专利名称：一种基于32位微处理器和rtos的智能配电终端统一平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种配电终端设计领域的智能配电终端统一平台，具体涉及一种基于32位微处理器和RTOS (实时系统，Real-time operating system)的智能配电终端统一平台。
背景技术：
随着智能电网的发展，对配电终端性能提出了新的挑战。目前，在配电自动化中，不仅要求终端能够处理更多、更复杂的任务，而且对配电终端的实时性要求也日益提高。配电终端的功能已由单一故障检测与识别向功能多样化和集成化发展。而当前配电终端软件在设计上多采用单CPU、单进程的方式，这种结构设计无论是 在多任务处理方面，还是在实时性方面都不能满足未来智能电网的要求。另外，传统配电终端在设计方法是一种紧偶合设计方法，这种方法扩展性差，灵活性小，只适合于功能单一应用场所。随着终端功能的增加，软、硬件设计越来越复杂，使得终端维护升级日益困难，甚至导致工程重复建设，造成资料浪费。传统终端设计方法已经不适应智能化、集成化程度越来越高的配电网的发展。迫切需要一种模块化设计，支持软、硬件添加/裁剪的终端设计案。下面对32位多核微处理器、DSP/BI0S实时操作系统、嵌入式Linux实时操作系统、嵌入式实时数据库和现场总线作如下说明I、32位多核微处理器多核微处理器把多个处理器核集成到同一个芯片上，分为对称多处理器SMP与非对称处理器AMP，而非AMP又可分为异构和同构。异构多核处理器使用不同类型的处理器运行不同的任务，最典型搭配方式有MCU+DSP、DSP+FPGA、MCU+FPGA等。与单核算微处理器相t匕，它有更高的通信带宽和更短的通信延时。因此，在并行方面多核微处理器在并行方面具有较强的优势。2、DSP/BI0S实时操作系统DSP/BI0S 是 TI 公司特别为其 TMS320C6000TM，TMS320C5000TM 和 TMS320C28xTM系列DSP平台所设计开发的一个尺寸可裁剪的实时多任务操作系统内核，是TI公司的CodeComposer StudioTM开发工具的组成部分之一。它主要由三部分组成多线程实时内核(抢占式多线程)；实时分析工具；芯片支持库。利用实时操作系统开发程序，可以方便快速的开发复杂的DSP程序。操作系统维护调度多线程的运行，只需将定制的数字信号算法作为一个线程嵌入系统即可；芯片支持库帮助管理外设资源，复杂的外设寄存器初始化可以利用直接图形工具配置；实时分析工具帮助分析算法实时运行情况。3、嵌入式Linux实时操作系统嵌入式Linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。与其它操作系统相比，Linux系统有以下优势。首先，其源代码开放，不存在黑箱技术；其次，Linux的内核小、效率高，Linux是可以定制的，其系统内核最小只有约134KB。第三，Linux是免费的操作系统(OS)，在价格上极具竞争力。Linux是一个跨平台的系统，可以支持二三十种CPU。而且性能稳定，裁剪性很好，开发和使用方便。4、嵌入式实时数据库嵌入式实时数据库是指可在嵌入式设备中独立运行的一种数据库系统，用以处理大量的、时效性强且有严格时序的数据，它以高可靠性、高实时性和高信息吞吐量为目标，其数据的正确性不仅依赖于逻辑结果，而且依赖于逻辑结果产生的时间。嵌入式实时数据库从本质上说是一个“内存数据库”，是一个由应用程序管理的内存缓冲池，它在系统中的作用就是一个供多个实时任务共同使用的共享数据区。5、现场总线现场总线(Fieldbus)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工 业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台，该智能配电终端平台在采用32位多核微处理器、现场总线技术、DSP/BI0S和嵌入式LINUX系统技术基础上，应用多核CPU数据交换技术、组件技术和实时数据库技术设计而出，该智能配电终端平台具有松偶合性，软件设计灵活，实时性高、灵活性好、扩展性好和体积小优点。本发明的目的是采用下述技术方案实现的一种基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台，其特征在于，所述智能配电终端平台采用分立板卡式结构；所述智能配电终端平台包括DSP微处理器模块、ARM微处理器模块和现场总线；所述DSP微处理器模块通过现场总线与背板连接；所述ARM微处理器模块通过现场总线与背板连接； 所述DSP微处理器模块采用DSP/BI0S实时操作系统；所述ARM微处理器模块采用嵌入式Linux实时操作系统。优选的，所述DSP微处理器模块包括DSP芯片、DSP外设、定时器、中断和内存；所述定时器、中断和内存集成于DSP芯片上。较优选的，所述DSP外设包括断路器、遥信接口、遥测接口、A/D采样器和无功补偿器；所述遥信接口和遥测接口通过总线接口与DSP芯片连接；所述A/D采样器和无功补偿器分别与DSP芯片连接。优选的，所述ARM微处理器模块包括ARM芯片和物理外设接口 ；所述物理外设接口与ARM芯片连接；所述ARM芯片采用AT91SAM9G20芯片或AT91SAM9G45芯片。优选的，所述现场总线包括总线、总线外设和总线接口。较优选的，所述总线外设包括DM9000控制器、共享内存、IXD液晶显示器、RS485总线外设和通用异步接收/发送装置UART ；
所述IXD液晶显示器、RS485总线外设和通用异步接收/发送装置UART分别与所述ARM芯片连接。优选的，所述板卡包括主板、电源板、数据采集板、I/O板、扩展电流采样板、通信板和无功补偿板；所述主板、电源板、数据采集板、I/O板、扩展电流采样板、通信板和无功补偿板通过背板分别与总线接口连接。优选的，所述嵌入式实时数据库运行于ARM微处理器模块，为所述ARM微处理器模块提供数据管理服务。所述嵌入式实时数据库是一个软件，运行于相应的嵌入式设备中，即ARM微处理器模块中，为ARM微处理器模块提供数据管理服务。 优选的，所述嵌入式Linux实时操作系统通过中断和共享内存与所述DSP微处理器模块进行数据交换。与现有技术比，本发明达到的有益效果是I、本发明提供的基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台具有松偶合性，软件设计灵活的优点任意DSP微处理器模块和ARM微处理器模块内部构造与其它模块间无直接关联，开发相互独立。只要软件开发人员遵循统一接口函数标准，就可以将功能模块加入智能配电终端。而且，组成整个应用程序的每个组件的内部结构和实现逐渐地发生改变时，它能够继续的存在。2、本发明提供的基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台具有实时性高的优点采用实时数据库提高数据处理速度。本方法将数据存储于ARM微处理器模块的RAM中，较传统存放于FLASH方式速度大约提高一个数量级。3、本发明提供的基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台具有稳定性高的优点实时任务与非实时任务分离，提高系统稳定性。将实时性要求较高的任务分离出来，运行在DSP微处理器模块的CPU中，即排除其它任务的干扰，保证任务的实时响应速度。ARM主要负责任务调度、历史数据处理等4、本发明提供的基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台具有扩展性强的优点当硬件系统需要升级改造时，只需要改动或添加相关硬件，并实现硬件物理层统一接口就可以完成系统软件和硬件的平滑升级；当智能终端需要加入新的功能时，只要实现协议库，然后关联上对应的物理接口就可以。5、本发明提供的基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台具有体积小的优点采用多核CPU，只有一颗芯片(集成的异构ARM+DSP)，减小硬件体积。集成度更高，
稳定性更高。
图I是本发明提供的基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台的结构框架图；图2是本发明提供的板卡连接示意图。
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。本发明提供的基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台，采用分立板卡式结构；智能配电终端平台包括DSP微处理器模块、ARM微处理器模块和现场总线；所述DSP微处理器模块通过背板与现场总线连接；所述ARM微处理器模块通过背板与现场总线连接；所述DSP微处理器模块采用DSP/BI0S实时操作系统；所述ARM微处理器模块采用嵌入式Linux实时操作系统。DSP微处理器模块包括DSP芯片、DSP外设、定时器、中断和内存；所述定时器、中断和内存集成于DSP芯片上。所述内存只能被DSP芯片访问。DSP外设包括断路器、遥信接口、遥测接口、A/D采样器和无功补偿器；所述遥信接口和遥测接口通过总线接口与DSP芯片连接；所述A/D采样器和无功补偿器分别与DSP芯片连接。DSP芯片可采用TMS320C6000系列的芯片。DSP微处理器模块具有强大数据处理能力和很高的运行速度，其搭载的DSP/BI0S实时操作系统以模块化方式向用户提供对线程、中断、定时器、内存资源和其它外设资源的管理。实际应用中定制的算法作为一个线程插入DSP/BI0S的调度队列，由DSP/BI0S实时操作系统进行调度。DSP/BI0S实时操作系统用于处理各种对实时性要求高的任务，如数据采集、信号处理及实时控制；所述ARM微处理器模块包括ARM芯片和物理外设接口；所述物理外设接口与ARM芯片连接；所述ARM芯片采用AT91SAM9G20芯片或AT91SAM9G45芯片。嵌入式Linux实时操作系统运行于ARM微处理器，适合处理实时性要求不高的实时任务，如通信、协议解析、数据管理等。嵌入式实时数据库运行于ARM微处理器模块的嵌入式Linux实时操作系统中，为ARM微处理器模块提供数据服务。现场总线包括总线、总线外设和总线接口。总线外设包括DM9000控制器、共享内存(共享内存指在多处理器的计算机系统中，可以被不同CPU访问的大容量内存)、LCD液晶显示器、RS485总线外设和通用异步接收/发送装置UART ;所述DM9000控制器和共享内存与总线连接；所述LCD液晶显示器、RS485总线外设和通用异步接收/发送装置UART分别与所述ARM芯片连接。共享内存既可以被DSP芯片访问，也可以被ARM芯片访问。板卡包括主板、电源板、数据采集板、I/O板、扩展电流采样板、通信板和无功补偿板；所述主板、电源板、数据采集板、I/O板、扩展电流采样板、通信板和无功补偿板通过背板分别与总线接口连接。在设计基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台时，包括下述步骤A、硬件平台设计智能配变终端微处理器使用异构ARM+DSP，操作系统采用DSP/BIOS和嵌入式Linux系统，结构采用分立板卡式进行设计。B、智能配电终端平台电路设计分析板卡功能和通信方式，进行电路设计。电路设计时，要在满足板卡通信要求的前提下，尽可能多的将多核CPU中外设资源引出，方便日后对智能配电终端应用扩展。C、任务分配DSP具有强大数据处理能力和很高的运行速度，其搭载的DSP/BI0S实时操作系统以模块化方式向用户提供对线程、中断、定时器、内存资源和其它外设资源的管理。实际应用中定制的算法作为一个线程插入DSP/BI0S实时操作系统的调度队列，由系统进行调度。DSP/BI0S实时操作系统用于处理各种对实时性要求较高的任务，如数据采、集、信号处理及实时控制；嵌入式Linux实时操作系统运行于ARM微处理器模块，适合运行实时要求不高任务，如通信、协议解析、数据管理等。D、外设资源分配包括DSP外设和现场总线外设；根据步骤C结果，对智能配电终端的硬件资源进行分配。在多核微处理器中，大部分处设对每个核都是可用的，为了防止使用过程发生冲突，必须对外设统一规划。如有外设共用情况，必须在软件设计中加入同步和保护机制。E、内核载剪、驱动开发根据步骤C和D的结果，对Linux内核进行裁剪，去掉无用的内核功能模块，得到定制的内核。对于没有步骤D内核中无驱动的外设，还要编写驱动加入内核。F、嵌入式Linux实时操作系统设计软件采用模块化的设计，应用动态库设计模式，将协议和人机交互界面程序放入独立的进程，同时对物理通道进行统一的封装；以实时 数据库为中心，通过接口函数与人机交互界面程序、协议进程组、DSP数据处理进程和数据维护进程交换数据；使用消息和信号机制完成进程间同步；通过中断和共享内存技术完成与DSP的数据交换。本发明提供的基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台，其中在嵌入式Linux实时操作系统下的应用程序开发采用组件技术，将功能抽象成模型，统一物理层数据操作接口，应用实时数据库管理数据，采用动态加载技术，实现程序模块化、松偶合设计。智能配电终端统一平台的硬件设计使用现场总线和板卡设计，插槽信号接口符合现场总线标准定义。实现硬件灵活设计，方便硬件升级和维护。智能配电终端统一平台终端使用多核微处理器，即异构的ARM+DSP。将ARM和DSP按功能分类，按其实时性要求分别运行于不同CPU，如DSP运行实时任务。软件设计时，采用模块化设计思想，各功能模块通过共享内存(CPU之间)或利用嵌入式实时数据库交换数据(Linux系统多进程之间)。本发明提供的基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台，采用基于32位多核微处理器、现场总线技术、DSP/BI0S、嵌入式Linux实时操作系统和嵌入式实时数据库技术，实现智能配电终端平台硬件和软件的模块化设计。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。
权利要求
1.一种基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台，其特征在于，所述智能配电终端平台采用分立板卡式结构； 所述智能配电终端平台包括DSP微处理器模块、ARM微处理器模块和现场总线； 所述DSP微处理器模块通过现场总线与背板连接； 所述ARM微处理器模块通过现场总线与背板连接； 所述DSP微处理器模块采用DSP/BI0S实时操作系统；所述ARM微处理器模块采用嵌入式Linux实时操作系统。
2.如权利要求I所述的智能配电终端统一平台，其特征在于，所述DSP微处理器模块包括DSP芯片、DSP外设、定时器、中断和内存。
3.如权利要求2所述的智能配电终端统一平台，其特征在干，所述DSP外设包括断路器、遥信接ロ、遥测接ロ、A/D采样器和无功补偿器； 所述遥信接口和遥测接ロ通过总线接ロ与DSP芯片连接； 所述A/D采样器和无功补偿器分别与DSP芯片连接。
4.如权利要求I所述的智能配电终端统一平台，其特征在于，所述ARM微处理器模块包括ARM芯片和物理外设接ロ ； 所述物理外设接ロ与ARM芯片连接； 所述ARM芯片采用AT91SAM9G20芯片或AT91SAM9G45芯片。
5.如权利要求I所述的智能配电终端统一平台，其特征在于，所述现场总线包括总线、总线外设和总线接ロ。
6.如权利要求5所述的智能配电终端统一平台，其特征在于，所述总线外设包括DM9000控制器、共享内存、IXD液晶显示器、RS485总线外设和通用异步接收/发送装置UART ； 所述IXD液晶显示器、RS485总线外设和通用异步接收/发送装置UART分别与所述ARM芯片连接。
7.如权利要求I所述的智能配电终端统一平台，其特征在于，所述板卡包括主板、电源板、数据采集板、I/o板、扩展电流采样板、通信板和无功补偿板； 所述主板、电源板、数据采集板、I/o板、扩展电流采样板、通信板和无功补偿板通过背板分别与总线接ロ连接。
8.如权利要求I所述的智能配电终端统一平台，其特征在于，所述嵌入式实时数据库运行于ARM微处理器模块，为所述ARM微处理器模块提供数据管理服务。
9.如权利要求I所述的智能配电终端统一平台，其特征在于，所述嵌入式Linux实时操作系统通过中断和共享内存与所述DSP微处理器模块进行数据交換。
全文摘要
本发明涉及一种配电终端设计领域的智能配电终端统一平台，具体涉及一种基于32位微处理器和RTOS的智能配电终端统一平台。该统一平台采用分立板卡式结构；智能配电终端平台包括DSP微处理器模块、ARM微处理器模块和现场总线；DSP微处理器模块通过背板与现场总线连接；ARM微处理器模块通过背板与现场总线连接；DSP微处理器模块采用DSP/BIOS实时操作系统；ARM微处理器模块采用嵌入式Linux实时操作系统。该智能配电终端平台在采用32位多核微处理器、现场总线技术、DSP/BIOS和嵌入式LINUX系统技术基础上，应用多核CPU数据交换技术、组件技术和实时数据库技术设计而出，该智能配电终端平台具有松偶合性，软件设计灵活，实时性高、灵活性好、扩展性好和体积小优点。
文档编号G05B19/418GK102736595SQ201210184789
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者姜建钊, 孙军平, 孙智涛, 李二霞, 李玉凌, 樊勇华, 盛万兴, 许保平 申请人:中国电力科学研究院