双核技术在群控电梯中的应用

1、浅谈“双核”技术在电梯群控系统中应用王增华（蒂森克虏伯电梯公司 上海2010/11/18）一、引言随着现代社会的发展，科学技术的进步，出现了众多 高层建筑和智能建筑；特别是最近几年中国城镇一体化进 程的加速。电梯，作为高层建筑的一种重要的交通工具， 其应用规模日益扩大。然而面对一些特殊建筑而言，如何 实现对电梯进行优化调度和合理分配，从而改善和提高电 梯系统的服务质量和工作效率。自1975年计算机群控管理 阶段以来用给定的电梯设备求得最大的运行效率和服务 质量将是始终不渝的追求。电梯作为一种交通服务系统，其控制技术也是伴随着 电子技术的不断发展，才取得了极大地进步；从而也为电 梯群控技术的发展

2、奠定了坚实的基础。电梯的群控策略受制于服务对象综合需求。不同的电 梯乘客流动模式，相应采用不同的电梯管理调度的策略。就 同一幢大楼而言，一天中不同时间段，如早晨、上午、中午、 下午和晚间，电梯乘客的流动也不相同，相应的电梯服务策 略也应该有所区别。就当前流行的情况而言，电梯群控的管理调度策略一般可分为:1快车(express)服务策略;2.分区(sectoring)按需 服务策略3.等间隔控制(equalized control)策略;4.计价服 务策略;5.自适应浮动(adapted floating)服务策略;6具有 人I智能(with Artificial Intelligence)的服

3、务策略。为 了更好的研究电梯群控技术和检验群控算法设计的运行效 果，我们首先就要从电梯群控的“大脑”着手，革除电梯行 业仍普遍采用8位或16位单片机作为主控制器的“所谓的成 本”格局。由于片内资源和运算能力的限制，无法在高层电 梯系统中使用，在群控制进行算法运算时往往耗时过多，不 能很好地做到实时响应甚至时常出现“死机”现象。另外电 梯行业智能化、网络化的发展趋势，也需要主控制器能够接 入互联网、实现智能化以适应人们的各项需求；而原有的8 位或16位单片机已无法完整实现这些功能，因此十分有必要 采用目前最先进“双核”处理器作为主控制器来开发群控系 统。虽然相比8位或16位单片机，“双核”处理器

4、的开发环境 有了很大变化，开发难度也出现了几何级的增长，但如果实 现的话就大大提高了项目的含金量；此时“所谓的成本”也 将转变成了该产品的升值砝码，同时又为行业的跨越式发展 解决了高端技术上的发展瓶颈，不仅对公司、行业都将产生 深远影响。近年来，结构简单、模型扩展性强并且仿真效果准确的数学模型已被广泛应用于电梯群控系统的建模，如基于有限 状态机的电梯逻辑控制系统和基于Petri网的电梯控制系统 等。这些建模方法取得了较大的进展，但随着电梯轿厢和建 筑物楼层及传感器数量的不断增加，模型结构不可避免地变 得复杂，实现模型的程序代码量和计算量不断增大，这也将 会扩大模型的系统误差，降低系统可靠。此时

5、利用“双核” 处理技术将会很好地解决当前所面临的一些问题；当然，想 要解决电梯群控制技术适应未来人们的多种需求，这只是其 中电梯群控技术发展的一个重要环节而已；然而需要解决的 问题有以下几个方面：1、群控系统的程序设计架构模式。2、电梯信号的采集方式方法及群控信息的分配。3、CAN总线的连接和传递方式。4、群控算法技术的建模与具体实施过程。二、群控系统的硬件架构在未过多了解“双核”技术前，不得不提及电梯群控系 统所处的环境和硬件架构。就目前市场上现有的16位处理器 来说，MIPS、POWERPC和ARM等处理器都有较强的外部控制 能力与一定的计算能力，而ARM系列的ARM16位微处理器市场 占

6、有率目前己达到80%左右，各种类型档次的ARM处理器选择 余地很大，开发资源丰富，因此选定了 ATMEL公司的工业级 处理器AT91M 40800作为主控制器，由于当前大都系统采用 CAN总线搭建系统通信网络，因此单独使用了 8位MCU P89C51 作为CAN节点控制器，还可以与主控制器实现冗余备份。最 终整个群控主板采用“双CP U架构”已成为可能，主CPU负责 群控算法的计算和I/O接口，副CPU则负责构成智能CAN节点 及LCD显示以及无线控制。双CPU之间通过双口 RAM通信，也 有部分信号通过电平转换电路转换后传递。硬件上大致可分 为三个部分：（1） IO信号与通信应用之32位MC

7、U AT91 M40800 及周边设备（简称“主微机部分”），（2） 8位MCU P89C51 及周边设备（简称“副微机部分”）（3） CAN现场总线通信（简 称为“总线通信部分”），这三个方面的因素对我们的系统 及相关的程序设计十分重要，现将在硬件架构环境结构图 2-1所示：在以上的双核群控板实例图中，主处理器与副处理器各 自的功能及协调关系已清晰地表答出来，从而也使得我们对 双处理器运行环境及外围架构有了进一步的认识；由于文章 篇幅的考虑；在接下来的工作中主要对主处理器的主程序、 外围部分电路设计加以介绍。三、主处理器的外围电路与程序从上面图1-1例的介绍中可以知道主处理器完成的功能 包括

8、I/O处理、派梯处理和群控算法等功能；如果将其功能 细分的话还包括：主微机存储、I/O处理、复位/看门狗电路、 时钟电路、内/外部中断以及JTAG接口部分。在此先说一下ARM存储系统，与其他中低档单片机不同, ARM处理器可以包含一个存储管理部件。最简单的存储系统 使用平板式的地址映射机制，地址空间的分配方式是固定 的，系统中各部分使用物理地址。而一些复杂的系统可能包 括一种或多种下面的技术，从而提供功能更为强大的存储系 统。系统中可能包含多种类型存储器件，如FLASH, SRAM和 SDRA M等，通常嵌入式系统的程序存储在ROM/FLAS H中，这样 系统断电后程序能够得到保存，但通常RO

9、M/FLASH与SDRA M相 比，速度慢很多，而且嵌入系统通常把异常中断向量表存放在RAM中，利用内存映射机制可以解决这种需要。在系统加 电时，将ROM/FLASH映射位地址0,这样可以进行一些初始 化处理；当初始化处理完成后将SDRAM映射为地址0，并将系 统程序加载到SDRAM中运行，这样很好地解决了嵌入式系统 的需要。ARM7TDM!处理器使用流水线来增加处理器指令流的 速度这样可使几个操作同时进行并使处理和存储器系统连 续操作。这些情况与ARM的运行模式、寄存方式有着必然的联系, 首先ARM使用门的数量少，其结构是基于精简指令集(RISC) 原理而设计的指令集和相关的译码机制，比复杂

10、指令集计算 机要简单得多；这样的简化实现了高的指令吞吐量、出色的 实时中断响应和小的高性价比的宏单元处理。3.1主微机AT91M40800部分AT91M40800是由ATMEL公司出品的32位MCU，它基于 ARM7TDM1处理器内核。AT91M40800拥有高性能的32位RISC结 构，代码密度高，能耗低，有大量内部空白寄存器进行快速 异常处理，使其很理想地用于实时处理。AT91M40800通过全 可编程的外部总线接口(EBI)与外部存储器包括FLASH进行 直接联系。8级优先权的矢量化中断控制器联系外围数据控 制器显著改进实时反应。其内部资源及外围电路特点如图 3-1所示：3.2 AT91

11、M40800外围电路部分主微机内部的各个模块与地之间都接上去耦合电容，以 增加工作稳定性，对于一些开漏输出或者内部含有弱上拉电 阻的引脚，则统一接上10K上拉电阻，增强驱动能力。主微 机周边电路接法如图3-2所示：3.3 AT91M40800处理器程序部分由于主微机AT91M40800处理器是基于ARM7TDM1处理器内 核，所以在对AT91M40800处理器进行系统初始化与语言运行 环境设计时，需要考虑程序代码会不会因芯片和外围硬件的 不同而存在差别；基于我们是采用的AT91M40800处理器环境 下的运行调试，用ARM指令作为引导程序代码是不错的选择, 下面就以AT9IM40800调试环境

12、下的初始化引导程序代码为 例进行扼要解释；不过在未做此项工作前最好还是先了解一 下主程序设计流程图。如图3-3所示：由于主流程图整体布局的实现，程序的设计已显得更加 明确；至于使用何种语言编写，那要看运行的硬件要求及设 计者的个人喜好了。下面便是AT91M40800处理器的部分代码 语言。首先定义代码段名称为reset ,属性为READONLY AREA reset , CODE, READONLY是否进入SEMIHOSTING调试环境IF:DEF :SEMIHOSTINGELSE： IMPORT-use_no_semihosting_s wiENDIF ;endif SEMIHOSTING1

13、.标识整个代码的初始入口点，操作系统通过跳转到该入口 点处执行加载该映象文件。2设置异常中断向量表BlnitReset;resetBundefvec;Undefined InstruetionBswivec;Software InterruptBpabtvec;Prefetch AbortBdabtvec;Data AbortBrsvdvec;reservedBirgvec; reservedBfigvec;reserved各异常中断处理程序的起始地址表:rsvdvec,irqvec,Fiqvec保留VectorT ableIdr pc, pc,#&18; Soft Rese tIdr pc,

14、 pc,#&18;UndefHandlerIdr pc, pc,#&181;SWI HandlerIdr pc, pc,#&18 ;Prefe tchAbor tH andlerIdr pc, pc,#&18 ;Da taAborHandler5个矢量的使用SoftReset DCD SoftResetundefvec DCD UndefHandlerswivec DCD SWIHandlerpabtvec DCD PrefetchAbortHandlerdabtvec DCD DataAbortHandler3跳转到低级初始化程序，启动外围部件lnitResetBl _low_lovel_i

15、nitlow level initmvn r0,#0; RO-OxFFFFFFFFIdr r1, =PS_ BASE ;开始电源置Str r0,rl,# PS_ PCER :使能外围时钟Mov pc,rl4;返回4.跳转到C代码主程序IMPORT _mainIdr r0,=-mainbx r0,END5.其中从3到4之间的重设中断控制器、导入缺省的中断处理 程序地址、初始化存储控制器，开始地址重映射、切换到用 户模式，使能中断等具体步骤就不在描述。3.4复位与看门狗电路就当前处理器的复位/与看门狗电路现状来看，几乎所有 的单片机都需要复位电路，对此电路的要求就是：在单片机 上电时能可靠复位，在

16、下电时能防止程序乱飞导致EEPROM中 的数据被修改;另外，单片机系统在工作时，由于干扰等各 种因素的影，有可能出现“死机”现象导致单片机系统无法 正常工作，为了克服这一现象，除了充分利用单片机本身的看门狗定时器(有些单片机无寿门狗定时器)外，还需外加个 看门狗电路;除此以外，有的单片机系统还要求在掉电瞬间 单片机能将重要数据保存下来，因掉电的发生往往是很随机 的，因而此类单片机系统需要电源监控电路，在掉电刚发生 时能告知单片机；MAXIM公司推出的一款MAX706S就是能满 足这些要求的佼佼者；下面就介绍该芯片的一些特点：复位输出。系统上电、掉电以及供电电压降低时，第(7)脚产生复位输出，复

17、位脉冲宽度的典型值为200ms,低电 平有效，复位门限的典型值为465V.看门狗电路输出。如果在1.6s内没有触发该电路(即第 步无脉冲输入)，则第(8)脚输出一个低电平信号。手动复位输入，低电平有效，即第脚输入一个低电平， 则第(7)脚产生复位输出。1 .25 V时，第脚输出一个低电平信号。复位与看门狗电路如图3-4所示：MAX813L是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电 源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便。它所提供的复 位信号为高电平，因而是应用于复位信号为高电平场合的单 片机系统的理想芯片。在实现双处理器群控技术上，我们分别介绍了主处理器 的硬件环境和架构、外围电路以及内核程序

18、代码等；至于副 处理器电路设计、CAN总线的链接及传递方式、群控的建模/ 算法的实现这些技术在此就不介绍了，可这并不说明这些内 容可有可无，相反正是由于它的重要一时无法展开太多探 讨；当然还有本人知识浅薄的原因，可我还是会与热爱电梯 行业的朋友们一起继续努力拼搏，为早日实现中国未来电梯 的长久发展奉献一点微薄之力。本文主要对“双核”中的主处理器进行了分析，同时对 外围电路及内核程序代码也分别作了介绍；对于双处理器群 控算法及实现过程、双核群控的建模和链接、副处理器与主 处理器之间的资源分配等就不在此阐述，具体原因在上文皆 可查到。就目前中国电梯市场的发展状况来看，如若真正意 义上的“双核”群控技术得以应用的话，必将会为电梯行业 的长远发展带来新的契机；