嵌入式RTU与GPRS通信模块的应用研究

近年来，嵌入式ARM微处理器因其片内资源丰富，功能强大，功耗低，性价比高，已逐渐成为工业控制发展的主流和必然趋势，使得以它为硬件核心构建的嵌入式系统具有广阔的应用前景，并且其通过有线或无线方式与网络互联通信也成为了必然趋势。本文即针对SCADA系统中的嵌入式RTU及其与GPRS模块通信进行了应用研究与设计。 本文主要研究工作包括：研究并实现了嵌入式RTU的软硬件设计。系统的硬件核心采用Philips公司推出的ARM嵌入式处理器—LPC2210，与以往用8位单片机系统实现模拟量采集和输出相比，它大大提高了控制对象的数量和实时性；软件平台采用嵌入式操作系统，提高了软件系统的可靠性。在系统设计时遵循选用最新的性能较优的器件和采用简单实用方法对系统功能进行了改进，比如，考虑到由于现场数据存储量大且连续变化，使得存储器擦写非常频繁，因而导致了存储器使用寿命的下降，对此，我们在设计存储器大容量串行E2PROM时，采用双层地址映射的循环队列方法，有效提高了存储器单元的使用寿命；采用ISP1581芯片进行了高速USB接口设计，使得接口速度达到12.5 M Byte／s，支持DMA传输，可很好地实现与大容量存储设备的接口。研究并实现了嵌入式RTU与GPRS模块的接口及其通信功能。GPRS通信模块采用技术成熟应用较广的法国Wave公司的WISMO模块。在实现通信过程中解决了两个关键问题，一是嵌入式RTU与GPRS modem的连接；二是在嵌入式RTU中嵌入实时操作系统μC／OS-Ⅱ，然后在μC／OS-Ⅱ中移植uIP，实现TCP／IP协议栈。研究并提出了增强嵌入式系统本身及其对外通信安全性的方法。针对嵌入式RTU系统本身的安全问题，我们采用了一种简单有效的方法即采用加密存储芯片AT88SC1616进行硬件电路的加密和重要数据的认证存储，从而极大提高了系统的安全性能。针对GPRS无线网络通信的安全问题提出了基于密码学的密码协议和密码算法的网络安全结构。