基于Aurora协议的电磁暂态实时仿真通讯方法和装置与流程

本发明涉及一种仿真通讯方法和装置，具体涉及基于Aurora协议的电磁暂态实时仿真通讯方法和装置。

背景技术：

由于电力系统运行的连续性，要求所有电力系统设备在运行前进行完备的测试才能接入系统；尚且无法为接入的设备提供运行测试环境。

而电力系统实时数字仿真系统能够实时模拟电力系统的各种运行工况，重复性强，可用于电力系统设备的各种测试和运行监测，并获得了广泛应用。

基于FPGA的小步长仿真系统把成熟的电磁暂态仿真系统简化到FPGA芯片上运行，使得系统仿真能力大大提升；同时，随着FPGA芯片的计算频率的提升，电磁暂态的仿真步长提升到1微秒甚至更小的仿真尺度，为精确模拟电力系统的各种运行工况和暂态响应提供了可能。

FPGA电磁暂态仿真精度需要进行双精度浮点运算，而相对双精度64位的浮点计算对FPGA的计算和存储的空间提出了更高的要求。目前市场上最先进的FPGA是Xilinx的V7系列的FPGA，以XC7V690T为例，它含有477,760个(Logical Cell Block),34,380kb的存储空间，1920个DSP计算单元。FPGA的优势在于计算DSP和Logical Cell，同时它34MB左右的存储空间限制了FPGA的计算功能。

针对FPGA的资源限制，理想的解决方案是采用服务器后平台支持。具体来说就是通过服务器平台的可扩展资源，实现FPGA仿真的快速数据交互、数据处理和数据存储。

这种后平台支持方案中需要提供高带宽的数据通讯方案。带宽与传输的数据量的个数的关系必须满足以下公式：

$n=\mathrm{P\Δt}\frac{1}{\mathrm{DL}}$

上式中，P表示带宽，DL表示数据长度，双精度浮点数的数据长度为64位。Δt表示FPGA的仿真步长。

然而基于TCP/IP的传统通讯协议方案仅支持带宽为1000Mb/s，带宽和延迟并不稳定，特别是当FPGA的计算仿真步长下降到1-2微秒的尺度甚至更低时，不但无法满足FPGA平台仿真需要；而且对于其他的高速通讯方案也存在着带宽限制和传输稳定性的不足。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出基于Aurora协议的电磁暂态实时仿真通讯方法和装置， 分别针对物理层通信和功能层通信制定通讯方案，有效解决了通讯问题，增加了传输带宽和数据传输的稳定性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

基于Aurora协议的电磁暂态实时仿真通讯方法，由物理层通讯和功能层通讯组成；

所述物理层通讯包括：确定FPGA电磁暂态实时仿真的高速Aurora通讯协议格式；

动态绑定独占端口；

所述功能层通讯包括：制定连续寻址的数据块；

直接访问FPGA的BlOCK RAM。

优选的，所述高速Aurora通讯协议格式包括，光纤通讯数据帧的有效识别位为32位、保留位为16位、有效长度标志位为16位、时间戳为64位和有效数据小于2000位。

优选的，所述动态绑定独占端口包括，将CPU的任一核进程绑定至光纤端口上，通过DMA映射将光纤通讯数据传输到DMA地址空间中。

优选的，所述数据块包括起始地址、数据类型、有效数据长度和打包方式。

进一步地，所述数据块连续存放于FPGA内存中，通过光纤通道使得光纤端口直接控制总线。

基于Aurora协议的电磁暂态实时仿真通讯装置，所述系统包括，第一通讯模块和第二通讯模块；

其中，所述第一通讯模块用于确定FPGA电磁暂态实时仿真的高速Aurora通讯协议格式和动态绑定独占端口；

所述第二通讯模块用于制定连续寻址的数据块，并直接访问FPGA的BlOCK RAM。

优选的，所述第一通信模块包括，第一通信单元，用于光纤通讯数据帧的有效识别位为32位、保留位为16位、有效长度标志位为16位、时间戳为64位和有效数据小于2000位。

优选的，所述第一通信模块还包括，第二通信单元，用于将CPU的任一核进程绑定至光纤端口上，通过DMA映射将光纤通讯数据传输到DMA地址空间中。

优选的，所述第二通信模块包括，第三通信单元，用于将数据块连续存放于FPGA内存中，通过光纤通道使得光纤端口直接控制总线。

与最接近的现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1.本发明对于物理层通讯技术，提供了适合FPGA电磁暂态实时仿真的基于高速Aurora通讯协议的物理层通讯协议；其通讯协议简化了中断和应答的操作，采用通道独占式点对点通讯方案，简化了数据格式，默认为16位整形数传递；设计了独特的帧格式结构，适用于 FPGA电磁暂态仿真的应用场景，对一个数据帧的长度的进行了优化，大大提高了通讯效率。

针对物理层的通讯技术开发了实时调用机制，采用高效的绑定式通讯调用方式，在服务器运行过程中，动态的绑定、解绑光纤通道，有效的避免了由于CPU进程的占用和锁死导致的实时通讯的中断问题。

2.对于功能层通讯技术，本发明定义了数据块通讯方法，使得通讯协议通过地址直接选址到FPGA的存储区中，是一种非常高效的访问方式。

附图说明

图1为Aurora协议的电磁暂态实时仿真通讯中物理层通讯方法流程图；

图2为Aurora协议的电磁暂态实时仿真通讯中功能层通讯方法流程图；

图3为FPGA电磁暂态实时仿真的数据通讯帧结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

结合图1和图2所示，基于Aurora协议的电磁暂态实时仿真通讯方法，由物理层通讯和功能层通讯组成，所述物理层通讯包括：确定FPGA电磁暂态实时仿真的高速Aurora通讯协议格式；

动态绑定独占端口；

所述功能层通讯包括：制定连续寻址的数据块；

直接访问FPGA的BlOCK RAM。

所述高速Aurora通讯协议格式包括，光纤通讯数据帧的有效识别位为32位、保留位为16位、有效长度标志位为16位、时间戳为64位和有效数据小于2000位。

所述动态绑定独占端口包括，将CPU的任一核进程绑定至光纤端口上，通过DMA映射将光纤通讯数据传输到DMA地址空间中。

所述数据块包括起始地址、数据类型、有效数据长度和打包方式。

如图3所示，所述数据块连续存放于FPGA内存中，通过光纤通道使得光纤端口直接控制总线。

基于Aurora协议的电磁暂态实时仿真通讯装置，所述装置包括，第一通讯模块和第二通讯模块；

其中，所述第一通讯模块用于确定FPGA电磁暂态实时仿真的高速Aurora通讯协议格式和动态绑定独占端口；

所述第二通讯模块用于制定连续寻址的数据块，并直接访问FPGA的BlOCK RAM。

所述第一通信模块包括，第一通信单元，用于光纤通讯数据帧的有效识别位为32位、保留位为16位、有效长度标志位为16位、时间戳为64位和有效数据小于2000位。

所述第一通信模块还包括，第二通信单元，用于将CPU的任一核进程绑定至光纤端口上，通过DMA映射将光纤通讯数据传输到DMA地址空间中。

所述第二通信模块包括，第三通信单元，用于将数据块连续存放于FPGA内存中，通过光纤通道使得光纤端口直接控制总线。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。