CN105808215A - 一种用于多dsp芯片的图形化应用系统及其应用方法 - Google Patents

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林志光
杨建伟
汤广福
杨霞玉
王斌泽
何晓洋
韩子娇
赵鹏
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Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
China EPRI Electric Power Engineering Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种用于多DSP芯片的图形化应用系统及其应用方法,应用系统包括上位机、通讯管理板和主控板;所述上位机通过以太网与通讯管理板连接;所述通讯管理板通过背板总线与主控板的FPGA芯片连接;所述主控板的FPGA芯片与至少两个的DSP芯片连接;应用方法包括:在PC机上进行图形化应用的编写,编译和管理,编译后的可执行代码通过网络通信协议下载到应用目标的DSP芯片中,DSP芯片的内嵌应用系统再重新上电后加载图形化应用的可执行代码,完成多DSP芯片的图形化应用。本发明提供的技术方案解决大规模程序编写的难题,对电力系统控制和保护进行很好的设计,满足对高电压大容量柔直系统对控制保护系统软件的要求。

Description

一种用于多DSP芯片的图形化应用系统及其应用方法
技术领域
本发明涉及一种电力电子控制保护系统应用设计,具体讲涉及一种用于多DSP芯片的图形化应用系统及其应用方法。
背景技术
在电力系统控制保护领域,DSP的应用越来约广泛,随着特高压直流和柔性直流工程的实施,控制的功能越来越复杂,保护的配置越来越多,多DSP系统就出现的越来越多,随着特高压的容量越来越大,换流站的规模也越来越大,对控制和保护功能以及可靠性提出了更高的要求,DSP软件功能越来越复杂,DSP程序规模更加庞大,开发变得难以把握。传统的代码开发模式编程比较繁琐,寄存器配置复杂,其程序修改、调试都很不方便,已经难以满足电力系统对DSP软件的开发要求,解决这个问题的一个有效方法就是采用软件建模技术,通过建立软件模型,将复杂问题分层,分为多个问题逐一解决。软件模型有利于分工与专业化,便于需求人员、设计人员和开发人员之间交流与沟通,缩短开发周期,节约生产成本。因此,软件建模技术在软件工程中变得越来越重要。软件系统也是一种非常复杂的系统,它的最终表现形式为可运行的目标代码。但是最终的软件代码是非常复杂的,包含了太多的细节信息,直接阅读代码很难对系统有一个全面的了解,尤其在电力行业。
目前国内外对DSP的编程和调试主要是基于DSP的仿真器,传统的DSP源代码开发通常采用两种方法:一种是直接使用汇编指令编写代码,然后由汇编器和连接器进行链接后生成目标可执行代码;另一种方法是利用标准C/C++语言编写源代码。经编译器、汇编器和连接器进行编译链接,最后生成目标代码。这两种方法都要求开发人员要花费大量的时间去掌握DSP内部的各种寄存器的正确设置及软件的编程方法,开发周期长。其次DSP开发人员碰到的另一个问题就是将代码烧写到Flash中,需要自行编写CMD文件,还需要写片内Flash初始化程序,这就给开发人员带来较大的难度。对于传统的编程语言,代码繁多,代码复用率低,大规模的程序代码几十万行甚至更多,修改代码和程序维护变的越来越困难,调试及其麻烦,对后续程序升级和优化以及系统维护存在极大的困难,不适用于大型电力系统控制保护产品的开发和维护。目前国内外还没有针对多DSP芯片系统的图形化编程语言,针对多DSP编程还是依靠传统的代码编写,针对多个DSP芯片一个一个进行操作调试。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种用于多DSP芯片的图形化应用系统及其应用方法,本发明用图形化编程技术的实现对多DSP芯片的编程,解决大规模程序编写的难题,对电力系统控制和保护进行很好的设计,在该环境下实现图形化直接生成代码的方法,使DSP的编程更简洁,调试更方便,从而满足对高电压大容量柔直系统对控制保护系统软件的要求。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
本发明提供一种用于多DSP芯片的图形化应用系统,其改进之处在于,所述应用系统包括上位机、通讯管理板和主控板;所述上位机通过以太网与通讯管理板连接;所述通讯管理板通过背板总线与主控板的FPGA芯片连接;所述主控板的FPGA芯片与至少两个的DSP芯片连接。
进一步地,所述上位机采用PC机,所述PC机至少包括以下配置:PentiumII,1GHz;512MBRAM;180MB可用硬盘空间;CD-ROM及1024×768分辨率;Windows2003,WindowsXPSP2,或32位的WindowsVista,配置有LAN网接口;
所述PC机包括图形化编程模块,所述图形化编程模块用于图形化应用的编写;功能块的编写;图形化应用的编译;图形化应用的检查与诊断;编译应用的下载;图形化应用的在线修改;图形化应用中变量的实时在线检测;应用的工程管理;应用功能块库的管理;功能块库的扩展以及软件版本和日志管理功能;
进一步地,所述通讯管理板包括核心电路板和底板;核心电路板通过焊接的方式与底板相连,所述核心电路板采用1套嵌入式系统和1块FPGA组合架构,所述嵌入式系统配置3路1000M带宽的网络通信端口;所述核心电路板包括通信板卡;所述通信板卡与机箱中板卡采用8路差分信号通过背板进行数据交换,通信板卡配置8个LED指示灯;板卡采用直流5V供电,8层板设计,安装在6U机箱中。
进一步地,所述嵌入式系统的操作系统为Linux,支持完整的TCP/IP协议和PPP协议;支持共享内存、浮点运算和MemoryTechnologyDevice技术,采用NandFlash作为系统存储介质;
所述嵌入式系统的文件系统包括Ext2linux文件系统、Nfs网络文件系统、uDev设备文件系统、Proc内核文件系统、Fatdos文件系统和jffs2NandFlash文件系统;
所述嵌入式系统的设备驱动包括VBE定制设备驱动、网络设备驱动、UART驱动、RTC实时时钟、扩展IO驱动、看门狗驱动、IIC总线和设备驱动、SATA驱动和CANBUS驱动;
所述嵌入式系统的具有telnet和ftp网络应用。
进一步地,所述主控板由FPGA和多个DSP芯片组成,每个DSP芯片至少具有2MByte的Flash和4MByte的RAM,以装载和运行图形化应用。
本发明还提供一种用于多DSP芯片的图形化应用系统的应用方法,其改进之处在于,所述方法包括:在PC机上进行图形化应用的编写,编译和管理,编译后的可执行代码通过网络通信协议下载到应用目标的DSP芯片中,DSP芯片的内嵌应用系统再重新上电后加载图形化应用的可执行代码,完成多DSP芯片的图形化应用。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有的优异效果是:
本发明主要针对多DSP图形化编程,图形化编程软件具有自动代码生成功能,将代码通过PowerPC中的管理模块自动下载Flash中。DSP图形化编程并代码自动生成,使软件开发人员摆脱底层设计的困扰,同时将算法设计和代码实现在统一的开发环境中进行,完成了算法仿真和系统实现的无缝连接。同时大量减少开发工作,使得应用程序更容易的进行维护,大大增加软件的可重复利用率,开发工程师专注于核心平台的开发,极大的节省人力资源。减少开发的错误和误解。更加容易的项目管理。更高的编码效率,减少培训环节的时间。本发明应用图形化的工具跨平台的对不同硬件DSP芯片进行编程。不同的工程师在同一个项目里可以协同合作。应用程序将具有更好的结构,支持从上到下或从下到上的开发模式。完全标准化的数据传输模式。通过功能块的模式将不同的应用进行分级,进行软件平台化的开发和设计。
附图说明
图1是本发明提供的多DSP芯片的图形化编程技术界面图一;
图2是本发明提供的多DSP芯片的图形化编程技术界面图一;
图3是本发明提供的多DSP芯片的图形化编程技术硬件配置结构图;
图4是本发明提供的多DSP芯片的图形化编程技术软件配置结构图一;
图5是本发明提供的多DSP芯片的图形化编程技术软件配置结构图二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
多DSP芯片的图形化编程技术实现对多DSP芯片系统的网络化管理,能够同时在线实现对多个DSP芯片的代码编写和程序调试,该系统结构主要分为软件部分和硬件部分,提出了DSP的程序下载和信息上传路径通过PowerPC、FPGA、DSP组成。PC机可视化编程软件将编译好的可执行代码通过以太网板、背板总线、主控板FPGA对DSP进行程序烧写、修改和在线实时仿真测试。
多DSP芯片的图形化编程技术界面图如图1和2所示,目的是主要实现对测量实现对柔直系统一次测量元件是否正常的监视,以提高系统可靠性,对于三相电流输入,通过比较实际接入的零序分量与(根据相电流)计算得到的零序分量之间关系的方法判断模拟量输入的正确性。
硬件配置参见图3,
PC机:通称为上位机,至少有以下配置:PentiumII,1GHz;512MBRAM;180MB可用硬盘空间;CD-ROM及1024×768分辨率;Windows2003,WindowsXPSP2,或32位的WindowsVista,配置有LAN网接口。
通讯管理板:硬件电路由1块核心电路板和1块底板组成,核心电路板通过焊接的方式与底板相连,采用1套嵌入式系统硬件电路和1块FPGA组合架构,嵌入式系统配置3路1000M带宽的网络通信端口。通信板卡与机箱中其他板卡采用8路差分信号通过背板进行数据交换,板卡配置8个LED指示灯。板卡采用直流5V供电,8层板设计,安装在6U机箱中。
主控板(FPGA+多DSP):该板卡主要由FPGA和多个DSP芯片组成,对DSP的要求其至少具有2MByte的Flash,4MByte的RAM,以便装载和运行图形化程序。
软件配置参见图4和图5所示:
图形化编程软件:是一个高实时性,多CPU并发执行,集程序编写,编译,下载,调试于一体的大型系统软件,操作,编程界面流畅,符合工业操作人员的要求。该软件实现的功能如下:图形化程序的编写;功能块的编写;图形化程序的编译;图形化程序的检查与诊断;编译程序的下载;图形化程序的在线修改;图形化程序中变量的实时在线检测;程序的工程管理;程序功能块库的管理;功能块库的扩展;软件版本和日志管理功能。
通讯管理板软件:主要是嵌入式系统的软件开发,实现图形化编程软件和多DSP板卡之间的通讯,以及嵌入式系统与FPGA的数据交互。通信板卡接收来自图形化编程软件界面下发的指令等信息,同时接受多DSP系统信息上传。
嵌入式系统配置如下:操作系统为Linux,支持完整的TCP/IP协议,支持PPP协议;支持共享内存;软件支持浮点运算;支持MemoryTechnologyDevice技术,采用NandFlash作为系统存储介质。文件系统:Ext2linux文件系统;Nfs网络文件系统;uDev设备文件系统;Proc内核文件系统;Fatdos文件系统;jffs2NandFlash文件系统。设备驱动:VBE定制设备驱动(实时数据和录播);网络设备驱动;UART驱动;RTC实时时钟;扩展IO驱动;看门狗驱动;IIC总线和设备驱动;SATA驱动;CANBUS驱动。网络应用:telnet和ftp。
DSP运行时系统软件:运行在DSP芯片的软件,该软件具有的很强适用性,能够适合几乎目前市场上所有的DSP。
本发明还提供一种用于多DSP芯片的图形化应用系统的应用方法,包括:在PC机上进行图形化应用的编写,编译和管理,编译后的可执行代码通过网络通信协议下载到应用目标的DSP芯片中,DSP芯片的内嵌应用系统再重新上电后加载图形化应用的可执行代码,完成多DSP芯片的图形化应用。
本发明应用图形化的工具跨平台的对不同硬件DSP芯片进行编程。不同的工程师在同一个项目里可以协同合作。应用程序将具有更好的结构,支持从上到下或从下到上的开发模式。完全标准化的数据传输模式。通过功能块的模式将不同的应用进行分级,进行软件平台化的开发和设计。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于多DSP芯片的图形化应用系统,其特征在于,所述应用系统包括上位机、通讯管理板和主控板;所述上位机通过以太网与通讯管理板连接;所述通讯管理板通过背板总线与主控板的FPGA芯片连接;所述主控板的FPGA芯片与至少两个的DSP芯片连接。
2.如权利要求1所述的图形化应用系统,其特征在于,所述上位机采用PC机,所述PC机至少包括以下配置:PentiumII,1GHz;512MBRAM;180MB可用硬盘空间;CD-ROM及1024×768分辨率;Windows2003,WindowsXPSP2,或32位的WindowsVista,配置有LAN网接口;
所述PC机包括图形化编程模块,所述图形化编程模块用于图形化应用的编写;功能块的编写;图形化应用的编译;图形化应用的检查与诊断;编译应用的下载;图形化应用的在线修改;图形化应用中变量的实时在线检测;应用的工程管理;应用功能块库的管理;功能块库的扩展以及软件版本和日志管理功能。
3.如权利要求1所述的图形化应用系统,其特征在于,所述通讯管理板包括核心电路板和底板;核心电路板通过焊接的方式与底板相连,所述核心电路板采用1套嵌入式系统和1块FPGA组合架构,所述嵌入式系统配置3路1000M带宽的网络通信端口;所述核心电路板包括通信板卡;所述通信板卡与机箱中板卡采用8路差分信号通过背板进行数据交换,通信板卡配置8个LED指示灯;板卡采用直流5V供电,8层板设计,安装在6U机箱中。
4.如权利要求3所述的图形化应用系统,其特征在于,所述嵌入式系统的操作系统为Linux,支持完整的TCP/IP协议和PPP协议;支持共享内存、浮点运算和MemoryTechnologyDevice技术,采用NandFlash作为系统存储介质;
所述嵌入式系统的文件系统包括Ext2linux文件系统、Nfs网络文件系统、uDev设备文件系统、Proc内核文件系统、Fatdos文件系统和jffs2NandFlash文件系统;
所述嵌入式系统的设备驱动包括VBE定制设备驱动、网络设备驱动、UART驱动、RTC实时时钟、扩展IO驱动、看门狗驱动、IIC总线和设备驱动、SATA驱动和CANBUS驱动;
所述嵌入式系统的具有telnet和ftp网络应用。
5.如权利要求1所述的图形化应用系统,其特征在于,所述主控板由FPGA和多个DSP芯片组成,每个DSP芯片至少具有2MByte的Flash和4MByte的RAM,以装载和运行图形化应用。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的用于多DSP芯片的图形化应用系统的应用方法,其特征在于,所述方法包括:在PC机上进行图形化应用的编写,编译和管理,编译后的可执行代码通过网络通信协议下载到应用目标的DSP芯片中,DSP芯片的内嵌应用系统再重新上电后加载图形化应用的可执行代码,完成多DSP芯片的图形化应用。
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