CN111198840B - 一种适用于双核系统的goose和mms共网通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信方法和系统，双核系统包括系统核和保护核；数据发送时，保护核经保护逻辑运算产生GOOSE数据，填入预设的共享内存中，通过中断信号通知系统核，系统核响应于该中断信号，从共享内存中获取GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符，然后通过中断信号通知MAC控制器；MAC控制器得到通知后将GOOSE数据发送到网络上；数据接收时，系统核获取外部网络数据后，判断是否为GOOSE数据，若是，则将GOOSE数据拷贝至共享内存，并向保护核发送中断信号，使得保护核从共享内存中获取GOOSE数据。本发明可减少设备成本，简化网络复杂度，保障实时性。

Description

一种适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信方法和系统

技术领域

本发明涉及电力系统数据通信技术领域，特别是一种适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信方法和系统。

背景技术

GOOSE( 通用面向对象的变电站事件) 作为IEC61850 协议中的重要通信模型，实现了分布式功能，可替代传统设备间的硬线连接方式，为逻辑节点之间的通信提供了高效可靠的方法。区别于MMS(制造报文规范)的映射方式，GOOSE 报文在OSI 七层模型中，从表示层直接映射到数据链路层。该映射方式不经过TCP/IP 协议，避免通信堆栈造成传输的延迟，从而保证了报文传输、处理的快速性。GOOSE 报文的触发形式是，当预配置中的数据集成员发生变化时发送GOOSE 报文。IEC61850协议针对GOOSE 报文建立了重发送机制，如图1所示。在没有触发时，以T0 为间隔发送GOOSE 报文。触发后，以T1 为间隔发送两次、再以T2、T3为间隔发送一次同样的报文，以减少接收端丢包的概率，提高可靠性。该重发送机制下的报文被称为心跳报文，若“心跳”停止，则说明相应装置出现问题，为设备自检提供了一种可能的方式，可增强系统的可靠性。

ZYNQ双核系统中，一个核负责Linux系统，另外一个负责采样运算和保护逻辑，GOOSE数据产生在保护逻辑中，一般情况下，GOOSE独立组网，在保护核这一侧配置有以太网硬件，包括phy和Mac控制器，GOOSE数据的收发就由保护核来完成。由于GOOSE协议栈只用了国际标准化组织开放系统互联(ISO/OSI)中的4层，并没有tcp/ip协议，因此，MMS数据需要单独的网络，也即GOOSE网和MMS网相互独立，互不干扰，而这样就导致一个系统需要两套以太网外设，而且这两套以太网外设分别由两个核控制，一是增加了网络的复杂度和网络建设的成本；二是浪费了CPU资源，增加了智能设备的成本。

发明内容

本发明的目的是，提供一种适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信方法和系统，将GOOSE数据通过中断的方式插入到Linux系统以太网的链路层来完成GOOSE数据的收发，相较于GOOSE与MMS独立组网，可大大减少设备成本，简化网络复杂度。

本发明采取的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信方法，所述双核系统包括系统核和保护核，GOOSE数据由保护核产生，MMS数据由系统核产生和收发；

GOOSE和MMS共网通信方法，由系统核执行，包括GOOSE数据发送方法和GOOSE数据接收方法；

所述GOOSE数据发送方法包括：

响应于保护核发出的数据就绪中断信号，从预设的共享内存中获取保护核填入的GOOSE数据；

将所获取的GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符；

将BD描述符已更新的信息通知至MAC控制器，使得MAC控制器响应于所述通知，读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而将待发送GOOSE数据发送到网络上；

所述GOOSE数据接收方法包括：

响应于MAC控制器发出的数据读入中断信号，读取当前BD描述符以获取接收到的数据；

判断所获取的数据是否为GOOSE数据，若是，则将GOOSE数据拷贝至预设的共享内存，并向保护核发送数据待处理中断信号，以使得保护核响应于所述数据待处理中断信号，从所述共享内存中获取GOOSE数据。

可选的，上述方法中，数据发送时，MAC控制器响应于所述通知，通过DMA控制器读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而通过DMA控制器将待发送GOOSE数据从内存中读出并发送到网络上；

数据接收时，MAC控制器接收外部网络数据，并通过DMA控制器将接收到的数据写入BD描述符所指的内存位置，然后更新BD描述符状态，向系统核发送数据读入中断信号。

第二方面，本发明提供一种适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信方法，所述双核系统包括系统核和保护核，GOOSE数据由保护核产生，MMS数据由系统核产生和收发；

GOOSE和MMS共网通信方法，由保护核执行，包括GOOSE数据发送方法和GOOSE数据接收方法；

所述GOOSE数据发送方法包括：

将保护逻辑运算产生的GOOSE数据填入预设的共享内存中；

向系统核发送数据就绪中断信号，使得系统核响应于所述数据就绪中断信号，从所述共享内存中获取已填入的GOOSE数据，并将所获取的GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符，然后将BD描述符已更新的信息通知至MAC控制器，使得MAC控制器读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而将待发送GOOSE数据发送到网络上；

所述GOOSE数据接收方法包括：

响应于系统核发出的数据待处理中断信号，从所述共享内存中获取由系统核接收并写入的GOOSE数据。

以上第一方面和第二方面中，所述系统核可为Linux核，用来跑Linux操作系统。

第三方面，本发明还提供一种适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信系统，包括系统核、保护核和MAC控制器；GOOSE数据由保护核产生，MMS数据由系统核产生和收发；

保护核经保护逻辑运算产生GOOSE数据，填入预设的共享内存中，然后向系统核发送数据就绪中断信号；

系统核响应于所述数据就绪中断信号，从所述共享内存中获取保护核填入的GOOSE数据，并将所获取的GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符，然后发送BD描述符更新中断信号至MAC控制器；

MAC控制器响应于所述BD描述符更新中断信号，读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而将待发送GOOSE数据发送到网络上；

系统核通过MAC控制器获取外部网络数据后，判断所获取的数据是否为GOOSE数据，若是，则将GOOSE数据拷贝至所述共享内存，并向保护核发送数据待处理中断信号；

保护核响应于所述数据待处理中断信号，从所述共享内存中获取GOOSE数据并处理。

可选的，所述系统核通过MAC控制器获取外部网络数据包括：

MAC控制器接收外部网络数据，并将接收到的数据写入BD描述符所指的内存位置，然后更新BD描述符状态，向系统核发送数据读入中断信号；

系统核响应于所述数据读入终端信号，读取当前BD描述符以获取相应数据。

进一步的，本发明适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信系统，还包括DMA控制器；

数据发送时，MAC控制器响应于所述BD描述符更新中断信号，通过DMA控制器读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而通过DMA控制器将待发送GOOSE数据从内存中读出并发送到网络上；

数据接收时，MAC控制器接收外部网络数据，并通过DMA控制器将接收到的数据写入BD描述符所指的内存位置，然后更新BD描述符状态，向系统核发送数据读入中断信号。

可选的，每次数据发送后，MAC控制器对BD描述符进行更新，以等待下一次发送。

可选的，所述系统核可为Linux核。

有益效果

1）本发明将基于双核的GOOSE和MMS共网，双核之间通过中断和共享内存的相结合的方式交换GOOSE数据，既减少了智能装置接口，简化了网络结构，同时满足了GOOSE数据的实时性；

2）本发明将GOOSE数据通过中断插入BD描述表中来发送数据，对应用层透明，且充分利用了物理层的带宽。

附图说明

图1所示为GOOSE数据冲发送机制示意图；

图2所示为现有技术中使用BD描述符的数据收发原理示意图；

图3所示为本发明GOOSE与MMS共网通信原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施里进一步描述。

本发明的发明构思为，基于双核系统，通过设置一共享内存，并通过中断的方式在双核之间实现GOOSE数据的交换，从而将GOOSE与MMS共网通信，以实现网络结构的简化，设备成本的降低，同时保障GOOSE数据的实时性。

首先，双核系统包括系统核和保护核，GOOSE数据由保护核产生，MMS数据由系统核产生和收发，本发明需要将GOOSE数据的收发与系统核控制的MMS网共用一组硬件，因而，GOOSE数据的发送就分为两部分：首先，产生于保护侧的GOOSE数据必须实时的发送给Linux核；然后再通过某种方式插入到Linux核的MMS数据队列，将数据发送到网络上。在接收端，从Linux核接收到的GOOSE数据必须实时的发送给保护核，以便及时处理数据。

参考图2所示，网络设备的接收和发送要用到BD描述符。BD描述符是内存中的一段数据结构，它保存了需要发送（或者已经接收）数据的位置、长度以及描述符本身的控制信息。在发送数据时，CPU将数据的位置长度信息更新至当前BD描述符，然后通知MAC控制器，MAC控制器通过DMA读入当前BD描述符，再通过DMA将要发送的数据从内存中读出并发送到网络上，并更新BD描述符，等待下一次发送；接收时，MAC将接收的数据通过DMA写入到当前BD描述符所指的内存位置，并更新当前BD描述符状态，产生中断，通知CPU有新的数据被接收，CPU再通过读最新的BD描述符找到数据，交由上层协议处理。

基于前述，以下分别从双核系统的系统核、保护核以及整个数据收发系统进行实施例说明。

实施例1

本实施例适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信方法，由系统核执行，GOOSE和MMS共网通信方法，包括GOOSE数据发送方法和GOOSE数据接收方法；

所述GOOSE数据发送方法包括：

响应于保护核发出的数据就绪中断信号，从预设的共享内存中获取保护核填入的GOOSE数据；

将所获取的GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符；

将BD描述符已更新的信息通知至MAC控制器，使得MAC控制器响应于所述通知，读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而将待发送GOOSE数据发送到网络上；

所述GOOSE数据接收方法包括：

响应于MAC控制器发出的数据读入中断信号，读取当前BD描述符以获取接收到的数据；

判断所获取的数据是否为GOOSE数据，若是，则将GOOSE数据拷贝至预设的共享内存，并向保护核发送数据待处理中断信号，以使得保护核响应于所述数据待处理中断信号，从所述共享内存中获取GOOSE数据。

具体的，数据发送时，MAC控制器响应于所述通知，通过DMA控制器读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而通过DMA控制器将待发送GOOSE数据从内存中读出并发送到网络上；

数据接收时，MAC控制器接收外部网络数据，并通过DMA控制器将接收到的数据写入BD描述符所指的内存位置，然后更新BD描述符状态，向系统核发送数据读入中断信号。

实施例2

本实施例适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信方法，由保护核执行，包括GOOSE数据发送方法和GOOSE数据接收方法；

所述GOOSE数据发送方法包括：

将保护逻辑运算产生的GOOSE数据填入预设的共享内存中；

向系统核发送数据就绪中断信号，使得系统核响应于所述数据就绪中断信号，从所述共享内存中获取已填入的GOOSE数据，并将所获取的GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符，然后将BD描述符已更新的信息通知至MAC控制器，使得MAC控制器读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而将待发送GOOSE数据发送到网络上；

所述GOOSE数据接收方法包括：

响应于系统核发出的数据待处理中断信号，从所述共享内存中获取由系统核接收并写入的GOOSE数据。

以上实施例1和实施例2中，所述系统核可为Linux核，用来跑Linux操作系统。

实施例3

参考图3所示，本实施例为适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信系统，包括系统核、保护核和MAC控制器；

数据发送过程中：

保护核经保护逻辑运算产生GOOSE数据，填入预设的共享内存中，然后向系统核发送数据就绪中断信号；

系统核响应于所述数据就绪中断信号，从所述共享内存中获取保护核填入的GOOSE数据，并将所获取的GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符，然后发送BD描述符更新中断信号至MAC控制器；

MAC控制器响应于所述BD描述符更新中断信号，读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而将待发送GOOSE数据发送到网络上；

数据接收过程中：

系统核通过MAC控制器获取外部网络数据后，判断所获取的数据是否为GOOSE数据（以太网类型字段为0x88B8），若是，则将GOOSE数据拷贝至所述共享内存，并向保护核发送数据待处理中断信号；

保护核响应于所述数据待处理中断信号，从所述共享内存中获取GOOSE数据并处理。

可选的，所述系统核通过MAC控制器获取外部网络数据包括：

MAC控制器接收外部网络数据，并将接收到的数据写入BD描述符所指的内存位置，然后更新BD描述符状态，向系统核发送数据读入中断信号；

系统核响应于所述数据读入终端信号，读取当前BD描述符以获取相应数据。

本实施例适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信系统，还包括DMA控制器；

数据发送时，MAC控制器响应于所述BD描述符更新中断信号，通过DMA控制器读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而通过DMA控制器将待发送GOOSE数据从内存中读出并发送到网络上；

数据接收时，MAC控制器接收外部网络数据，并通过DMA控制器将接收到的数据写入BD描述符所指的内存位置，然后更新BD描述符状态，向系统核发送数据读入中断信号。

每次数据发送后，MAC控制器对BD描述符进行更新，以等待下一次发送。

在双核系统中，由于GOOSE数据和MMS数据共网，GOOSE数据需要在双核之间通信，所以这一过程必须使用中断。另外，在Linux核发送GOOSE数据过程中，也必须通过中断将数据插入BD描述表中，来保证GOOSE数据的实时性。Linux核对GOOSE数据的发送若不通过中断，而是使用专门的一个线程来处理，则实时性无法满足。

综上，本发明的双核系统通过中断和共享内存的相结合的方式交换GOOSE数据，实时性好可靠性高；将基于双核的GOOSE数据和MMS数据共网，既减少了智能装置的接口，又简化了网络结构；通过中断的方式将GOOSE数据插入到DB描述表中完成发送，对应用层透明，更满足了GOOSE数据的实时性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信系统，其特征是：包括系统核、保护核和MAC控制器；GOOSE数据由保护核产生，MMS数据由系统核产生和收发；

保护核经保护逻辑运算产生GOOSE数据，填入预设的共享内存中，然后向系统核发送数据就绪中断信号；

系统核响应于所述数据就绪中断信号，从所述共享内存中获取保护核填入的GOOSE数据，并将所获取的GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符，然后发送BD描述符更新中断信号至MAC控制器；

MAC控制器响应于所述BD描述符更新中断信号，读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而将待发送GOOSE数据发送到网络上；每次数据发送后，MAC控制器对BD描述符进行更新，以等待下一次发送；

MAC控制器接收外部网络数据，并将接收到的数据写入BD描述符所指的内存位置，然后更新BD描述符状态，向系统核发送数据读入中断信号；

系统核响应于所述数据读入终端信号，读取当前BD描述符以获取相应数据；

系统核通过MAC控制器获取外部网络数据后，判断所获取的数据是否为GOOSE数据，若是，则将GOOSE数据拷贝至所述共享内存，并向保护核发送数据待处理中断信号；

保护核响应于所述数据待处理中断信号，从所述共享内存中获取GOOSE数据并处理。

2.根据权利要求1所述适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信系统，其特征是：还包括DMA控制器；

数据发送时，MAC控制器响应于所述BD描述符更新中断信号，通过DMA控制器读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而通过DMA控制器将待发送GOOSE数据从内存中读出并发送到网络上；

数据接收时，MAC控制器接收外部网络数据，并通过DMA控制器将接收到的数据写入BD描述符所指的内存位置，然后更新BD描述符状态，向系统核发送数据读入中断信号。

3.根据权利要求2所述适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信系统，其特征是：所述系统核为Linux核。

4.一种权利要求1-3任一项所述适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信系统的GOOSE和MMS共网通信方法，所述双核系统包括系统核和保护核，GOOSE数据由保护核产生，MMS数据由系统核产生和收发；其特征是：

GOOSE和MMS共网通信方法，由系统核执行，包括GOOSE数据发送方法和GOOSE数据接收方法；

所述GOOSE数据发送方法包括：

响应于保护核发出的数据就绪中断信号，从预设的共享内存中获取保护核填入的GOOSE数据；

将所获取的GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符；

将BD描述符已更新的信息通知至MAC控制器，使得MAC控制器响应于所述通知，读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而将待发送GOOSE数据发送到网络上；

所述GOOSE数据接收方法包括：

响应于MAC控制器发出的数据读入中断信号，读取当前BD描述符以获取接收到的数据；

判断所获取的数据是否为GOOSE数据，若是，则将GOOSE数据拷贝至预设的共享内存，并向保护核发送数据待处理中断信号，以使得保护核响应于所述数据待处理中断信号，从所述共享内存中获取GOOSE数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：数据发送时，MAC控制器响应于所述通知，通过DMA控制器读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而通过DMA控制器将待发送GOOSE数据从内存中读出并发送到网络上；

数据接收时，MAC控制器接收外部网络数据，并通过DMA控制器将接收到的数据写入BD描述符所指的内存位置，然后更新BD描述符状态，向系统核发送数据读入中断信号。

6.一种权利要求1-3任一项所述适用于双核系统的GOOSE和MMS共网通信系统的GOOSE和MMS共网通信方法，所述双核系统包括系统核和保护核，GOOSE数据由保护核产生，MMS数据由系统核产生和收发；其特征是：

GOOSE和MMS共网通信方法，由保护核执行，包括GOOSE数据发送方法和GOOSE数据接收方法；

所述GOOSE数据发送方法包括：

将保护逻辑运算产生的GOOSE数据填入预设的共享内存中；

向系统核发送数据就绪中断信号，使得系统核响应于所述数据就绪中断信号，从所述共享内存中获取已填入的GOOSE数据，并将所获取的GOOSE数据作为待发送数据，在BD描述表中插入待发送GOOSE数据的BD描述符，然后将BD描述符已更新的信息通知至MAC控制器，使得MAC控制器读入待发送GOOSE数据的BD描述符，进而将待发送GOOSE数据发送到网络上；

所述GOOSE数据接收方法包括：

响应于系统核发出的数据待处理中断信号，从所述共享内存中获取由系统核接收并写入的GOOSE数据。