[发明专利]一种基于FPGA的多DSP数据交换装置及交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性直流输电控制保护系统领域，具体涉及一种基于FPGA的多DSP数据交换装置及交换方法。

背景技术

柔性直流输电控制保护系统是柔性直流输电系统的核心组成部分之一，其负责实现交直流转换、直流输送功率和电压控制、交流系统无功和电压控制等复杂的控制功能，以及交流区保护、直流区保护和阀区保护等保护功能。随着柔性直流输电系统的电压等级和容量提升必然对相关控制保护系统性能提出更高要求。高电压超大容量的柔直系统控制功能复杂，保护配置繁多，并实时处理大容量的数据及复杂的算法，对软件和硬件设计的可靠性和稳定性有着更高的要求。

主控板是柔直控制保护系统的核心板卡，该板卡的设计将决定整个柔直控保系统的整体性能，FPGA+多DSP的设计将决定该系统具备强大的信号处理能力，FPGA协调多DSP信号接口，利用FPGA强大的信号接口能力，可以兼容不同协议的接口形式，可以大规模大容量传输信号，信号经多DSP复杂的逻辑处理，保证单个DSP负荷率较低，长期高可靠性的运行，实现多DSP之间的相互监视和数据校验，实现DSP芯片出错信息的实时检测，使系统的性能更加强大，可靠性更高，兼容性和系统处理能力更加强大，降低设备和装置的数量，实现多任务并行处理能力，从而满足高电压大容量柔直输电系统对控制保护的要求。

目前柔性直流输电控制保护装置核心CPU板卡多采用FPGA+DSP的技术路线，此种设计架构决定了对于软件编程来说，对所要执行的任务只能进行串行处理。对于更大传输容量的柔直工程存在处理能力不足的风险，需要随着柔直工程的更高需求进行硬件升级。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于FPGA的多DSP数据交换装置及交换方法，使系统处理能力得到成倍提升，通过将需要处理的任务由串行处理转换为并行处理，能够将任务处理周期成倍缩短，极大的提高了控制保护装置的实时响应能力，从而满足高电压大容量柔直控保系统处理大容量数据量，快速的计算速度，高实时性和高可靠性以及高稳定性的要求。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种基于FPGA的多DSP数据交换装置，FPGA用于处理外围接口信号，DSP作为运算的芯片，所述交换装置还包括：模拟量信号处理模块和开关量处理模块。

优选的，所述DSP与所述FPGA之间采用独立的地址总线、数据总线、读写使能总线和片选总线进行数据交互。FPGA与多DSP系统之间由完全独立的地址总线(涵盖16位，32位，64位等)，完全独立的数据总线(涵盖16位，32位，64位等)，完全独立的读写使能总线，完全独立的片选总线，从而保证所有的数据交互具有完全的独立性。

一种基于FPGA的多DSP数据交换装置的交换方法，所述交换方法包括：

(1)FPGA通过高速通讯IO口接收外部数据，采用并行总线传递给多个DSP；

(2)DSP接收FPGA发送的数据，经过滤波逻辑处理后，将判断结果发送给FPGA；

(3)FPGA根据柔直系统研究的要求将相关的结果分别发往后台和执行装置。

优选的，所述步骤(1)包括：所述FPGA将接收的外部数据存储到下载区，给所述DSP发出一个接收数据的中断信号，DSP收到FPGA的中断信号后，读取新数据，并写入需要上传的数据。

优选的，所述步骤(2)包括：

(2-1)所述DSP接收所述FPGA转发的数字信号和模拟量信号，并进行数字滤波，按照柔直控制保护系统的算法要求，剔除高频和低频信息；

(2-2)按照控制保护定值的要求，对柔直控制保护系统进行定值和时间判断。从而对柔直系统进行相关的操作，对柔直系统所发生的故障进行安全防护，对系统出现的任何故障能够快速的作出判断，快速隔离故障区域，保证柔直系统的正常运行。

优选的，所述步骤(3)包括：所述结果包括系统的电流、电压和产生的事件。

与最接近的现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

按照本发明设计的CPU板卡，处理能力得到成倍提升；同时，通过将需要处理的任务由串行处理转换为并行处理，能够将任务处理周期成倍缩短，极大的提高了控制保护装置的实时响应能力。

完全独立的地址总线和数据总线结构，多DSP结构中每个DSP和FPGA通讯实现独立的数据总线和地址总线，保证了数据交互的独立性，增强了系统并行处理数据的能力避免共用总线出现相互干扰。