[发明专利]一种基于FPGA的小步长实时仿真系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的小步长实时仿真系统，其特征在于：所述小步长实时仿真系统包括大小步长接口模块、顶层控制模块、数据存储模块、元件更新模块和核心计算模块；所述大小步长接口模块与顶层控制模块双向连接，所述顶层控制模块与数据存储模块和核心计算模块均连接，所述数据存储模块与元件更新模块单向连接；

所述核心计算模块输出节点电压给元件更新模块，所述元件更新模块将更新后的元件信息反馈到核心计算模块；

所述数据存储模块包括矩阵存储模块、变量存储模块、元件信息存储模块和矩阵选取模块；

所述矩阵存储模块选用Block RAM，用于存储电导矩阵；

所述变量存储模块选用寄存器，用于存储节点电压向量与节点电流向量；

所述元件信息存储模块用于存储元件的初始状态和更新状态；

所述矩阵选取模块用于选取电导矩阵，所述电导矩阵的选取由电路拓扑结构决定，所述电路拓扑结构由开关状态决定，矩阵选取模块以开关状态数组作为输入，输出最大维度为64×64的电导矩阵；

所述元件包括SLA元件、STB元件、TB2元件、CICV元件和BRK元件；

所述元件更新模块包括SLA元件更新模块、STB元件更新模块、TB2元件更新模块、CICV元件更新模块和BRK元件更新模块；

所述SLA元件更新模块、STB元件更新模块、TB2元件更新模块、CICV元件更新模块和BRK元件更新模块分别对SLA元件、STB元件、TB2元件、CICV元件和BRK元件完成更新；

所述核心计算模块包括由64个PE单元组成的计算阵列，所述计算阵列通过加法器和乘法器完成G_AB×v_B和G_AA^-1×i(t)_all的计算，G_AB表示已知电压节点与未知电压节点之间的互导纳矩阵，其最大维度为64×10，v_B表示已知电压节点的电压列向量，G_AA^-1表示未知电压节点的自导纳矩阵，其最大维度为64×10，i(t)_all表示未知电压节点的电流列向量。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的小步长实时仿真系统，其特征在于：所述大小步长接口模块包括光电转换器和串行通道GTH，所述小步长实时仿真系统通过串行通道GTH与大步长实时仿真系统进行数据交互，所述串行通道GTH与大步长实时仿真系统之间通过光纤连接；所述大步长实时仿真系统基于服务器实现。

3.根据权利要求2所述的基于FPGA的小步长实时仿真系统，其特征在于：所述大步长实时仿真系统与小步长实时仿真系统之间的物理通路包括发送通路和接收通路；

在所述发送通路中，串行通道GTH将顶层控制模块发送的数据变成串行信号，光电转换模块将串行信号转换成光信号发送给大步长实时仿真系统；

在所述接收通路中，光电转换模块将光信号转换成串行信号，串行通道GTH将串行信号发送给小步长实时仿真系统。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的小步长实时仿真系统，其特征在于：所述顶层控制模块通过大小步长接口模块接收大步长实时仿真系统发送的控制信号和就绪信号，顶层控制模块对控制信号进行处理后，将使能信号、处理后的控制信号、就绪信号、仿真开始信号、仿真停止信号和仿真结束信号发送给小步长实时仿真系统中的其他模块。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的小步长实时仿真系统，其特征在于：所述乘法器和加法器均为多级流水线结构；

所述乘法器为5级流水线结构，加法器为3级流水线结构。