基于DSP的数字化继电保护测试仪的研制
孙辉
（湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430000)
的数字化智能保护设备.本文详细介绍了基于DSP系统的数字化继电保护测试仪的实现原理和硬件结构，并对测试仪的上下位机软件设计微了简 摘要：随者IEC61850标准在成国电力行业的大力推广和应用，数字化智能交电站成为今后变电站建设的发展趋势，各大继电保护厂家也推出了配单介绍.该测试仪遵彻1EC61850标准的相关规定，可作为数字化魅电保护设备调试、校验、检修的有效工具.
关键词：IEC61850数宇化继电保护
文献标识码:A
文章编号：1007-9416(2015)08-0120-02
因此实时数据处理能力是主控制器选型的关键技术指标.本测试仪方案采用DSPFPGA硬件架构，采用TI公司的TMS320VC5502作为DSP芯片，该芯片其有高达300MHz的工作主频，同时片内包含6个 硬件主控，TMS320VC5502是基于C55系列内核的高性能、低功耗独立的DMA通道，同时可外扩SDRAM用于大数据存储.本设计中 利用DSP芯片强大的数据运算能力实现实验流程控制，上、下位机通信，网络报文编解码等功能.
数字化继电保护设备的出现和大规模的投人实际电力生产中，为继电保护测试装置提出了新要求，新型的数字化继电保护测试装置，成为继电保乎测试系统的发展趋势，基于此种需求，我们提出了 一种新型的数字化继电保护测试仪的实现方式.
1总体构成
一定的电压、电流信号来监测继电保护测试装置，从而达到监测 继电保护测试仪的主要功能是按照既定的测试实验条件，产生电保护装置的逻辑功能和动作特性的目的，并根据实验数据生成相应的实验测试报告，为设备检修、运维提供可靠的数据分析依据.数 字化继电保护测仪由上位机（PC机)数字化继电保护测试仪主机组成.上位机主要工作是人机界面和实验参数配置和数据生成.下位 机由通信接口、光以太网输出接口、申行光输出接口、对时接口、硬节点输人输出接口以及电源组成，整机采用型材铝合金机箱，具有结构紧凑、功能完善、携带方便的特点.
2.2 FPAG系统
测试仅在运行中对时序控制有较为严格的要求，尤其是在数字化测试系统中、对采样报文和GOOSE报文的发送间隔都有严格的 时间间隔要求，因此本设计中时序控制采用FPGA实现，相对与DSP系统、FPGA系统在时序控制上能实现更为精准的时序，本方案中FPGA芯片主要作为以太网总线控制器，时间信号解码器，时序控制 触发器.FPGA芯片通过16位HPI接口与DSP相连，同时外扩32位以DSP之间的数据链桥接. 太网控制总线与以太网接口芯片相连.实现网络报文从接口芯片到
2硬件设计
2.3光以太网接口
本文所提出的数字化继电保护测试仅整体硬件结构如图1所示，
电保护设备用光纤接口取代了传统设备的电缆连接模式，因此，数 数字化继电保护设备与传统设备的一个显著不同是，数字化继字化继电保护测试仅的主要输出接口为光以太网输出.本方案中 MICREL公司的KSZ8862作为光接口驱动芯片，芯片内置两个100M以太网MACPHY接口，一个32位通用数据总线接口，可方便与通接到FPGA实现6个以太网输出接口的硬件设计. 用CPU总线相连.本设计中，采用3片KSZ8862芯片通过32位总线连
2.1 DSP控制器
数字化继电保护测试仅工作时，有大量的数据需要实时处理，
3软件设计
图2手动实验流程图
图1测试仪硬件结构图
3.1上位机软件
上位机软件运行在PC机平台，采用VisualC作为编程语言.整个测试系统软件采用模块化的设计思想，整，根据实现功能的不同，软件分为多个不同的模块，各个模块通过统一的接口集成到统 一的人机界面上.整个系统包括一下模块：人机界面模块、SCD解析及通用参数设置模块，通信接口口、专项实验模块等，上位机与下位机之间数据交换包括三个部分：报文模服、实验数据、控制命令.根 据IEC61850通信规约的特点，一个智能设备一且装置模型确定了，其发送的数据报文的格式也就确定了，变化的仅是报文帧中数据域 的实时数据，因此为提高上下位机的通信效率，测试仅所发送的报文首先以报文模版的方式下送至下位机保存，然后专项实验模块根据实验参数生成瞬时实验数据，然后通过通信口向下位机实时发送 实验数据和实验控制命令.以手动实验为例，上位机软件实验流程图2所示.
3.2下位机软件设计
下位机采用DSP作为核心控制芯片，这里我们采用TI公司提供的CCS3.3作为下位机软件开发平台.为了最大限度的发挥DSP芯片 的性能，在设计DSP程序时，采用C语言和汇编语言作为编程基础，同时DSP程序的运行环境不基于任何嵌入式系统.下位机的主要作 用是实验数据的数据帧合成和实验数据发送流程的控制.
3.2.1 DSP精环程序
及上下位机之间通信数据的处理. DSP主程序是一个单线程程序，主要作用是DSP系统初始化以
3.2.2 DMA服务程
在数字化继电保护测试仅运行过程中，有大量的数据需要在内存与外设之间传递，如果采用循环读写内存的方式处理数据搬运的效率十分低下，不能满足整个系统的设计需要. 工作，则整个DSP系统的大部分时间都被数据搬运的任务占用，这样
管理器，同时每个DMA通道均能独立的灵活配置，每个DMA通道完 本方案中所采用的DSP芯片TMS320VC5502内含6通道DMA成数据搬运工作后均能触发DMA中断，这里我们采用中断嵌套的
被激活事务拥有该监视器，进而拥有运行时所需要的数据库资源.
3.3多版本严格两阶段封锁协议
提出了改进的两阶段封锁协议，该协议融合了多种封锁协议的优点，据弃了它们的缺点，同时结合本文提出的事务模型的特点，称 之为多服本严格两阶段封锁协议，具体的实现方法如下.
改进的协议采用了两阶段封锁协议的优点，所调两阶段封锁协议是将事务分两个阶段提出加锁和解锁申请：（1）增长阶段：事务可 以获得锁，但不能释放锁（2）缩减阶段：事务可以释放锁，但不能获得新锁，两阶段封锁协议可以保证调度的事行化，但是不能保证调改，使其成为严格两阶段封镇协议.该协议除要求封锁是两阶段之 度的级联回滚，为了防止级联回滚，我们对两阶段封锁协议进行修外，还要求事务持有的排他锁必须在提交后可释放.这个要求 保证未提交事务所写的任何数据在该事务提交之前均以排它方式加锁，防止了其它事务读这些数据，同时，在事务授权加锁的过程中，可能出现饿死的现象，为了整免事务饿死，我们提出两个授权加 锁的条件：
(2）不存在等待对数据项Q加锁且先于要加锁事务申请加锁的事务. （1)不存在数据项Q上持有与当前类型锁冲突的锁的其它事务，这样，一个加锁申请就不会被其后的加锁申请阻塞.
3.4死镇处理
一般可采用下列措施：（1）明确每个线程的功能，确定在程序中
4结语
参考文献
4结语
参考文献
方式以一系列DMA操作完成测试仅报文组帧、发送报文的工作.当个步骤： 测试仅向外发送一帧报文时，这个过程中的DMA操作分为以下几
通道1，将SDRAM中的报文模板复制到DSP芯片RAM中的发送缓 （1）主程序查询全局标志位，如需发送报文则配置并激活DMA冲区，并配置DMA通道2 (2)DMA1任务完成后，进人DMA1中断股服务.(3)DMA通道2将SDRAM中的实验数据复制到DSP芯片RAM 务程序，在中断程序中启动DMA通道2的数据复制，退出DMA1中断中发送缓冲区中已存储报文模液的ASDU域，这样一个完整的SV报 文就存储到DSP芯片RAM中的发送缓冲区，（4)DMA2任务完成后，进人DMA2中断服务程序，在中断服务程序中，修改所需发送报文的相关参数，如采样序号、质量标记等.并修改全局变量标记位.然后 退出DMA2中断.（5)DSP主程序查询全局变量标记位，发现所需发缓冲区的数据通过HPI总线外设发送到FPGA芯片.（6)DMA3任务 送数据准备就绪，启动DMA3任务，DMA3任务是将DSP芯片内发送完成后，进人DMA3中断服务程序.修改全局标志位.
为继电保护专业的发展方向，本文提所出的一种基于DSPFPGA硬 随着技术的发展与进步，数字化智能设备必将取代传统设备成件平台的数字化继电保护测试仪，具有结构紧凑，功能完善的特点. 尤其是其上位机测试软件采用模块化、开放性的设计，可方便进行功能扩展，从而实现较为复杂的动态模型仿真功能，经测试，本测试 仅完全满足数字化变电站智能设备调试，检修的要求，为智能化变电站设备产品研发、设备运维、故障检修等提供了有力的测试手段.
制[J]-途 电 器 2008(8):2325 45.
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需要进行线程同步的位置，（2）当从一个同步方法调用另一个同步方法时一定要谨慎.(3）尽量缩短加锁的时间，在synchrorizx封装的块mized封装的同步块中，且synchronizxi的使用是产生用户级死锁的 中时间尽可能地短，需要长时间运行的任务尽量不要放在synchro-的嵌套调用.（4）如果某线程需要几种不同的资源，按种类给资源编 直接原因，慎重考虑同步方法之间的调用，尽量避免同步方法之间号，线程必须先得到小序号的资源，再申请大序号的资源.
据封锁协议即多服本严格两阶段封锁协议，同时，对线程的死锁问 结合内存数据库运行速度快，实时性强的特点，提出了新的数题给出了解决方案，通过上述事务管理器，内存数据库能方便的实现事务的并发控制，协调调度及死锁处理.
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