數(shù)據(jù)彈性交互綜合總線系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)二次設(shè)備內(nèi)部的通信技術(shù)，技術(shù)領(lǐng)域?qū)俟I(yè)測(cè)控領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)二次設(shè)備多采用基于插件模塊進(jìn)行功能組合的設(shè)計(jì)方式，插件模塊為獨(dú)立的功能單元，各插件模塊通過(guò)公共背板進(jìn)行物理連接構(gòu)成系統(tǒng)。插件模塊之間以背板總線為公共數(shù)據(jù)通道，通過(guò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，完成數(shù)據(jù)交互與共享，為信息處理奠定基礎(chǔ)。
[0003]電力各類應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)時(shí)延指標(biāo)有不同要求，對(duì)于模擬量采樣數(shù)據(jù)傳輸一般時(shí)延在百us級(jí)；對(duì)于常規(guī)1數(shù)據(jù)，傳輸時(shí)延為ms級(jí)。有些應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)帶寬有要求，如單臺(tái)保護(hù)設(shè)備從外部多臺(tái)過(guò)程層設(shè)備接收數(shù)據(jù)，那么設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸帶寬必須高于外部接口總帶寬。
[0004]故，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種包含以太網(wǎng)總線模塊、CAN總線模塊、同步串行總線模塊的綜合總線系統(tǒng)，可根據(jù)不同通信帶寬與時(shí)延的要求選擇總線，實(shí)現(xiàn)任意組合的總線通信功能。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明數(shù)據(jù)彈性交互綜合總線系統(tǒng)采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種數(shù)據(jù)彈性交互綜合總線系統(tǒng)，包括背板、以太網(wǎng)總線模塊、CAN總線模塊、同步串行總線模塊；以太網(wǎng)總線模塊包括用戶接口、接收控制、發(fā)送控制、MD1配置接口、先進(jìn)先出存儲(chǔ)區(qū)；用戶接口用于配置與狀態(tài)信息交互、報(bào)文讀寫；接收控制部分用于從外部接收以太網(wǎng)報(bào)文，實(shí)現(xiàn)報(bào)文校驗(yàn)與過(guò)濾功能；發(fā)送控制用于發(fā)送以太網(wǎng)報(bào)文；MD1配置接口完成對(duì)外部物理通道的配置；先進(jìn)先出存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)以太網(wǎng)報(bào)文；同步串行總線模塊包括用戶接口、串并轉(zhuǎn)換、并串轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)區(qū)；用戶接口用于配置與狀態(tài)信息交互、報(bào)文讀寫；串并轉(zhuǎn)換用于將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)；并串轉(zhuǎn)換用于將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)區(qū)用于報(bào)文的緩存；CAN總線模塊包括用戶接口、位定時(shí)、發(fā)送控制、接收控制、先進(jìn)先出存儲(chǔ)區(qū)；用戶接口用于配置與狀態(tài)信息交互、報(bào)文讀寫；位定時(shí)用于節(jié)點(diǎn)同步；發(fā)送控制用于發(fā)送CAN數(shù)據(jù)幀；接收控制用于接收CAN數(shù)據(jù)幀；先進(jìn)先出存儲(chǔ)區(qū)用于數(shù)據(jù)幀的緩存。
[0008]本發(fā)明集成以太網(wǎng)總線、同步串行總線、現(xiàn)場(chǎng)總線CAN，并支持靈活配置，實(shí)現(xiàn)任意組合方式的通信功能的技術(shù)即為數(shù)據(jù)彈性交互綜合總線技術(shù)；不同應(yīng)用類型的裝置可靈活地選擇這三類總線進(jìn)行組合使用，即可完成多種數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的需要，如常規(guī)保護(hù)測(cè)控裝置可以采用同步串行總線和現(xiàn)場(chǎng)總線，智能站設(shè)備裝置及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置高速ADC采樣需兼容以太網(wǎng)總線等。
[0009]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010](I)本發(fā)明的功能集成度高，減少印刷電路板面積，成本低。
[0011](2)支持電力系統(tǒng)二次設(shè)備內(nèi)部通信方式的多種選擇，使用方便、靈活。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明數(shù)據(jù)彈性交互綜合總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)彈性交互綜合總線系統(tǒng)的一個(gè)典型應(yīng)用圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)一種數(shù)據(jù)彈性交互綜合總線系統(tǒng)，包括背板、以太網(wǎng)總線模塊、CAN總線模塊、同步串行總線模塊。
[0016]以太網(wǎng)總線模塊內(nèi)部由用戶接口、接收控制、發(fā)送控制、MD1配置接口、先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)區(qū)等部分組成。用戶接口用于配置與狀態(tài)信息交互、報(bào)文讀寫；接收控制部分用于從外部接收以太網(wǎng)報(bào)文，實(shí)現(xiàn)報(bào)文校驗(yàn)與過(guò)濾等功能；發(fā)送控制用于發(fā)送以太網(wǎng)報(bào)文；MD1配置接口完成對(duì)外部物理通道的配置；FIF0用于存儲(chǔ)以太網(wǎng)報(bào)文。
[0017]同步串行總線模塊內(nèi)部用戶接口、串并轉(zhuǎn)換、并串轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)區(qū)等部分組成。用戶接口用于配置與狀態(tài)信息交互、報(bào)文讀寫；串并轉(zhuǎn)換用于將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)；并串轉(zhuǎn)換用于將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)區(qū)用于報(bào)文的緩存。
[0018]CAN總線模塊內(nèi)部由用戶接口、位定時(shí)、發(fā)送控制、接收控制、先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)區(qū)等部分組成。用戶接口用于配置與狀態(tài)信息交互、報(bào)文讀寫；位定時(shí)用于節(jié)點(diǎn)同步；發(fā)送控制用于發(fā)送CAN數(shù)據(jù)幀；接收控制用于接收CAN數(shù)據(jù)幀；FIF0用于數(shù)據(jù)幀的緩存。
[0019]圖1中的以太網(wǎng)總線模塊、同步串行總線模塊、CAN總線模塊均在FPGA內(nèi)部使用硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，電路具有很強(qiáng)的可移植性和重用性，即本設(shè)計(jì)稍作修改就可以移植到不同F(xiàn)PGA廠商的產(chǎn)品上，實(shí)現(xiàn)同樣的數(shù)據(jù)彈性交互綜合總線。
[0020]以太網(wǎng)總線模塊采用狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)文接收與發(fā)送流程，接收與發(fā)送狀態(tài)機(jī)在高頻時(shí)鐘節(jié)拍下分別獨(dú)立循環(huán)運(yùn)行，發(fā)送報(bào)文時(shí)將應(yīng)用層報(bào)文從發(fā)送FIFO中取出，按照以太網(wǎng)報(bào)文幀格式進(jìn)行組包，同時(shí)完成CRC校驗(yàn)計(jì)算；接收?qǐng)?bào)文時(shí)對(duì)以太網(wǎng)報(bào)文進(jìn)行解析、過(guò)濾并判斷校驗(yàn)值，將有效報(bào)文存入接收FIFO。
[0021]同步串行總線模塊在高頻時(shí)鐘的控制下完成串行報(bào)文的接收和發(fā)送，串行報(bào)文的數(shù)據(jù)鏈路層幀格式包括幀起始符、幀序號(hào)、長(zhǎng)度、應(yīng)用層數(shù)據(jù)、幀校驗(yàn)、幀結(jié)束符。物理層采用低壓差分LVDS信號(hào)實(shí)現(xiàn)。
[0022]現(xiàn)場(chǎng)總線CAN模塊基于位定時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)同步功能，發(fā)送狀態(tài)下從發(fā)送FIFO取出數(shù)據(jù)按照幀格式組幀、編碼、CRC校驗(yàn)計(jì)算；接收狀態(tài)下對(duì)CAN總線報(bào)文進(jìn)行解析、過(guò)濾并判斷校驗(yàn)值，將有效報(bào)文存入接收FIFO。
[0023]本發(fā)明的工作原理如下:
[0024]首先根據(jù)配置選擇總線通信方式，選擇的總線可以是三種總線的任意組合，然后針對(duì)特定總線進(jìn)行通信參數(shù)的初始化，芯片初始化結(jié)束后作為背板總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)同其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。以太網(wǎng)總線按照標(biāo)準(zhǔn)幀格式進(jìn)行報(bào)文收發(fā)，通信速率10Mbps、100Mbps或lGbps?，F(xiàn)場(chǎng)總線CAN按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議工作，通信速率最高達(dá)1Mbps。同步串行總線采用私有協(xié)議工作方式，通信速率達(dá)數(shù)百M(fèi)bps。各類應(yīng)用根據(jù)其數(shù)據(jù)傳輸對(duì)時(shí)延指標(biāo)的不同要求，可靈活選擇適用的總線，比如選擇實(shí)時(shí)同步串行總線，一般時(shí)延在確定的單個(gè)控制周期之內(nèi)，達(dá)到百微秒級(jí)；常規(guī)1數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延為ms級(jí)，選擇現(xiàn)場(chǎng)總線如CAN總線。有的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)帶寬有要求，比如對(duì)傳輸數(shù)據(jù)帶寬