### 基于COLDFIRE MCF5270电力通讯管理机的设计
#### 概述
随着电力自动化技术的不断发展，电力通讯管理机作为连接电力系统各个环节的关键设备，其性能直接影响着整个电力系统的稳定性和可靠性。本文介绍了一种基于飞思卡尔（Freescale）MCF5270单片机的电力通讯管理机的设计方案，重点阐述了该管理机的硬件构成和软件设计。
#### 硬件构成
**1.1 单片机选择**
单片机选用了COLDFIRE MCF5270芯片。MCF527X系列单片机是飞思卡尔针对通用低端外设的联接扩展和网络市场空间而开发的一款高性能、低功耗的32位单片机。其V2 ColdFire核心在166MHz的时钟频率下能够提供高达159MIPS的处理能力，并且具备32×32位的增强型乘加运算单元和硬件除法器，极大地提升了数据处理速度和效率。此外，该单片机还配备了8K的指令/数据缓存以及丰富的外设资源，如1个以太网通讯控制模块、USB 2.0全速模块、3个UART、2个QSPI、I2C等，这些丰富的外设接口使得MCF5270可以轻松实现与其他设备之间的通讯连接。
**1.2 CPLD选择**
CPLD（复杂可编程逻辑器件）芯片选用了XILINX公司的XC9500系列器件的XC9572XL-10/TQ100型号。这款CPLD芯片可以通过JTAG在线编程，由72个逻辑宏单元和1600个可用逻辑门组成，能够根据具体需求灵活配置电路逻辑，提高系统的灵活性和适应性。
**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包括RTL8201、DM9161等，这些接口器件均提供MII接口和传统的7线制网络接口，可以方便地与MCF5270接口进行连接，从而实现网络通讯功能。
**1.4 串口转换芯片**
ST16C554是一款集成4个通道的增强型异步通讯组件，每个通道都能从外围设备或MODEM接收数据，实现串行到并行的转换；同时也能从CPU端接收数据，实现并行到串行的转换。CPU可以在工作时随时查询每个通道的完整状态，监视各种命令的执行和任何发生的错误，这极大地提高了通讯的可靠性和效率。
**1.5 其他主要器件**
- **SDRAM**: 选用的是SAMSUNG K4S281632，提供128M的程序运行时变量空间。
- **FLASH**: 使用SST39VF040存储程序代码和用于液晶显示的汉字库。
- **实时时钟芯片**: DS1390通过SPI接口与5270单片机连接，用于提供准确的时间信息。
- **SD卡**: 通过SPI接口与5270单片机连接，主要用于存放配置文件。
#### 软件设计
**2.1 操作系统移植**
该电力通讯管理机采用了μC/OS-Ⅱ操作系统，并在此基础上加入了μC/FS文件系统模块和μC/TCP-IP协议栈模块。μC/OS-Ⅱ作为一个实时内核，最多可以支持56个任务，其内核为抢占式，总是执行就绪态的优先级最高的任务，并且支持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，从而实现了高效的多任务处理。
**2.2 应用程序介绍**
系统上电后，完成初始化流程并开始读取SD卡中的配置文件。配置文件包含13个文件，涵盖了所有的系统配置参数。然后初始化系统变量，置位循环标志，再根据配置文件中各端口通讯参数的设置初始化相应的通讯端口，并为每个使用到的通讯端口创建一个串口数据接受进程，将该端口上接收的数据存放到相应的缓冲区中。接着加载配置文件中各使用端口的通讯协议，并为每个通讯协议创建一个进程，依据该通讯协议规则收发数据。最后创建三个系统公共进程：离线设备监视进程、时钟同步进程和SOE处理进程。所有进程创建完成后，进入主循环，读取当前时间并显示到液晶上，处理调度遥控命令。
#### 配置软件
配置软件是针对该电力通讯管理机进行配置维护、对象建模和浏览调试的管理工具，运行于Windows NT/2000/XP平台上。通过网络连接，可以配置各种运行对象、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。
#### 结语
经过实际使用的验证，这种基于COLDFIRE MCF5270单片机的电力通讯管理机无论是在现场工程调试方面，还是在远程管理维护方面都表现出极高的便利性，大大减少了现场的工作量，具有配置简单、维护便捷、结构小巧等优点，展现出良好的应用前景。
