CN106933721B - 一种就地化保护装置串口远程监视方法 - Google Patents

Abstract

一种就地化保护装置串口远程监视方法，将第一SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第二SOC芯片的FPGA，将第二SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第一SOC芯片的FPGA。SOC芯片内部使用FPGA扩展2路UART和1路以太网MAC。每一SOC芯片内CPU1通过以太网MAC接口连接到以太网交换芯片，对外输出1路以太网远程监视网口。远程终端实现就地化保护装置的串口远程监视。该方法可实现就地化保护装置多CPU串口的远程监视，接口简单可靠。

Description

一种就地化保护装置串口远程监视方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，特别涉及一种就地化保护装置串口远程监视方法。

背景技术

RS232是一种最常见的串行通信接口，普遍应用于嵌入式系统的底层软件调试、CPU工作状态监视以及应用程序下载等场合，其优点是接口简单，只需一对传输线即可实现全双工双向通信，从而大大降低了成本。缺点是通信速率低，传输距离短，无法实现远程调试。

随着信息技术的发展，嵌入式系统对CPU的性能要求越来越高，处理器的主频高达几GHz。随着主频的升高，CPU的功耗急剧上升。处理器制造厂商为了控制芯片整体功耗，无法继续提高处理器主频，而是采用多核处理器的路线。

随着数字化变电站技术的发展，数字化继电保护装置常采用多处理器方案，每个处理器又集成多个CPU内核。为了监视每个CPU核的运行状态，需要引出所有CPU核的调试串口。该做法导致装置上引出串口数量众多，接口电路复杂，占用大量印刷电路板(即PCB)空间，硬件成本较高。

为了实现电力系统一二次设备的融合，将继电保护装置直接安装在开关场，或者与一次设备集成，形成就地化保护装置。一次设备附近电磁环境恶劣，对装置的抗干扰性能提出了更高的要求，对外通信接口普遍采用光纤接口。同时，就地化保护装置结构尺寸紧凑，防护等级要求达到IP67，采用标准的航空插头。航空插头对外线芯数量有限，且只能引出光纤接口，无法引出专用调试串口。

发明内容

基于此，针对就地化保护装置多CPU，且无专用对外调试串口的应用场合，本发明提出一种就地化保护装置串口远程监视方法。

本发明具体采用以下技术方案：

一种就地化保护装置串口远程监视方法，所述就地化保护装置由第一SOC芯片、第二SOC芯片和以太网交换芯片；其特征在于，将第一SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第二SOC芯片的FPGA，将第二SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第一SOC芯片的FPGA；每一SOC芯片内部使用FPGA扩展2路UART和1路以太网MAC，UART用于收发CPU1和CPU2的串口调试信息，以太网MAC连接到外部以太网交换芯片。

本发明进一步包括以下优选方案：

指定第一SOC芯片和第二SOC芯片具有不同的以太网MAC地址，第一SOC芯片和第二SOC芯片内CPU1和CPU2具有不同的识别码，第一SOC芯片和第二SOC芯片均连接到同一片以太网交换芯片。

默认情况下，每一SOC芯片不转发另一SOC芯片的CPU1或CPU2的调试串口报文。

以太网远程监视网口可兼做调试网口，用于实现就地化保护装置的程序固化、配置下载、后台监控等功能。

以太网远程监视网口采用10/100BASE-T电以太网或者100BASE-FX光以太网接口。

一种就地化保护装置串口远程监视方法，所述就地化保护装置包括第一SOC芯片、第二SOC芯片和以太网交换芯片；将第一SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第二SOC芯片的FPGA，将第二SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第一SOC芯片的FPGA；每一SOC芯片内部使用FPGA扩展2路UART和1路以太网MAC，UART用于收发CPU1和CPU2的串口调试信息，以太网MAC连接到外部以太网交换芯片；其特征在于，所述远程监视方法包括如下步骤：

步骤1：远程终端通过以太网监视网口发送就地化保护装置串口远程监视启动请求命令，该启动请求命令经过以太网交换芯片分别到达两片SOC芯片；

步骤2：每一SOC芯片的CPU1负责对串口远程监视启动请求命令进行解析，根据命令的要求，开始接收另一SOC芯片的CPU1或CPU2串口调试信息，并向远程终端回复启动确认命令；每一SOC芯片的CPU1在接收到的串口调试信息中增加本SOC芯片的MAC地址和CPU识别码，封装成以太网帧格式报文，再通过以太网MAC发送至以太网远程监视网口；

步骤3：以太网MAC发出的报文经过以太网交换芯片后发送到以太网远程监视网口；远程终端通过该监视网口接收到该以太网报文，对该报文进行解析，根据MAC地址来区分报文来自于第一SOC芯片或第二SOC芯片，根据CPU识别码来区分报文来自于CPU1或CPU2，报文解析时去掉MAC地址和CPU识别码，得到原始的串口调试信息；

步骤4：远程终端通过以太网远程监视网口发送串口远程监视关闭请求命令，该请求命令经过以太网交换芯片后分别达到两片SOC芯片；每一SOC芯片内CPU1解析该命令，若为关闭监视请求命令，则停止串口调试信息的数据转发。

进一步，在步骤3中，包括以下内容：

3.1：将接收的以太网报文放入缓存；

3.2：对接收到的以太网报文进行解析，判断报文中的源MAC地址，若与第一SOC芯片MAC地址一致，则断定该报文来自第一SOC芯片；若与第二SOC芯片MAC地址一致，则断定报文来自第二SOC芯片；若源MAC地址与两片SOC芯片地址均不一致，则丢弃该报文；

3.3：继续判断报文中CPU识别码，若识别码为0x01，则断定该报文属于CPU1，若识别码为0x02，则断定该报文属于CPU2，若与CPU1和CPU2识别码均不同，则丢弃该报文；

3.4：将识别出的串口调试信息区分不同的SOC芯片和CPU分别进行显示。

本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的就地化保护装置串口远程监视方法，可实现串口调试信息的远程监视，根据需求选择被监视的处理器，使用方便灵活。通过一路以太网接口可同时监视多个处理器的串口报文，减少板上对外调试串口数量，通信带宽高，接口简单，且节省PCB板面空间，降低硬件成本。

附图说明

图1为一种就地化保护装置结构示意图；

图2为一种就地化保护装置串口远程监视方法流程示意图；

图3为一种就地化保护装置串口远程监视请求命令报文格式；

图4为一种就地化保护装置串口远程监视转发数据报文格式；

图5为一种就地化保护装置远程终端串口对以太网报文处理流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种就地化保护装置串口远程监视方法所采用的框架结构如图1所示，就地化保护装置由第一SOC芯片、第二SOC芯片和以太网交换芯片等组成，第一SOC芯片实现数据处理和保护算法，第二SOC芯片实现装置管理和远程通信。每个SOC芯片内部集成两个CPU核，定义成CPU1和CPU2，同时集成大容量FPGA。每个SOC芯片内CPU1和CPU2分别引出独立的调试串口，可用于输出串口调试信息。第一SOC芯片的调试串口发送信号连接到第二SOC芯片的FPGA，第二SOC芯片的调试串口发送信号连接到第一SOC芯片的FPGA，实现调试串口发送信号的互连。每个SOC芯片内部使用FPGA扩展2路UART和1路以太网MAC，所述UART用于接收CPU1和CPU2的调试串口信息，所述以太网MAC对外引出以太网接口。就地化保护装置包含一片三端口交换芯片，第一SOC芯片连接到以太网交换芯片的PORT1，第二SOC芯片连接到以太网交换芯片的PORT2，PORT3端口对外引出以太网远程监视网口，远程终端通过该网口与就地化保护装置通信，实现串口远程监视。每个SOC芯片内CPU1与FPGA通过内部总线互连，完成UART和以太网MAC数据的收发，实现串口远程监视过程中的请求命令接收、请求命令确认、数据转发以及数据转发关闭等功能。

一种实施例中，指定第一SOC芯片和第二SOC芯片具有不同的以太网MAC地址，第一SOC芯片和第二SOC芯片中CPU1和CPU2具有不同的识别码，进一步的，如图2所示，包括如下步骤：

步骤1：远程终端通过以太网远程监视口发送就地化保护装置串口远程监视启动请求命令，该请求命令经过以太网交换芯片后到达两片SOC芯片。

如图3所示，为一种串口远程监视启动请求命令帧格式。为了降低CPU负荷，提高数据传输效率，报文采用裸包传输，未运行TCP/IP协议。所述请求命令帧格式包括目的MAC地址、源MAC地址、以太网帧类型、CPU识别码、转发控制字以及数据校验和。其中：

目的MAC地址用于区分请求监视的对象是第一SOC芯片还是第二SOC芯片，长度为6字节；

源MAC地址是远程终端的物理网卡MAC地址，长度为6字节；

以太网帧类型用于标识具体的以太网帧类型，长度为2字节，请求帧类型规定为0x88FC；

CPU识别码用于区分请求监视对象是CPU1还是CPU2，长度为1字节，0x01表示CPU1、0x02表示CPU2；

转发控制字用于控制报文转发功能的启动或关闭，长度为1字节，0x55表示启动数据转发，0xAA表示关闭数据转发；

数据校验和是对传输的数据进行校验得到的结果，用于保证数据传输的可靠性。

步骤2：每一SOC芯片的CPU1负责对远程监视启动请求命令进行解析，根据该请求命令的要求，开始接收另一SOC芯片的CPU1或CPU2串口调试信息，并向远程终端回复启动确认命令；每一SOC芯片的CPU1在接收到的串口调试信息中增加本SOC芯片的MAC地址和该串口调试信息对应的CPU识别码，并封装成以太网帧格式报文，再通过FPGA内部以太网MAC发送出去；

步骤3：以太网MAC发送的以太网报文经过以太网交换芯片后发送到以太网远程监视网口。远程终端通过该监视口接收以太网报文，对该报文进行解析，根据MAC地址来区分该报文来自于第一SOC芯片或第二SOC芯片，根据CPU识别码来区分该报文来自于CPU1或CPU2，报文解析时去掉MAC地址和CPU识别码，得到原始的串口调试信息；

如图4所示，为一种就地化保护装置串口转发数据报文帧格式。其中：

目的MAC地址为远程终端物理网卡的MAC地址，长度为6字节；

源MAC地址为被监视SOC芯片的MAC地址，长度为6字节；

以太网帧类型用于标识具体的以太网帧类型，长度为2字节，转发数据帧类型定义为0x88FD；

CPU识别码用于区分数据来源于CPU1还是CPU2，长度为1字节。CPU1根据报文接收的UART进行判断，与CPU1相连的UART定义为UART1，与CPU2相连的UART定义为UART2，从所述UART1读取的数据标记为CPU1，CPU识别码标记为0x01，从所述UART2读取的数据标记为CPU2，CPU识别码标记为0x02；

串口数据指转发的原始串口调试信息；

数据校验和是对传输的数据进行校验得到的结果，用于保证数据传输的可靠性。

步骤4：如果要关闭串口远程监视，则远程终端通过以太网远程监视网口发送就地化保护装置串口远程监视关闭请求命令，该请求命令经过交换芯片后达到两片SOC芯片。每一片SOC芯片内CPU1解析该命令，若为关闭监视请求命令，则停止串口调试信息的数据转发。串口远程监视关闭请求命令与启动请求命令帧格式相同，通过转发控制字进行区分。

为了降低CPU的负荷，保证数据转发不影响CPU的正常功能，默认情况下，每个SOC芯片不转发另一SOC芯片的CPU1和CPU2的串口调试信息。当发现某一CPU运行异常，需要查看诊断信息时，或者当需要监视某一CPU的运行状态时，可通过远程终端发送串口远程监视启动请求命令，启动相应CPU的串口调试信息远程监视功能。当远程监视工作完成后，需通过远程终端发送串口远程监视关闭请求命令，禁用数据转发功能。

以太网交换芯片是信息的中转站，远程终端发送的串口监视启动或关闭请求命令通过交换芯片后，发送到不同的端口。两片SOC芯片转发的串口调试信息通过以太网交换芯片发送至以太网远程监视网口。以太网交换芯片为二层交换机，基于MAC地址进行端口的报文转发。

一种实施例中，以太网交换芯片对外引出的以太网监视网口连接到远程终端，远程终端通过该监视网口接收到以太网报文的解析处理流程如如图5所示，串口监视软件处理流程如下：

步骤3.1：将接收的以太网报文放入缓存；

步骤3.2：对接收到的以太网报文进行解析，判断报文中的源MAC地址，若与第一SOC芯片MAC地址一致，则断定该报文来自第一SOC芯片；若与第二SOC芯片MAC地址一致，则断定报文来自第二SOC芯片；若源MAC地址与两片SOC芯片地址均不一致，则丢弃该报文；

步骤3.3：继续判断报文中CPU识别码，若识别码为0x01，则断定该报文属于CPU1，若识别码为0x02，则断定该报文属于CPU2，若与CPU1和CPU2识别码均不同，则丢弃该报文；

步骤3.4：将识别出的串口调试信息区分不同的SOC芯片和CPU分别进行显示。

所述以太网远程监视网口，除了具备串口远程监视功能外，还可以兼做以太网调试口，用于就地化保护装置的程序固化、配置下载、后台监控等功能。所述远程监视网口可采用10/100BASE-T电以太网或者100BASE-FX光以太网接口。使用光纤以太网接口时，通过光纤可以传输更远的距离，实现长距离远程监视。

本发明为一种就地化保护装置串口远程监视方法，可实现串口调试信息的远程监控，根据需求选择被监视的处理器，使用方便灵活。通过一路以太网接口可同时监视多个处理器的串口调试信息，减少板上对外调试串口数量，通信带宽高，接口简单，且节省PCB板面空间，减少硬件成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种就地化保护装置串口远程监视方法，所述就地化保护装置包括第一SOC芯片、第二SOC芯片和以太网交换芯片；其特征在于：

将第一SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第二SOC芯片的FPGA，将第二SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第一SOC芯片的FPGA；

每一SOC芯片内部使用FPGA扩展2路UART和1路以太网MAC，

其中，第一SOC芯片的UART用于收发第二SOC芯片CPU1和CPU2的串口调试信息，第一SOC芯片的以太网MAC连接到外部以太网交换芯片；

第二SOC芯片的UART用于收发第一SOC芯片CPU1和CPU2的串口调试信息，第二SOC芯片的以太网MAC连接到外部以太网交换芯片。

2.根据权利要求1所述一种就地化保护装置串口远程监视方法，其特征在于：

指定第一SOC芯片和第二SOC芯片具有不同的以太网MAC地址，第一SOC芯片内的CPU1和CPU2，以及第二SOC芯片内CPU1和CPU2均具有不同的识别码，第一SOC芯片和第二SOC芯片均连接到同一片以太网交换芯片。

3.根据权利要求2所述一种就地化保护装置串口远程监视方法，其特征在于：

默认情况下，每一SOC芯片不转发另一SOC芯片的CPU1或CPU2的串口调试信息。

4.根据权利要求2所述一种就地化保护装置串口远程监视方法，其特征在于：

由以太网交换芯片的端口引出以太网远程监视网口，该以太网远程监视网口能兼做调试网口，用于实现就地化保护装置的程序固化、配置下载、后台监控功能。

5.根据权利要求4所述一种就地化保护装置串口远程监视方法，其特征在于：

以太网远程监视网口采用10/100BASE-T电以太网或者100BASE-FX光以太网接口。

6.一种就地化保护装置串口远程监视方法，所述就地化保护装置包括第一SOC芯片、第二SOC芯片和以太网交换芯片；将第一SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第二SOC芯片的FPGA，将第二SOC芯片的CPU1和CPU2调试串口分别连接到第一SOC芯片的FPGA；每一SOC芯片内部使用FPGA扩展2路UART和1路以太网MAC，第一SOC芯片的UART用于收发第二SOC芯片CPU1和CPU2的串口调试信息，第一SOC芯片的以太网MAC连接到外部以太网交换芯片；第二SOC芯片的UART用于收发第一SOC芯片CPU1和CPU2的串口调试信息，第二SOC芯片的以太网MAC连接到外部以太网交换芯片；其特征在于，所述远程监视方法包括如下步骤：

步骤1：远程终端通过以太网远程监视网口发送就地化保护装置串口远程监视启动请求命令，该启动请求命令经过以太网交换芯片分别到达两片SOC芯片；

步骤2：每一SOC芯片的CPU1负责对串口远程监视启动请求命令进行解析，根据命令的要求，开始接收另一SOC芯片的CPU1或CPU2串口调试信息，并向远程终端回复启动确认命令；每一SOC芯片的CPU1在接收到的串口调试信息中增加本SOC芯片的MAC地址和CPU1及CPU2识别码，封装成以太网帧格式报文，再通过以太网MAC发送出去；

步骤3：以太网MAC发出的报文经过以太网交换芯片后发送到以太网远程监视网口，远程终端通过该监视网口接收到该报文，对该报文进行解析；

步骤4：远程终端通过以太网远程监视网口发送串口远程监视关闭请求命令，该关闭请求命令经过以太网交换芯片后分别达到两片SOC芯片；每一SOC芯片内CPU1解析请求命令，若为关闭监视请求命令，则停止串口调试信息的数据转发。

7.根据权利要求6所述的一种就地化保护装置串口远程监视方法，其特征在于：

在步骤3中，根据MAC地址来区分报文来自于第一SOC芯片或第二SOC芯片，根据CPU识别码来区分报文来自于CPU1或CPU2，报文解析时去掉MAC地址和CPU识别码，得到原始的串口调试信息。

8.根据权利要求6所述的一种就地化保护装置串口远程监视方法，其特征在于：

在步骤3中，远程终端对该报文进行解析包括以下内容：

3.1：将接收的报文放入缓存；

3.2：对接收到的报文进行解析，判断报文中的源MAC地址，若与第一SOC芯片MAC地址一致，则断定该报文来自第一SOC芯片；若与第二SOC芯片MAC地址一致，则断定报文来自第二SOC芯片；若源MAC地址与两片SOC芯片地址均不一致，则丢弃该报文；

3.3：继续判断报文中CPU识别码，若识别码为0x01，则断定该报文属于CPU1，若识别码为0x02，则断定该报文属于CPU2，若与CPU1和CPU2识别码均不同，则丢弃该报文；

3.4：将识别出的串口调试信息区分不同的SOC芯片和CPU分别进行显示。

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