CN113067905A - 电力芯片专用子系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电力芯片专用子系统及电力系统专用芯片，通过电力专用MAC模块用于根据时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行处理，得到电力业务数据；信号转换子系统用于根据时标管理模块提供的第二时标对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；数据处理模块中包括电力专用数字信号处理阵列和与电力专用数字信号处理阵列耦合的第一存储器；电力专用数字信号处理阵列用于信号转换子系统中的电力业务数据按照指定算法进行数据处理，得到符合预设格式的处理数据。采用本系统能够在满足电力数据处理需求的基础上，降低了系统成本、功耗和提高了系统稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及电气技术领域，特别是涉及一种电力系统专用芯片和电力芯片专用子系统。
背景技术
目前，智能电网通过电网信息化的方式，实现系统内部和系统之间的信息快速传递，以及各种更为高级的应用。电网信息化通过将以太网技术融入电网，实现电网通信的实时性、可靠性提升。在计算机开放式系统互联通信参考模型中，MAC层的控制是以太网中各设备可靠、高效通信的保证。
目前电网芯片大多通过通用MAC模块实现单一MAC功能，同时，多核异构技术已经广泛应用于超大规模计算机等领域，通用的多核异构架构已不能满足电力领域的安全可控、低成本、低功耗的定制化需求 。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在满足电力数据处理需求的基础上，降低了系统成本、功耗和提高了系统稳定性的电力芯片专用子系统、电力系统专用芯片。
一种电力芯片专用子系统，包括：实时处理模块、数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块；实时处理模块、数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块通过系统总线进行互连；
实时处理模块用于对数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块进行调度；
电力专用MAC模块用于根据时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行处理，得到电力业务数据；
信号转换子系统用于根据时标管理模块提供的第二时标对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；
数据处理模块中包括电力专用数字信号处理阵列和与电力专用数字信号处理阵列耦合的第一存储器；电力专用数字信号处理阵列用于信号转换子系统中的电力业务数据按照指定算法进行数据处理，得到符合预设格式的处理数据；第一存储器用于对处理数据进行存储。
在其中一个实施例中，信号转换子系统包括：嵌入式处理器、第二存储器和串行外设接口模块；
嵌入式处理器根据第二时标执行特定的嵌入式程序，对外接的信号转换芯片进行控制，实现对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；信号转换子系统和信号转换芯片通过串行外设接口模块提供的串行外设接口协议进行通信；
第二存储器用于存储嵌入式程序和嵌入式处理器处理后的电力业务数据。
在其中一个实施例中，信号转换子系统还包括存储器访问模块；
当检测到电力专用MAC模块中的电力业务数据的数据量大于数据量阈值时，嵌入式处理器根据第二时标执行特定的嵌入式程序，对外接的信号转换芯片进行控制，实现对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样和存储处理；存储器访问模块用于对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行搬运处理。
在其中一个实施例中，串行外设接口模块的协议模式包括单线模式、双线模式和四线模式中至少一种。
在其中一个实施例中，信号转换子系统配置为8路接口。
在其中一个实施例中，电力专用MAC模块上搭载一个用专用指令集实现的可编程的报文专用处理器；报文专用处理器用于根据时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行过滤和风暴抑制处理，得到电力业务数据。
在其中一个实施例中，系统包括一个从机接口和一个主机接口；从机接口和主机接口用于将系统集成到电力系统专用芯片中。
在其中一个实施例中，实时处理模块包括第一实时处理器和第二实时处理器，第一实时处理器用于对信号转换子系统进行调度；第二实时处理器用于对电力专用MAC模块进行调度。
在其中一个实施例中，第一时标包括以太网数据包处理的时间戳信息；第二时标包括电力业务数据的采样时间间隔信息。
一种电力系统专用芯片，电力系统专用芯片上集成有上述的系统。
上述电力芯片专用子系统和电力系统专用芯片，通过电力芯片专用子系统中实时处理模块调度数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块；电力专用MAC模块根据时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行处理，得到电力业务数据；信号转换子系统用于根据时标管理模块提供的第二时标对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；数据处理模块对电力业务数据按照指定算法进行数据处理，降低实时处理器或电力系统专用芯片中的应用处理器的负载，在提高数据处理效率以及系统高性能的同时，降低了成本和提高了系统的稳定性。
附图说明
图1为一个实施例中电力芯片专用子系统的结构框图；
图2为一个实施例中电力芯片专用子系统的结构框图示意图；
图3为一个实施例中信号转换子系统的结构框图；
图4为一个实施例中电力系统专用芯片的结构框图；
图5为一个实施例中电力设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的适用于电力业务数据处理的电力芯片专用子系统，电力芯片专用子系统是基于多核异构架构，以该系统应用于终端进行说明，可以理解的是，电力芯片专用子系统也可以应用于包括终端和服务器的应用环境，通过终端和服务器的交互实现，也可以应用于服务器。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电力芯片专用子系统，实时处理模块、数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块；实时处理模块、数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块通过系统总线进行互连。其中：
实时处理模块用于对数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块进行调度；也就是说，实时处理模块用于执行各模块的应用驱动；实时处理模块中包括至少两个实时处理器，各实时处理器为并行执行应用驱动，实时处理器完成整个子系统的资源调度、程序调度和数据流控制，资源调度是指将电力业务数据从电力芯片专用子系统，通过总线互连，搬运至SRAM/DDR等存储、或处理器本身使用。当实时处理模块包括第一实时处理器和第二实时处理器，第一实时处理器用于对信号转换子系统进行调度；第二实时处理器用于对电力专用MAC模块进行调度。
电力专用MAC模块，在通用MAC模块上搭载一个用专用指令集实现的一个报文专用处理器，可通过定制指令高效地实现对特定以太网报文订阅的功能；
用于根据时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行处理，得到电力业务数据，电力业务数据包括电力系统中的电流、电压等模拟量。
第一时标包括以太网数据包处理的时间戳信息，“第一”和“第二”用于区别不同的时标，即第一时标可以是第二时标，第二时标也可以是第一时标，时标管理模块用于给电力芯片专用子系统中信号转换子系统和电力专用MAC模块提供时标，时标是通过外设提供的IRIG-B（InterRange Instrumentation Group-B，B类串行时钟码）和PPS（PrecisionPositioning System，精密定位服务）格式的时标中任意一种方式确定的。
可选地，电力专用MAC模块上搭载一个用专用指令集实现的可编程的报文专用处理器；报文专用处理器用于根据时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行过滤和风暴抑制处理，得到电力业务数据，避免数据丢失。
信号转换子系统，可以是ADC子系统，用于根据时标管理模块提供的第二时标对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；信号转换子系统，即ADC子系统，为ADC芯片的控制模块，通过SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）协议进行通信。
第二时标包括电力业务数据的采样时间间隔信息，第二时标用于触发信号转换子系统采集需要的电力业务数据，并将采集的电力业务数据转换为预设格式的数据；例如，根据电力专MAC模块订阅的以太网报文，得到的电力业务数据为模拟信号；根据第二时标控制信号转换子系统的外接ADC采样芯片对电力业务数据进行采样，得到采样电力业务数据；将采样电力业务数据通过信号转换，得到数字信号形式的电力业务数据；将数字信号形式的电力业务数据发送至信号转换子系统耦合的存储器中进行存储，通过信号转换子系统耦合的DMA模块（Direct Memory Access，直接存储器访问）进行数据搬运；当ADC子系统完成任务后向实时处理器中断信号指示，完成数据的采样、搬运和存储。
数据处理模块中包括电力专用数字信号处理阵列和与电力专用数字信号处理阵列耦合的第一存储器；电力专用数字信号处理阵列用于对信号转换子系统中的电力业务数据按照指定算法（指定算法，即应用在电力系统中的数字信号处理算法；例如，离散傅里叶变换（DiscreteFourier Transform，DFT）、快速傅里叶变换（fast Fourier transform，FFT）等算法）进行数据处理，得到符合预设格式的处理数据（如，采用DFT对获取电流或电压进行卷积运算，得到对应的矢量）；存储器用于对处理数据进行存储。
其中，电力专用数字信号处理阵列为DSP阵列（Digital Signal Processing，数字信号处理技术的芯片），DSP阵列可以执行各种应用在电力系统的数字信号处理算法，缓解应用处理器的数据处理压力，提高应用处理器的数据处理性能；其耦合的第一存储器为SRAM（Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器），SRAM用来存储计算数据。
可选地，SRAM可用于存储电力芯片专用子系统中其他模块产生的中间数据，包括DSP计算产生的数据，ADC子系统的采样数据等。
可选地，在一个实施例中，该系统包括一个从机接口和一个主机接口；从机接口和主机接口用于将系统集成到电力系统专用芯片中，方便电力芯片专用子系统集成到不同类型、功能的电力系统专用芯片中，减少成本。
处理器通过配置寄存器，启动ADC采样，采样结束后处理器会收到中断，并开始通过ADC芯片接口接受数据，初步处理数据后、将数据搬运至SRAM/DDR等存储，交由实时处理器进行后续数据处理和计算。在一个实施例中，如图2所示，为电力芯片专用子系统的结构框图示意图，包括实时处理模块、数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块，其中，实时处理模块包括两个实时处理器，其中，一个实时处理器用于对ADC子系统进行调度；另一个实时处理器用于对电力专用MAC模块进行调度, 数据处理模块中包括DSP和与电力专用数字信号处理阵列耦合的第一存储器SRAM，ADC子系统配置为8路接口，电力专用MAC配置为8路接口；通过从机接口从机接口和主机接口用于将该系统集成到电力系统专用芯片中。
上述电力芯片专用子系统，通过实时处理模块调度数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块，各模块功能互相独立，可独立地灵活地进行配置；电力专用MAC模块根据时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行处理，得到电力业务数据；信号转换子系统用于根据时标管理模块提供的第二时标对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；通过实时处理器配置时标管理模块，可以同时为ADC子系统和电力专用MAC模块提供时标，以支持ADC采样的定时，定时解析以太网包报文等功能；数据处理模块对电力业务数据按照指定算法进行数据处理，降低实时处理器或电力系统专用芯片中的应用处理器的负载，在提高数据处理效率以及系统高性能的同时，降低了成本和提高了系统的稳定性。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种信号转换子系统，包括：嵌入式处理器、第二存储器和串行外设接口模块，存储器访问模块；其中：
嵌入式处理器根据第二时标执行特定的嵌入式程序，对外接的信号转换芯片进行控制，实现对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；信号转换子系统和信号转换芯片通过串行外设接口（SPI）模块提供的串行外设接口协议进行通信，也就是说，SPI接口可以通过SPI协议让信号转换子系统与ADC采样芯片进行通信，且SPI协议的模式配置为单线、双线、四线等模式，可以适配不同型号的ADC采样芯片，提高信号转换子系统的通用性。
第二存储器用于存储嵌入式程序和嵌入式处理器处理后的电力业务数据，第二存储器可以是SRAM，即SRAM可同时作为嵌入式处理器的程序存储和数据存储，其程序和数据存储的大小均可进行灵活配置，可根据不同的程序和数据需求决定配置的大小。
存储器访问模块（即DMA模块），当检测到电力专用MAC模块中的电力业务数据的数据量大于数据量阈值时，嵌入式处理器根据第二时标执行特定的嵌入式程序，对外接的信号转换芯片进行控制，实现对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样和存储处理；存储器访问模块用于对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行搬运处理。即DMA模块用来进行灵活的数据搬运，可以不占用嵌入式处理器，而让嵌入式处理器可以处理其他的工作，如ADC采样的数据处理等，提高嵌入式处理器的性能。上述信号转换子系统中，ADC子系统首先通过外部主机将嵌入式程序配入SRAM中，然后启动嵌入式处理器，根据获取的第二时标控制外接的ADC采样芯片，启动采样，并通过SPI协议进行通信，发送或接收电力业务数据；即嵌入式处理器可以在采样开始之前，配置DMA模块，在采样开始之后DMA可以自行搬运与SPI兼容的电力业务数据，并可选的搬运至不同的存储中（例如，DSP的SRAM、嵌入式处理器的SRAM等）；DMA与SPI模块之间通过硬件握手的方式进行握手，后通过总线互连进行数据搬运。嵌入式处理器可以先行对搬运回来的数据进行一些处理，后再将数据发送至子系统其他模块；即可以通过灵活配置，在处理电力业务数据时，可以通过配置专用功能需求，减少成本。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种电力系统专用芯片（电力SoC芯片），该电力系统专用芯片上集成有电力芯片专用子系统、应用处理器、其他模块和DDR控制器（Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，双倍数据率同步动态随机存取存储器），电力芯片专用子系统、应用处理器、其他模块和DDR控制器之间通过通信总线进行互连。DDR控制器可以访问DDR存储，针对大量数据的存储，可以灵活的通过DDR存取解决。
电力芯片专用子系统，包括：实时处理模块、数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块；实时处理模块、数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块通过系统总线进行互连。
实时处理模块用于对数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块进行调度，实时处理模块包括第一实时处理器和第二实时处理器，第一实时处理器用于对信号转换子系统进行调度；第二实时处理器用于对电力专用MAC模块进行调度。
电力专用MAC模块用于根据时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行处理，得到电力业务数据，第一时标包括以太网数据包处理的时间戳信息；即电力专用MAC模块上搭载一个用专用指令集实现的可编程的报文专用处理器；报文专用处理器用于根据时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行过滤和风暴抑制处理，得到电力业务数据。
信号转换子系统用于根据时标管理模块提供的第二时标对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；数据处理模块中包括电力专用数字信号处理阵列和与电力专用数字信号处理阵列耦合的第一存储器；电力专用数字信号处理阵列用于信号转换子系统中的电力业务数据按照指定算法进行数据处理，得到符合预设格式的处理数据；存储器用于对处理数据进行存储。
其中，信号转换子系统包括：嵌入式处理器、第二存储器和串行外设接口模块；嵌入式处理器根据第二时标执行特定的嵌入式程序，对外接的信号转换芯片进行控制，实现对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理，第二时标包括电力业务数据的采样时间间隔信息；信号转换子系统和信号转换芯片通过串行外设接口模块提供的串行外设接口协议进行通信；第二存储器用于存储嵌入式程序和嵌入式处理器处理后的电力业务数据；信号转换子系统配置为8路接口，串行外设接口模块的协议模式包括单线模式、双线模式和四线模式中至少一种。
当检测到电力专用MAC模块中的电力业务数据的数据量大于数据量阈值时，嵌入式处理器根据第二时标执行特定的嵌入式程序，对外接的信号转换芯片进行控制，实现对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样和存储处理；通过信号转换子系统中的存储器访问模块对电力专用MAC模块中的电力业务数据进行搬运处理。
可选地，系统包括一个从机接口和一个主机接口；从机接口和主机接口用于将系统集成到电力系统专用芯片中。
具体地，电力系统专用芯片的应用处理器可以通过总线配置电力芯片专用子系统内所有可以配置的选项，同时，电力芯片专用子系统还可以通过总线访问DDR SDRAM（Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，双倍数据率同步动态随机存取存储器，简称DDR）控制器，DDR控制器可以访问DDR存储，针对大量数据的存储，可以灵活的通过DDR存取解决；电力SoC中电力芯片专用子系统只需要通过应用处理器初始化后，即可自行工作，不需要占用SoC的其他资源，应用处理器此时可进行其他任务，当电力芯片专用子系统被分配的工作完成后，会通过中断信号通知应用处理器，即满足电力数据处理需求的基础上，降低了系统成本、功耗和提高了系统稳定性的。
关于电力系统专用芯片的具体限定可以参见上文中对于电力芯片专用子系统的限定，在此不再赘述。上述关于电力系统专用芯片中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。
在一个实施例中，提供了一种电力设备，该电力设备可以是终端，其内部结构图可以如图5所示。该电力设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电力设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电力设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和程序的运行提供环境。该电力设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该设备程序被处理器执行时以实现一种关于电力芯片专用子系统。该电力设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电力设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是设备上设置的按键或触控板等。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电力设备的限定，具体的电力设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种电力设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述系统实施例中的功能。
在一个实施例中，提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述系统实施例中的功能。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例系统中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机备程序可存储于一非易失性可读取存储介质中，该计算机程序（设备程序）在执行时，可包括如上述各系统的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电力芯片专用子系统，其特征在于，包括：实时处理模块、数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块；所述实时处理模块、数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块通过系统总线进行互连；
所述实时处理模块用于对所述数据处理模块、信号转换子系统、时标管理模块和电力专用MAC模块进行调度；
所述电力专用MAC模块用于根据所述时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行处理，得到电力业务数据；
所述信号转换子系统用于根据所述时标管理模块提供的第二时标对所述电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；
所述数据处理模块中包括电力专用数字信号处理阵列和与所述电力专用数字信号处理阵列耦合的第一存储器；所述电力专用数字信号处理阵列用于所述信号转换子系统中的电力业务数据按照指定算法进行数据处理，得到符合预设格式的处理数据；所述第一存储器用于对所述处理数据进行存储。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号转换子系统包括：嵌入式处理器、第二存储器和串行外设接口模块；
所述嵌入式处理器根据所述第二时标执行特定的嵌入式程序，对外接的信号转换芯片进行控制，实现对所述电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样、搬运和存储处理；所述信号转换子系统和所述信号转换芯片通过所述串行外设接口模块提供的串行外设接口协议进行通信；
所述第二存储器用于存储所述嵌入式程序和所述嵌入式处理器处理后的电力业务数据。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号转换子系统还包括存储器访问模块；
当检测到所述电力专用MAC模块中的电力业务数据的数据量大于数据量阈值时，所述嵌入式处理器根据所述第二时标执行特定的嵌入式程序，对外接的信号转换芯片进行控制，实现对所述电力专用MAC模块中的电力业务数据进行采样和存储处理；所述存储器访问模块用于对所述电力专用MAC模块中的电力业务数据进行搬运处理。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述串行外设接口模块的模式包括单线模式、双线模式和四线模式中至少一种。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号转换子系统配置为8路接口。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电力专用MAC模块上搭载一个用专用指令集实现的可编程的报文专用处理器；所述报文专用处理器用于根据所述时标管理模块提供的第一时标对订阅的以太网数据包进行过滤和风暴抑制处理，得到电力业务数据。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括一个从机接口和一个主机接口；所述从机接口和所述主机接口用于将所述系统集成到电力系统专用芯片中。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实时处理模块包括第一实时处理器和第二实时处理器，所述第一实时处理器用于对信号转换子系统进行调度；所述第二实时处理器用于对电力专用MAC模块进行调度。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一时标包括以太网数据包处理的时间戳信息；所述第二时标包括电力业务数据的采样时间间隔信息。
10.一种电力系统专用芯片，其特征在于，所述电力系统专用芯片上集成有权利要求1至9任意一项所述的系统。
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