[发明专利]VxWorks系统下提高智能变电站快速报文处理速度的方法

说明书

(一)、技术领域  本发明涉及一种VxWorks系统下提高智能变电站快速 报文处理速度的方法，属于电力系统自动化领域。

(二)、背景技术  智能变电站是智能电网的重要一环。在传统变电站中， 保护测控装置通过大量的硬接线直接采集模拟量和开入、开出信号。在智能变 电站中，过程层电子式互感器采集的信号经合并单元汇总后，通过光纤发布到 以太网上，智能开关也将自己采集的开关状态量发布到以太网上，保护测控装 置采用组播订阅的方式获取所需的信息，并且通过网络将保护出口信号、开关 分合闸信号、间隔层装置之间的联闭锁信号等发布到以太网上。智能变电站强 烈依赖于一个信息共享、高速可靠传输的网络。IEC 61850详细定义了采样值 报文、通用面向对象的变电站事件(GOOSE)报文以及相应的服务模型，这两类 报文在进行协议栈映射时均只包含物理层、数据链路层和应用层，去掉网络层、 传输层、会话层和表示层是为了提高传输效率。采样值报文是周期性报文， GOOSE报文是突发性并且按一定间隔进行重发的报文，它们总的延迟应控制 在1-4ms之间。如果按每周波(20ms)80点采样，那么250微秒就将产生一个采 样点，即使将两个采样点的数据打成一包发送，网络上的数据也将是非常繁忙 的，并且，间隔层和站控层之间还有MMS(制造报文规范)甚至其它网络通 信协议，因此，间隔层保护测控装置需要采取高效的方法来处理具有关键意义 的快速报文。

VxWorks是目前智能变电站广泛使用的主流嵌入式实时操作系统，通过在 指定网卡上绑定协议来实现以太网报文的接收处理和中断发送。系统初始时已 在网卡上绑定IP等协议，如果网卡需要处理快速报文，则在应用中绑定新的 用户自定义协议。系统为每个网口维护一个协议链表。当网卡发生中断时，中 断服务程序将相应的网络工作添加到网络工作队列中，然后利用一个同步信号 量通知VxWorks的网络任务，VxWorks在网络任务中进行报文接收、相应的 协议处理，以及网卡绑定协议的待发送报文队列的重新发送。以下一些情况将 会对快速报文的处理造成延迟：

1：同一网卡接收缓冲区中先到的非快速报文延缓了后到的快速报文的处 理；

2：如果正在进行一个网卡中的非快速报文处理，则会对其它网卡中已经 到达的快速报文造成延缓处理；

3：网络协议栈进行的一些其它工作处理，如TCP协议的定时器处理等。

一种通常的方法是在网卡中断服务程序中接收报文，然后根据报文类别将 报文放入不同优先级的队列中，触发处理相应报文队列的不同优先级任务。这 种方法能够保证高优先级的快速报文及时得到处理，但是其处理方式与 VxWorks系统的网络模块设计方式有很大的差异。VxWorks系统的网卡中断服 务程序只做极少量的工作，报文接收以及协议处理等都在网络任务中进行，也 就是说报文接收和协议处理是一体化的，中间并没有缓冲队列。

报文发送都是在应用任务中调用协议发送接口进行的，当网络资源拥挤 时，报文将进入网卡绑定协议的待发送队列中，稍后网卡产生发送中断后，重 发送工作将加入到网络任务中，网络任务将发送网卡协议链表中每个协议的待 发送报文队列中的报文。如果将快速报文协议添加到协议链表的首部，则可以 保证该网卡的快速报文优先得到重发送，但是其它网卡非快速报文的重发送处 理可能会延缓该网卡快速报文的重发送处理。

在智能变电站的设计中，间隔层装置高性能的主板需要带有较多的网口， 如6-8个，基于网络流量、安全性和可靠性的考虑，这些网口被划分为不同的 应用，如MMS网，采样网，GOOSE网等。MMS网、GOOSE网要求双网冗 余。

(三)、发明内容  本发明所要解决的技术问题是，提出一种VxWorks系 统下提高智能变电站快速报文处理速度的方法，当网络工作队列中既有非快速 报文网口的网络工作请求，又有快速报文网口的网络工作请求时，优先处理快 速报文网口的网络工作请求；当网络任务正在处理非快速报文网口的网络工作 请求时，能够实时切换到已经到达的快速报文网口的网络工作请求处理中；当 网络任务正在处理网络协议栈的其它事件请求时，能够实时切换到已经到达的 快速报文网口的网络工作请求处理中；当网络协议检出快速报文后，以一种可 靠、快速的方式提交给快速报文应用任务进行处理，以使应用任务尽快获取至 关重要的快速报文数据信息；快速报文的接收和发送使用高效的内存管理方 法。