双核技术在群控电梯中的应用

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CPU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MCU 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SDRAM等，通常嵌入式系统的程序存储在ROM/FLASH中，这样系统断电后程序能够得到保存，但通常ROM/FLASH与SDRAM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：