[发明专利]一种基于FPGA可重构的微机保护的开发平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA可重构的微机保护的开发平台。

背景技术

微机保护是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向，它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度，微机保护装置硬件包括以微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。

传统的微机保护的开发平台采用定制CPU的实现方式，一旦CPU定型，其可用资源和端口也就相对固定了，同FPGA相比缺乏足够的灵活性和可扩展性。FPGA设计方法具有高度可继承性能，IP核一旦经过验证后便可重用，能大大缩短产品系列化的周期，提高产出效率。

另外，传统的微机保护其采样控制模块直接将采样点传给保护模块，逻辑译码和算术运算分开进行，由系统应用软件进行傅氏计算，占用CPU运行时间；看门狗技术采用一个任务对应于一个看门狗芯片，同样占用CPU运行时间。系统工作效率低下。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于FPGA可重构的微机保护的开发平台，采用支持MICROBLAZE软核的FPGA芯片构建新一代微机保护的开发平台，将逻辑译码和保护运算融合在一起，保护对逻辑资源的访问就像访问寄存器或内存那么简单，大大提高了工作效率。逻辑控制按功能单元封装成独立的IP核，IP核提供了简单的命令接口，使复杂的流程简单化，应用软件程序只需通过命令字即可完成对外设复杂的操作，简化了编程。将对速度和实时性要求高的功能单元用硬件描述语言实现，充分利用FPGA的并行运算按位访问的特点，达到保护平台的速度和实时要求。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于FPGA可重构的微机保护的开发平台，其特征在于，包括支持Microblaze软核的FPGA芯片、内存储器，以及分别通过AXI总线与FPGA芯片相连的外存储器、并行接口FRAM、cache、AD转换器、硬件测频电路、看门狗电路、电平转换器、实时时钟、外置通讯接口、内置通讯接口和以太网接口；

所述内存储器是双倍速率同步动态随机存储器且通过DDR控制器与FPGA芯片相连；

所述外存储器包括五片串行闪存SPIFlash，分别用于存放定值定义、定值定义备份、平台硬件流、系统应用软件和录波数据；

所述并行接口FRAM通过EMC与AXI总线相连，用于存放操作事件、保护事件及缓存录波文件；

所述电平转换器用于将5V电压转换为系统工作所需的3.3V电压；

所述外置通讯接口是用于工程调试的RS485接口；

所述内置通讯接口是用于人机界面通讯的CAN接口,CAN接口通过CAN控制器与AXI总线相连；

所述以太网接口是用于升级程序的LXT971接口。

开发平台系统利用FPGA丰富的逻辑资源、并行运算、按位访问的特点，具有灵活性高、效率高、硬件可组态、可裁剪的优点，所有外围设备通过AXI64位总线与中央处理器互联，真正地做到了总线不出芯片，大大提高了抗电磁干扰能力。

（1）在功能分配上，不再将逻辑译码和算术运算分开进行，而是集二者于一体，打破了传统的分布式设计思路，大大提高了工作效率，灵活的IP开发设计能构建一切功能单元，最大化减少了外围控制器，从而简化了电路，节省了成本。

（2）将硬件流和系统应用软件（APP）分开存放，真正达到解耦的目的，避免相互干扰。

（3）平台具有丰富的调试端口，支持以太网调试和串口调试两种方式，而且带XMODEM通信协议的100M以太网口还可以用于系统应用软件（APP）的维护与升级。

（4）平台采用自定制软核实现RTC的授时功能，其具有访问速度快、精度高的特点，为了减少频繁对RTC进行读写操作而带来的对芯片寿命的影响。

本发明的有益效果是：采用支持MICROBLAZE软核的FPGA芯片构建新一代微机保护的开发平台，将逻辑译码和保护运算融合在一起，保护对逻辑资源的访问就像访问寄存器或内存那么简单，大大提高了工作效率。逻辑控制按功能单元封装成独立的IP核，IP核提供了简单的命令接口，使复杂的流程简单化，应用软件程序只需通过命令字即可完成对外设复杂的操作，简化了编程。将对速度和实时性要求高的功能单元用硬件描述语言实现，充分利用FPGA的并行运算按位访问的特点，达到保护平台的速度和实时要求。

附图说明

图1是本发明一种基于FPGA可重构的微机保护的开发平台的结构框图；