中心議題：
- 基于SNMP的UPS接口轉(zhuǎn)換卡設(shè)計(jì)方案
解決方案：
- UPS監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- UPS接口轉(zhuǎn)換卡設(shè)計(jì)
- UPS監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理
不間斷電源（UPS）能夠給計(jì)算機(jī)等電力電子設(shè)備提供持續(xù)穩(wěn)定的不間斷電源供應(yīng)，以避免因供電不穩(wěn)定時(shí)而造成的設(shè)備損壞。但是由于UPS有限的備用時(shí)間，以及在工作中可能存在的各種異常情況，使得管理人員必須及時(shí)準(zhǔn)確地了解設(shè)備運(yùn)行時(shí)的電力環(huán)境，掌握UPS的工作狀況。目前大多數(shù)UPS監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)RS232或RS485的串行接口對(duì)UPS進(jìn)行人工值守的方式進(jìn)行監(jiān)控。但這兩種接口都有傳輸距離的限制，不能實(shí)現(xiàn)任意距離的分散式遠(yuǎn)程監(jiān)控。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了一種基于SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的UPS監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了集成SNMP協(xié)議的硬件接口轉(zhuǎn)換卡，使得僅擁有串行接口的UPS具有連網(wǎng)能力，從而實(shí)現(xiàn)了UPS的網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 監(jiān)控系統(tǒng)框圖
整個(gè)系統(tǒng)的核心為基于SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的接口轉(zhuǎn)換卡。接口轉(zhuǎn)換卡一端通過(guò)網(wǎng)線與監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連，管理人員通過(guò)計(jì)算機(jī)可方便地對(duì)其進(jìn)行操作。接口轉(zhuǎn)換卡另一端通過(guò)與UPS上的串行接口連接，來(lái)獲取UPS工作的各種信息及參數(shù)，然后再利用SNMP協(xié)議將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為管理信息庫(kù)（MIB）節(jié)點(diǎn)的變量值。管理員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理軟件對(duì)MIB節(jié)點(diǎn)變量進(jìn)行操作，從而獲得各UPS的監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)了安全可靠的遠(yuǎn)程分散式管理。
2 接口轉(zhuǎn)換卡
2.1 硬件結(jié)構(gòu)
單個(gè)的接口轉(zhuǎn)換卡主要由處理器、串口電路以及以太網(wǎng)接口電路組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖2 轉(zhuǎn)換卡結(jié)構(gòu)框圖
用戶可根據(jù)自己的需求，定義包含UPS監(jiān)控信息參數(shù)的管理信息庫(kù)，并將其保存。接口轉(zhuǎn)換卡的串行接口電路與UPS上的串行接口相接，控制器通過(guò)控制串行接口電路來(lái)獲取UPS的工作信息。處理器將接收到的數(shù)據(jù)與管理信息庫(kù)中所定義的數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)并保存，并通過(guò)以太網(wǎng)接口電路定時(shí)向網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)發(fā)送用戶需要的即時(shí)信息。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對(duì)管理信息庫(kù)中的變量進(jìn)行操作，向接口轉(zhuǎn)換卡發(fā)送查詢和設(shè)置節(jié)點(diǎn)等命令，處理器通過(guò)查詢MIB中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信息，根據(jù)串口通信協(xié)議向UPS發(fā)出相應(yīng)的命令，再將得到的結(jié)果返回給網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。
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2.2 以太網(wǎng)接口電路
由于處理器內(nèi)并未提供物理層接口，因此需外接一片物理層芯片，以提供以太網(wǎng)的接入通道。如圖2所示，以太網(wǎng)接口電路由以太網(wǎng)物理層芯片CS8900A，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器FB2022和RJ45接口所組成。
CS8900A采用I／O模式，硬件電路簡(jiǎn)單，對(duì)寄存器的操作通過(guò)I／O端口O寫入或讀出。在I／O模式下，PacketPage存儲(chǔ)器被映射到處理器的8個(gè)16位的端口上。在芯片上電后，I／O基地址的默認(rèn)值被置為300H。使用CS8900A作為以太網(wǎng)的物理層接口，在收到由主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)后（從目的地址域到數(shù)據(jù)域），偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)線路。如果線路忙，則等到線路空閑為止；否則，立即發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。在發(fā)送過(guò)程中，首先添加以太網(wǎng)頭（包括前導(dǎo)字段和幀開始標(biāo)志），然后生成CRC校驗(yàn)碼，最后將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)上。在接收過(guò)程中，CS8900A將從以太網(wǎng)收到的數(shù)據(jù)幀在經(jīng)過(guò)解碼、去幀頭和地址校驗(yàn)等步驟后緩存在片內(nèi)。在CRC校驗(yàn)通過(guò)后，CS8900A會(huì)根據(jù)初始化配置情況，通知主機(jī)接收到了數(shù)據(jù)幀。最后，用DMA模式傳到主機(jī)的存儲(chǔ)區(qū)中。接口轉(zhuǎn)換電路中的以太網(wǎng)接口電路電路圖如圖3所示。
圖3 以太網(wǎng)電路圖
如圖3所示，本設(shè)計(jì)采用的是在通用的嵌入式微處理器$3C2440A上擴(kuò)展以太網(wǎng)接口的方式。CS8900A通過(guò)總線與處理器相連，中斷與處理器外部中斷相接。S3C2440A的數(shù)據(jù)線DB[15：0]與CS8900A的數(shù)據(jù)線SD[15：0]連接，地址線AB[19：0]與CS8900A的數(shù)據(jù)線SA[19：0]連接，用來(lái)實(shí)現(xiàn)CS8900A與S3C2440A之間的數(shù)據(jù)傳輸；S3C2440A的NET_IOR引腳連接CS8900A的讀引腳nIOR，NET_IOW引腳連接CS8900A的寫引腳nIOW，用來(lái)控制CS8900A的讀寫；CS8900A與網(wǎng)絡(luò)的連接由接收信號(hào)線RXD+、RXD-和發(fā)送信號(hào)線TXD+、TXD-通過(guò)隔離變壓器FB2022與以太網(wǎng)水晶接頭RJ_45相連。隔離變壓器的主要作用是將嵌入式系統(tǒng)與外部線路相隔離，防止干擾和燒壞元器件，實(shí)現(xiàn)帶電的插拔功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
圖4 FB2022 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
3 數(shù)據(jù)管理
為了使網(wǎng)絡(luò)管理變得簡(jiǎn)潔有效，本設(shè)計(jì)中采用了因特網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）制定的基于TCP／IP參考模型的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）。通過(guò)對(duì)SNMP軟件包的解包以及擴(kuò)展agent代理等操作，將處理器獲取的UPS工作信息轉(zhuǎn)化為MIB節(jié)點(diǎn)變量值。從而實(shí)現(xiàn)了由串口監(jiān)控到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的UPS監(jiān)控方式的轉(zhuǎn)變，使其能夠更為有效地在SNMP協(xié)議下進(jìn)行監(jiān)控。
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3.1 μCiinux的移植
本設(shè)計(jì)中采用了帶有SNMP協(xié)議的μClinux操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單。不僅完成了串行接口到網(wǎng)絡(luò)接口的轉(zhuǎn)換，還使用戶可以通過(guò)監(jiān)控界面按照SNMP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一管理。對(duì)于μClinux系統(tǒng)U-boot是最合適的Bootloader，其設(shè)計(jì)過(guò)程如圖5所示。
圖5 Uboot設(shè)計(jì)過(guò)程
3.2 串行數(shù)據(jù)解析
由于移植SNMP軟件包后用戶只能對(duì)當(dāng)前軟件包中的MIB庫(kù)進(jìn)行操作，因此還需要添加自己定義的MIB庫(kù)，將SNMP擴(kuò)展的代理程序添加到μClinux操作系統(tǒng)中去。根據(jù)專為UPS制定的串口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)MegaTec，可先向UPS發(fā)送信息查詢命令，然后將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，從而得到了UPS的基本信息，返回給監(jiān)控系統(tǒng)。MegaTec協(xié)議中規(guī)定了通過(guò)串口監(jiān)控UPS的命令格式以及其他各項(xiàng)基本參數(shù)，用戶只需發(fā)送相應(yīng)的命令即可得到需要的UPS工作信息。串口解析數(shù)據(jù)的流程如圖6所示。
圖6 串口數(shù)據(jù)解析流程
結(jié)束語(yǔ)
本文提出了一種智能的基于SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的UPS接口轉(zhuǎn)換卡的設(shè)計(jì)方案。其中以太網(wǎng)接口電路由以太網(wǎng)物理層芯片CS8900A，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器FB2022和RJ45接口所組成。軟件設(shè)計(jì)使用了μClinux操作系統(tǒng)，可以方便地移植SNMP應(yīng)用程序，使得僅擁有串行接口的UPS具有連網(wǎng)能力，實(shí)現(xiàn)了UPS由串口監(jiān)控到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的轉(zhuǎn)變，完成了UPS的網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控。
