0 引 言
区域监控 应用非常广泛，早期出现的智能大厦的烟火报警和能源供应系统、工业的温度压力多点监控系统等，到目前的智能小区、环保监测等。一个区域监控分为几个分区，如智能大厦的一层为一分区，使用一个主控机和几个分机构成分布式处理。区域监控的发展趋向于大覆盖范围，更细密的传感点，各点更多信息量，而对信息的传输和处理质量则要求更高，基本不能虚、漏报信息。典型如三峡库区的一系列环境和安全的区域监控系统，充分体现了上述特点。
1 设计思想
1.1 现阶段和发展提出了亟待解决的关键性问题
现在，同一区域内混布了各种功能的监测传感器，类型、精度利速率各式各样，因而必然要求控制设备能动态配置或在线更新，以适应不同类型传感器利不同总线通信协议：也就是说能方便地配套各种功能传感器。
并且，控制设备还应该方便动态地适应不同的区域，不必繁琐安装利调试；所谓强通用性，能用于各种场合。
再者，区域规模快速扩大、传感点密度增加，却要继续保证信息更高速率和更高处理质量；必然要求全部设备精简、易扩展、更低成本、布局简化；所谓能满足新一代需求的高效性能，同时更低成本、更精简设备、模块化方便易用。
另外，新一代区域监控系统中，一些监测点还需要实时性、优先权和特殊处理等更高的功能要求；也就是说必须改变不能对各点作综合细致分析的现状，功能上细致到能对每个点个性化处理的新层次。
1.2 继续应用现有系统设计思想将面临的困境
通常，多点信息只要经过滤波除噪、鉴别筛选等简单的信息处理，上位机就能根据信息的处理给出一监控区域分成多个分区模式的分布式处理。
但区域监控现阶段和发展过程已经提出非常强大的信息处理需求。再由上位机来完成多点信息的主要处理过程，则一部分会要求上位机极高频率，即使上位机提升性能勉强应付，也影响上位机的控制职能，不便优化系统和扩展规模，不符合工程模块化的全球趋势。更主要在于随规模进一步扩大，系统设计将进入死角。即使上位机采用最先进的主机系统，也根本不可能应付。如对多个点的并行实时的个性化处理等。
简言之，区域规模飞速扩大和对信息更高的处理要求，已经完全超出现有多点区域监控的多分区模式所能解决的范畴。多点区域监控的发展趋势已要求诞生一种新的分布式处理模式，和相关的监控系统设计思想理论。
1.3 多重上位机分布式处理思想
借鉴时分复用(TDM)的通信调制思想，以功能的精细分割复用来搭构出巨大繁琐的功能体，在新的层次上适应了区域规模的扩大，全系统性能质的提高区域分布庞大的监测点，各点的信息处理要求可以分为两过程：第一过程实时性强，以繁琐庞大的运算处理、通信传输为主，目标为分析出一点信息的最终结论，不妨称该过程为“监测信息的前期分析”；第二过程则针对该点信息结论输出相应动作的驱动信号，因此功能精简、控制性强，不妨称该过程为“监测信息的响应动作输出”。
多重上位机分布式处理思想就是将常规监控系统的所有测控功能完全肢解，绘制出树型结构的功能图，每一节点细分为一功能模块；叶节点模块就分布到需要该功能的监控区域中，构成该区域的一小型独立上位机系统；多个小型上位机又按功能关系与父节点构成中型功能的新一层上位机系统；依次而上，构成多重分布式的上位机系统；树型的多重上位机系统借鉴通信中对信息多阶TDM(时分复用)调制的思想，将集中于一体的上位机的各种功能看作通信中的各种初始信息，对庞大繁琐的功能体进行功能的细分复用，于是就像TDM调制实现了将庞大的信息精简传输处理一样，达到将繁琐复杂的功能体系以精简的功能节点和节点关联结构来实现的目的。因为各节点上位机功能简明专一，所以性能突出，设备很精简；该思想的节点(上位机)数增加很多、节点功能简单，所以用门电路实现各节点上位机硬件，在技术和成本上都最合适；动态配置技术可在硬件上减少上位机数量。
该思想与常见分布式思想也有本质区别：寻常的分布式一般按主从机结构，以逻辑、分区功能、简便等角度衡量出主从机分布图，没有完全固定的模式，每一上位机都包含了比较全面复杂的控制功能，可以独担一面。但该思想中，所有节点都是最精简的专一功能点，不存在主从的概念，只有子节点、父节点等关系起来的结构网才体现出复杂的功能体；所以各节点上位机可以有固定的标准功能，构成全部树型网的各设备能有统一的模式，因此设计人员的工作在于各节点的具体位置和关联线。也因此说明采用门电路器件实现各节点的硬件优势。区域监控的发展趋势主要针对海量信息“前期分析”过程提出了相当高要求。因此，若将大规模区域监控系统划分为“前期分析”出信息结论和“响应动作输出”两部分，则多重上位机分布式处理系统的根节点就是实现“响应动作输出”功能的上位机，也即最顶层上位机主控制机，其余的节点网构成“前期分析”网，下面称作“信息分析部件”：
1.3.1 系统流程上：信息分析部件对每一监测点配置一条实时流水线，进行个性化预处理，完成各点前期信息分析过程；对所有监测点的前期信息分析进行综合预处理，将信息结论传输到根节点上位机；根节点上位机只负责动作输出过程；根节点采用常规微处理器；信息分析部件由多个门电路数字芯片来实现，架构出各节点网。如图1。
1.3.2 器件选择上：信息分析部件选用实时性强的并行门电路芯片来实现，便于灵活构筑出功能节点网；根节点上位机仍采用常规单片机，因此对现有常规监控系统的升级只需要将信息分析部件嵌入到原有上位机与各点传感器间，充分利用系统的原有设备。
1.3.3 配套功能上：信息分析部件能动态配置，以便用于各种区域监控场合；设备精简、功能稳定低价；更主要在于易拓扑、最优布局。
2 芯片的系统结构流程
2.1 大规模 区域监控 与 通信系统 (主ˆ从)芯片的前期信息分析部件流程，如图2。
2.2 大规模区域监控与通信系统(主ˆ从)芯片的多阶TDM链网流程，如图3。
3 芯片主要优势性能的测试和技术简述
3.1 多重上位机分布式处理思想变革现有系统的常规设计思想，满足区域监控发展的关键所需如上所述，现有多点区域监控系统的性能根本不易于区域大规模的发展。
适应区域大规模扩展的测试性能：测试证明，对前期分析过程有用专职的信息分析部件(一个芯片组)来处理，性能就完全满足了区域规模扩大所提出的关键需求；且因为对每一监控点配置一条功能流水线，性能还有很大的提升空间。区域规模上具体表现：每芯片的覆盖半径200米，每片预设为8监控点；芯片组最大规模1024点，每组容量128片；则每组的最大有效监控区域可达115×107米2以上；每一组芯片负责区域监控的一个分区，则最大覆盖范围是常规区域监控系统一个极大分区(约104米2，参考文献5)的103倍，规模扩大到常规思想采用常规设备根本不可能达到的区域范围；各点流不涨的片内信道速率为4Mbitˆs；多点信息并行处理，芯片运行可靠稳定。
信息分析与综合部件的技术简述：芯片对各路监控点采用并行流水结构，分为接口系统、信息分析系统、结构综合系统和TDM通信系统，按流程一一简述。首先，接口系统根据在线配置的信息，得知各路传感器的精度位数、总线协议类型，在片内动态给各路传感器分配相应信号通道，完成各传感器信息与芯片间的通信；各路信号先并行进入到信息分析系统，流程为：滤波除高斯噪声以整形电平，并剔除突发噪声干扰；鉴定传感器信道类型为报警中断型还是数据型，各路中断信号进入报警中断型的各条流水线，数据信号到数据型的各条流水线；片内设置8块特定功能门电路模块，所对应的不同处理功能由根节点上位机的“配置作用”在线更新；上位机根据各路监控点不同处理要求，动态配置各特定功能模块到各路的处理流水线上。完成了先期分析的中断、数据两型的信号再经由综合系统，分别区分出信号到达次序，按次序和预置优先权得出TDM序列，送到两种类型的多阶TDM通信网。
3.2 区域最优布局
3.2.1 最优布局：采用多阶TDM通信链网、主从两种类型的芯片来构成芯片组的创新拓扑思想，实现在区域监控一个分区中的最优布局，最简布线和极易扩展。区域每层ˆ分区多个监测点的最优布局如图4，是现有监控分区最点布局中一种最精简的布局，各点构成多重TDM通信链网。每片8点，扩展多片只需每芯片的片间信道直接级联，最大扩展到1024点，128片，非常简便。
