系統(tǒng)應(yīng)用多年，已積累了豐富的經(jīng)驗。 但微波為點對點傳輸，而配電系統(tǒng)點多面廣，顯然不適合配網(wǎng)應(yīng)用。而一點多址小 微波系統(tǒng)應(yīng)用多址技術(shù)和統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)，信道利用率高，穩(wěn)定性較好，可以多點傳 輸，缺點是路由選擇較困難。 ( 5 ) 無線通信：傳統(tǒng)的無線通信方式如a m 、f m 、p m 、無線尋呼等也可以應(yīng) 用于配電網(wǎng)自動化的數(shù)據(jù)傳輸，但速率低且大多只能進行單向發(fā)送，對于需要進行 雙向數(shù)據(jù)通信的場合則要使用具有雙向通信功能的新型無線通信技術(shù)。8 0 0 m h z 為 無線數(shù)據(jù)通信頻段，可以應(yīng)用于配電系統(tǒng)通信。配電子站到一般終端設(shè)備間則可以 采用靈活方便速率適中投資運行成本較低的g p r s 通信方式。 1 4 本論文的主要工作及內(nèi)容 本論文設(shè)計的f 1 t u 是基于d s p 和a 砌訌的雙核結(jié)構(gòu)。d s p 芯片采用 t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 ，m c u 芯片采用a r m 9 系列的e p 9 3 0 2 。本課題主要完成a r m 側(cè)的 功能，主要包括： ( 1 ) a r m 側(cè)運行嵌入式l i n u x 操作系統(tǒng)，利用l i n u x 操作系統(tǒng)的多線程編程 技術(shù)，根據(jù)f t u 的需要開放不同的任務(wù)、分優(yōu)先級來進行管理。本論文計劃創(chuàng)建7 個線程來管理f t u 的任務(wù)。 ( 2 ) 完成l i n u x 下串口通信程序的編寫，進而完成1 0 l 通信規(guī)約的下位機軟件 的設(shè)計與程序編寫。 ( 3 ) 完成“n u x 下s o c k e t 通信程序的編寫，進而完成1 0 4 通信規(guī)約的下位機軟 件的設(shè)計與程序編寫。 9 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和嵌入式l i n u x 操作系統(tǒng) 2 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 圖2 1 為f t u 控制器的系統(tǒng)圖，系統(tǒng)采用雙c p u 體系結(jié)構(gòu)，按功能分為2 大 模塊：數(shù)字信號處理單元和中央控制單元。數(shù)字信號處理單元的核心處理器采用t i 公司生產(chǎn)的d s p ( t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 ) ，中央控制單元的核心處理器采用c i r r u sl o 百c 公 司生產(chǎn)的a r m 9 ( e p 9 3 0 2 ) 。 以t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 為核心處理器的數(shù)字信號處理單元主要完成數(shù)據(jù)采集、遙測數(shù) 據(jù)計算、諧波分析、故障邏輯處理算法以及s o e 、報告、故障錄波數(shù)據(jù)的存儲等功 能。片內(nèi)1 2 8 k 1 6 位的f l a s h 作為程序存儲器已經(jīng)足夠了；但1 8 k 1 6 位s a r a m 明顯 不足，由于保護裝置需要保存大量的報告和錄波數(shù)據(jù)，以備事后進行事故分析，因 此需要大容量的非易失性數(shù)據(jù)存儲器n v r a m 。從圖2 1 中可以看到，在本設(shè)計中， d s p 側(cè)外擴了如下存儲器：一個2 5 6 k x l 6 位的s r a m ，作為數(shù)據(jù)存儲空間；一個與中 央控單元通訊的4 k 1 6 位的d p r a m ；一個1 2 8 k 1 6 位的n v 蝴。在進行全通道 ( 4 明d 、每周波4 8 點錄波的情況下，一個錄波文件的大小為：4 8 點8 周波8 通道= 3 0 7 2 字，設(shè)計保存1 6 個錄波文件，則需空間為：3 0 7 2 字1 6 = 4 9 1 5 2 字；此外，還需要保 存報告文件和s o e 數(shù)據(jù)。 圖2 1f t u 控制器系統(tǒng)圖 c p l d ( c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ) 是一種復(fù)雜的用戶可編程邏輯器 件，最大優(yōu)點是使系統(tǒng)的分立元件使用數(shù)大大減少，縮小系統(tǒng)規(guī)模，降低功耗，增 加設(shè)計的靈活性。c p l d 可以完成大部分的邏輯判斷、時序控制、總線驅(qū)動和i o 口擴展等功能，另外，還具有先進的在線編程功能，可以在系統(tǒng)不關(guān)閉電源的情況 l o 廣iii|liii 華北電力大學(xué)碩十學(xué)位論文 下對c p l d 的內(nèi)部邏輯進行刷新，方便系統(tǒng)升級。c p l d 克服了d s p 和通用c p ui o 資源相對不足的缺點，利用c p l d 的可編程功能，使d s p 和通用c p u 之間的協(xié)調(diào) 和控制更加靈活，系統(tǒng)調(diào)試更加方便。 在數(shù)字信號處理芯片d s p 中嵌入德國一方梯隊i n f o t e a l t l 公司的s m a n p l c ，這種 嵌入式運行引擎支持可編程邏輯程序語言i e c 6 1 1 3 1 3 標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮了軟件的模塊 化設(shè)計思想，完全可以適應(yīng)配電網(wǎng)系統(tǒng)的靈活多樣性。一個工程中可以包含多個任 務(wù)，s m a n p l c 提供三種可用的多任務(wù)類型：循環(huán)任務(wù)( c y c l i ct a s k s ) 、定時任務(wù)( t i m 盯 t a s k s ) 和中斷任務(wù)( i n t e 肌p tt a s k s ) 。由于s m a n p l c 可以對各個模塊進行分類，并對同 類型的各個模塊設(shè)置不同的優(yōu)先級，對那些要求響應(yīng)速度快、實時性高、重要的模 塊設(shè)置較高的優(yōu)先級，而對另外一些沒有實時性要求的、重要性不高的模塊設(shè)置較 低的優(yōu)先級，因此，根據(jù)此原則可以把工程f t u 劃分為4 大功能塊，分別為保護算法 模塊、雙口任務(wù)模塊、各種檢查任務(wù)模塊和計算時實量模塊。 中央控制單元運行嵌入式l u x 操作系統(tǒng)，嵌入式l i n u x 操作系統(tǒng)的多任務(wù)、 多線程等特點保證了任務(wù)的實時性和可靠性，可以根據(jù)保護裝置不同的功能開放不 同的任務(wù)、分優(yōu)先級來進行管理。m c u 主要完成人機接口( h m i ) 、定值管理、g p s 脈沖對時、w e b 維護及通訊等外圍事務(wù)管理功能。 本裝置設(shè)有高速工業(yè)e t h e r n e t 接口( 帶隔離) 2 個，1 個作為i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 通 訊規(guī)約接口，1 個作為i n t e m e tw e bs e r v e r 服務(wù)接口；r s 4 8 5 ( 帶隔離) 接口一個， 作為i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 通訊接口；r s 2 3 2 ( 帶隔離) 接口一個，作為維護口或轉(zhuǎn)發(fā) t t u 數(shù)據(jù)。 雙c p u 間的數(shù)據(jù)共享通過4 k 的d p r a m 來實現(xiàn)，d p r a m 交換的數(shù)據(jù)：一種是由 d s p 定期寫入供通信m c u 上傳給主站的線路信息，如線路的電壓、電流、有功功率、 無功功率、頻率、開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)、動作記錄等；另一種是通信m c u 從主站接收的 需要由d s p 來處理執(zhí)行的命令以及d s p 執(zhí)行相應(yīng)命令后的響應(yīng)，如定值調(diào)整、設(shè)備 遙控等，它們較第一種數(shù)據(jù)具有優(yōu)先處理權(quán)。兩種數(shù)據(jù)被分別固定存儲在d p r w 的不同區(qū)域中，雙c p u 根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型對相應(yīng)的區(qū)域進行讀寫操作。當(dāng)出現(xiàn)第 二種類型的新數(shù)據(jù)時，m c u 會以中斷的方式告知對方存在第二類數(shù)據(jù)更新，需要對 方對數(shù)據(jù)進行及時處理。 保護、測量功能和其它擴展功能分開，一方面可以使d s p 專注與保護算法，降低 軟件設(shè)計的復(fù)雜程度，提高保護算法的可靠性，同時增強了程序的可讀性；另一方 面，擴展功能可由更擅長，諸如網(wǎng)絡(luò)通訊、人機接口等功能的m c u 完成，做到各施 所長。 華北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 嵌入式“n u x 簡介 2 2 1 “n u x 操作系統(tǒng)的特點 l i n u x 是一個互聯(lián)網(wǎng)時代的產(chǎn)物【1 0 】【1 1 1 ；在互聯(lián)網(wǎng)上產(chǎn)生、發(fā)展并不斷壯大起來。 l i n u x 最早由芬蘭赫爾辛基大學(xué)的計算機愛好者l i n u s t 0 r v a l d s 在1 9 9 1 年開發(fā)出來， 用以代替名為m i i l i x 的操作系統(tǒng)。l i n u x 從問世以來，一直受到業(yè)界的青睞，極具 吸引力。經(jīng)過1 0 余年的快速發(fā)展，l i n m 【已經(jīng)相當(dāng)成熟，其優(yōu)秀的性能不遜色于任 何商業(yè)操作系統(tǒng)。 l i n u x 是自由軟件家族中的一員，遵從g p l ( g n ug e n e r a lp u b l i cl i c e n s e ) 版權(quán)協(xié) 議。與傳統(tǒng)的商業(yè)軟件許可證不同，由美國麻省理工學(xué)院( m i t ) 的r i c h 莉s t a l l m 趾 創(chuàng)作的g p l 保證任何人有共享和修改自由軟件的權(quán)利，任何人有權(quán)取得、修改和重 新發(fā)布自由件的源代碼，并規(guī)定在不增加附加費用的條件下得到源代碼。這一規(guī)定 保證自由軟件的傳播費用很低，在使用i i l t e m e t 的情況下則是免費的。g p l 條款還 規(guī)定自由軟件的衍生品必須以g p l 作為它重新發(fā)布的許可證，這一規(guī)定保證自由軟 件及其衍生作品繼保持自由狀態(tài)。可以說，g p l 對推動自由軟件的發(fā)展起到重要的 作用。 正是由于l i n u x 是自由軟件，任何人在任何地方都可以花費很小的代價得到它 的源碼，按照自己的思想對其進行修改，并到i n t e m e t 上與其他人進行討論，因而 l i n u x 的發(fā)展十分良好而迅速。其內(nèi)核中出現(xiàn)的b u g 總是能在最快的時間內(nèi)得以解 決，其結(jié)構(gòu)經(jīng)過世界各地?zé)o數(shù)高手的修改而得以最優(yōu)化，可以提供更多的功能。這 些在商業(yè)軟件中難以想象的。也正是由于其源代碼是公開的，使其在對安全要求較 高的場合具有強大競爭力。 “n u x 符合p o s i x ( p o r t a b l eo p e r a t i n gs y s t e mi n t e r f a c c ，可移植操作系統(tǒng)界面) 標(biāo) 準(zhǔn)，因而可以稱為類u n i x 操作系統(tǒng)。按照層次結(jié)構(gòu)的觀點，在同一種硬件平臺上， l i n u x 可提供與u n i x 相同的服務(wù)，即相同的用戶級和程序員級接口。同時，“n u x 絕不是簡化的u n i x ，相反，它是強有力和具有創(chuàng)新意義的u n i x 操作系統(tǒng)，它不僅 繼承u n i x 的特征，而且許多方面超過了u n i x 。l i n u x 具有下列特點： ( 1 ) 多任務(wù)支持：指計算機同時執(zhí)行多個程序，而且各個程序的運行互相獨立。 l i n u x 系統(tǒng)采用分時技術(shù)，調(diào)度每一個進程平均的訪問微處理器。 ( 2 ) 多用戶支持：多用戶是指系統(tǒng)資源可以被不同用戶各自擁有，即每個用戶 對自己的資源有特定的權(quán)限，互不影響。 ( 3 ) 多處理器支持：從2 0 起，l i n u x 可以在多處理器體系結(jié)構(gòu)上運行，即操 作系統(tǒng)可以將任務(wù)分布在多個處理器上。 ( 4 ) 跨平臺支持：“n u x 可以在幾乎所有常見的硬件體系結(jié)構(gòu)上運行，包括i 3 8 6 、 1 2 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 a l p h a 工作站、a m 、m i p s 和s p a r c 等。這樣廣泛的跨平臺功能在其他主要的操作系 統(tǒng)中很少見。 ( 5 ) 分頁機制：l i n u x 將內(nèi)存分為大小為4 k b 的頁面，并以頁面為單位將不常 使用的數(shù)據(jù)置換到外存上，將需要使用的內(nèi)存頁面由外存裝載到內(nèi)存中。 ( 6 ) 可靠的安全性：l i n u x 采用許多安全技術(shù)措施，包括對讀寫進行權(quán)限控制、 帶保護的子系統(tǒng)、審計跟蹤、核心授權(quán)等，這為網(wǎng)絡(luò)多用戶環(huán)境中的用戶提供必要 的安全保障。 ( 7 ) 豐富的網(wǎng)絡(luò)功能：完善的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)是l i n u x 的一大特點。l i n u x 在通信和 網(wǎng)絡(luò)功能方面優(yōu)于其他操作系統(tǒng)。其他操作系統(tǒng)不包含與內(nèi)核如此緊密的結(jié)合在一 起的連接網(wǎng)絡(luò)的能力，更沒有內(nèi)置這些聯(lián)網(wǎng)特性的靈活性，而l i 嗽為用戶提供完 善、強大的網(wǎng)絡(luò)能力。對于網(wǎng)絡(luò)上的嵌入式系統(tǒng)( 有網(wǎng)絡(luò)支持的嵌入式系統(tǒng)) ，l i n u x 支持n f s ( n e 細o r kf i l es y s t e m ) 。這在軟件開發(fā)過程中很有用。開發(fā)人員可以在本 地編輯程序，交叉編譯后，不需要燒錄到嵌入式l i n u x 系統(tǒng)中即可通過直接運行。 ( 8 ) 健壯性：l i n u x 系統(tǒng)已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，時間證明它是一種 可靠性很高的系統(tǒng)。它的b u g 總是可以被很快發(fā)現(xiàn)，然后很快被解決。 2 2 2l i n u x 的應(yīng)用領(lǐng)域 1 大型服務(wù)器領(lǐng)域 當(dāng)今常用的服務(wù)器操作系統(tǒng)有u n i x 、l i 肌x 和w i n d o w s ，根據(jù)調(diào)查，l i n u x 操作 系統(tǒng)在服務(wù)器市場的占有率己達到2 5 。l i n u x 在企業(yè)化平臺上的應(yīng)用包括電子商 務(wù)、網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)服務(wù)、企業(yè)內(nèi)部管理協(xié)調(diào)應(yīng)用、信息數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。這些應(yīng)用的共 同特點就是要高性能的大型高端服務(wù)器，并具有高性能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。而操作系統(tǒng)所 擔(dān)任的職責(zé)是在保證系統(tǒng)運行絕對安全可靠的情況下，充分發(fā)揮出大型服務(wù)器的潛 能。并且企業(yè)級用戶要求操作系統(tǒng)易于維護和升級，在操作系統(tǒng)上有大量運行良好 的應(yīng)用程序。 2 桌面應(yīng)用領(lǐng)域 w i n d o w s 在桌面領(lǐng)域一直占據(jù)絕對的優(yōu)勢，但是隨著l i n u x 操作系統(tǒng)在圖形用 戶接口方面的發(fā)展，l i n u x 在桌面應(yīng)用方面也得到顯著的提高，越來越多的桌面用 戶轉(zhuǎn)而使用l i n u x 。事實證明，l i n u x 己經(jīng)能夠滿足辦公、娛樂和信息交流的需要。 “n u x 在桌面端的應(yīng)用包括：網(wǎng)絡(luò)客戶端、個人機、手提筆記本電腦。這些應(yīng)用的 特點是計算量比較小，網(wǎng)絡(luò)要求不高，但要求功能多樣化，使用簡單方便，界面美 觀，且程序加載方便。這樣，對操作系統(tǒng)的要求就是功能多樣，節(jié)省資源，界面方 便美觀，并且程序代碼量小，容易安裝和卸載。 3 嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 嵌入式應(yīng)用對操作系統(tǒng)的要求主要是：功能專一高效，高度節(jié)約資源，啟動速 度快，有些應(yīng)用場合對實時性的要求比較高。l i n u x 的以下特點使得它成為一個適 合于嵌入式開發(fā)和應(yīng)用的操作系統(tǒng)。 “n u x 的內(nèi)核精簡而高效。與微軟公司的w i n d o w s 操作系統(tǒng)或者普通的u n i x 系統(tǒng)不同，l i n u x 內(nèi)核的核心部分的代碼量非常少，可以用一張軟盤裝下。 再加上對不需要功能的裁減，內(nèi)核完全可以控制在1 0 0 k b 以下。 l i n u x 有高效的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，因此具備很好的網(wǎng)絡(luò)功能。 “n 1 1 ) 【的可修改性強。由于l i n u x 是一個代碼完全公開的操作系統(tǒng)，任何人 都可以對其代碼進行修改；“n u x 的模塊性比較強，也便于開發(fā)人員進行刪 減和修改。 l i n u x 支持多種體系結(jié)構(gòu)，因而具有良好的可移植性。 l i n u x 本身雖然不具備實時性，但是可以對其進行實時化的改造，一個成功 的例子是r t l i n u x 。 2 2 3 多線程技術(shù) 1 線程的概念 線程通常叫做輕型的進程【1 2 】【1 3 】。線程和u n i x 系統(tǒng)中的進程十分接近，一個 線程就是程序中的單個順序控制流。利用多線程進行程序設(shè)計，就是將一個程序( 進 程) 的任務(wù)劃分為執(zhí)行的多個部分( 線程) ，每一個線程為一個順序的單控制流， 而所有線程都是并發(fā)執(zhí)行的，這樣，多線程程序就可以實現(xiàn)并行計算，高效利用多 處理器，從而提高程序的性能，如i o 效率、計算速度及反應(yīng)速度等。 2 線程的優(yōu)勢 使用多線程的理由之一是和進程相比【1 4 】【15 1 ，它是一種非?！肮?jié)儉，的多任務(wù)操作 方式。在l i n u x 操作系統(tǒng)下，啟動一個新的進程必須分配給它獨立的地址空間，建 立眾多的數(shù)據(jù)表來維護它的代碼段、堆棧段和數(shù)據(jù)段，這是一種非?！鞍嘿F”的多任 務(wù)工作方式。而運行于一個進程中的多個線程，它們彼此之間使用相同的地址空間， 共享大部分數(shù)據(jù)，啟動一個線程所花費的空間遠遠小于啟動一個進程所花費的空 間，而且，線程間彼此切換所需的時間也遠遠小于進程間切換所需要的時間。使用 多線程的理由之二是線程間方便的通信機制。對不同進程來說，它們具有獨立的數(shù) 據(jù)空間，要進行數(shù)據(jù)的傳遞只能通過通信的方式進行，這種方式不僅費時，而且很 不方便。線程則不然，由于同一進程下的線程之間共享數(shù)據(jù)空間，所以一個線程的 數(shù)據(jù)可以直接為其它線程所用，這不僅快捷，而且方便。 3 線程的編程 l i n u x 操作系統(tǒng)下的多線程編程是一項復(fù)雜的工作，熟練運用“n u x 下多線程編 1 4 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 程需要豐富的經(jīng)驗和對l i n u x 操作系統(tǒng)的深刻理解，在這里我只簡要介紹一些多線 程編程能都用到的函數(shù)： ( 1 ) 線程的創(chuàng)建和終止 i n tp t h r e a d _ c r e a t e ( p t l l r e a d j 木t h r e a d ，p t l l r e a q a t t l t 幸a t t r ， v o i d 幸( 奉s t a r j r o u t i n e ) ( v o i d 奉) ， v o i d i a r g ) ： v o i dp t h r e a d e x i t ( v o i d 木r e t v a l ) ； ( 2 ) 線程控制調(diào)用 i n tp t h r e a d - c 鋤c e l ( p t t l r e a d jt 1 1 r e a d ) ； 在當(dāng)前線程中調(diào)用此函數(shù)，可以取消由參數(shù)t h r e a d 指定的線程。 i n tp t h r e a d j o i n ( p 她a d jt l l r e a d ，v o i d 幸t h r e a d e t u m ) ； 這個函數(shù)的作用是等待一個線程的結(jié)束。 ( 3 ) 線程之間的互斥 i n tp t h r e a d _ m u t e x j n i t ( p t h r e a d - m u t e x j m u t e x ，p t h r e a d _ i n u t e x a t t r _ t 幸a t t r ) ； 這個函數(shù)初始化互斥體變量m u t e x 。 i n tp t h r e a dm u t e x j