CN115963793A - 一种数据监视方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种数据监视方法及装置，涉及核电厂仪表控制技术领域。在执行方法时，现场可编程门阵列首先获取监听数据的指令；然后基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件；最后将监听的数据发送至数据分析软件。这样，通过现场可编程门阵列基于监听数据的指令，在第一动态存储内存空间获取监听数据，并将监听数据发送给数据分析软件；由于第一动态存储内存空间并不是运行嵌入式软件的空间，使得数据监听和嵌入式软件运行互不干扰，克服了现有技术中变量数据监视功能失效时，会影响到安全功能的正常执行的问题。

Description

一种数据监视方法及装置

技术领域

本申请涉及核电厂仪表控制技术领域，尤其涉及一种数据监视方法及装置。

背景技术

核安全级分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)嵌入式软件的变量监视功能是指在核电厂反应堆控制、保护系统正常运行过程中，通过维护工具软件对嵌入式软件中特定的数据进行读取、分析和显示，以及时了解安全级DCS系统的运行状态，实时参数、数据等。

现有技术中通常采用嵌入式软件本身读取其变量数据，发送给维护工具软件，以实现对变量数据的监视。

使用DCS嵌入式软件本身完成软件变量的读取与发送，不可避免的会对嵌入式软件执行正常的系统功能造成影响，由于软件只能作为一个整体在CPU中运行，所以，如果变量监视功能失效会影响到安全功能的正常执行。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种数据监视方法及装置，旨在解决现有技术中采用嵌入式软件本身进行变量数据监视导致的变量监视功能失效时，影响到安全功能的正常执行的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种数据监视方法，应用于现场可编程门阵列，所述方法包括：

获取监听数据的指令；

基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；所述第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；所述第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件；

将所述监听的数据发送至数据分析软件。

可选的，在所述基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据之前，所述方法还包括：

获取处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令；

将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

可选的，若所述现场可编程门阵列在获取到处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令的同时，所述现场可编程门阵列在获取监听的数据，则所述将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中，具体包括：

在所述现场可编程门阵列获取完监听的数据后，将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

可选的，所述将所述监听的数据发送至数据分析软件，具体包括：

利用双口随机存取存储器，将所述监听的数据发送至数据分析软件。

可选的，在所述将所述监听的数据发送至数据分析软件之后，所述方法还包括：

所述数据分析软件对所述监听的数据进行分析；

在所述监听的数据异常时，发起数据异常的告警。

第二方面，本申请实施例提供了一种数据监视装置，应用于现场可编程门阵列，所述装置包括：第一获取模块、第二获取模块、发送模块；

所述第一获取模块，用于获取监听数据的指令；

所述第二获取模块，用于基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；所述第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；所述第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件；

所述发送模块，用于将所述监听的数据发送至数据分析软件。

可选的，所述装置还包括第三获取模块及复制模块；

在所述基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据之前，所述第三获取模块用于，获取处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令；所述复制模块，用于将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

可选的，若所述现场可编程门阵列在获取到处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令的同时，所述现场可编程门阵列在获取监听的数据，则所述复制模块，具体用于：

在所述现场可编程门阵列获取完监听的数据后，将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

可选的，所述发送模块具体用于：

利用双口随机存取存储器，将所述监听的数据发送至数据分析软件。

可选的，所述装置还包括分析模块及告警模块；

所述分析模块具体用于：所述数据分析软件对所述监听的数据进行分析；

所述告警模块具体用于：在所述监听的数据异常时，发起数据异常的告警。

本申请提供了一种数据监视方法及装置。在执行所述方法时，现场可编程门阵列首先获取监听数据的指令；然后基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；所述第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；所述第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件；最后将所述监听的数据发送至数据分析软件。这样，通过现场可编程门阵列基于监听数据的指令，在第一动态存储内存空间获取监听数据，并将监听数据发送给数据分析软件；由于第一动态存储内存空间并不是运行嵌入式软件的空间，使得数据监听和嵌入式软件运行互不干扰，克服了现有技术中采用嵌入式软件本身进行变量数据监视导致的变量数据监视功能失效时，影响到安全功能的正常执行的问题。

附图说明

为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种核安全级DCS实现变量监视功能的方案示意图；

图2为现有技术提供的另一种核安全级DCS实现变量监视功能的方案示意图；

图3为本申请实施例提供的一种实现变量监视功能的方案结构框架图；

图4为本申请实施例提供的一种数据监视方法流程图；

图5为本申请实施例提供的一种FPGA逻辑实现架构图；

图6为本申请实施例提供的一种FPGA中总线仲裁模块控制逻辑示意图；

图7为本申请实施例提供的一种数据监听装置的结构示意图。

具体实施方式

核安全级分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)嵌入式软件的变量监视功能是指在核电厂反应堆控制、保护系统正常运行过程中，通过维护工具软件对嵌入式软件中特定的数据进行读取、分析和显示，以及时了解安全级DCS系统的运行状态，实时参数、数据等。

现有技术中通常采用嵌入式软件本身读取其变量数据，发送给维护工具软件，以实现对变量数据的监视。

参见图1，图1为现有技术提供的一种核安全级DCS实现变量监视功能的方案示意图。此方案中，嵌入式软件本身读取其变量数据，直接发送给维护工具软件实现变量监视。

参见图2，图2为现有技术提供的另一种核安全级DCS实现变量监视功能的方案示意图。此方案中，嵌入式软件本身读取其变量数据，通过专用的硬件板卡实现与维护工具之间的通信。

这两种方法都需要嵌入式软件本身的参与才能实现软件变量监视功能。

上述两种方案相对于核电站安全级的变量监视要求，存在如下不足之处：

一方面，使用DCS嵌入式本身完成软件变量的读取与发送，不可避免的会对嵌入式软件执行正常的系统功能造成影响，由于软件只能作为一个整体在CPU中运行，所以，如果变量监视功能失效会影响到安全功能的正常执行。

另一方面，执行变量监视功能会增加CPU的运行负荷，压缩安全功能的扩展空间，进一步会降低CPU的运行效率。

有鉴于此，本申请提出一种独立于安全功能的DCS软件变量监视功能实现方案，解决核安全级DCS软件变量监视功能对嵌入式软件的干扰，实现变量监视功能和安全功能的完全隔离，简化核安全级嵌入式软件，使其专注于执行安全重要的控制、保护功能，以提高系统的安全性和可靠性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

首先介绍下本申请方案的结构框架。参见图3，图3为本申请实施例提供的一种实现方案的结构框架图。

本方案主要由CPU、随机存取存储器RAM、现场可编程门阵列FPGA和维护接口组成。

CPU负责运行嵌入式软件，SDRAM-Work即第二动态存储内存空间，是嵌入式软件的运行空间，软件相关的指令、代码和数据全部存储在SDRAM-Work中。SDRAM-Shadow即第一动态存储内存空间，是二动态存储内存空间SDRAM-Work的完整镜像，其数据内容与SDRAM-Work保持一致。

FPGA负责把CPU向SDRAM发出的取指令、读取和存储数据操作映射到SDRAM-Work，对于CPU向SDRAM-Work的写入操作，FPGA同时把数据存储到SDRAM-Shadow，以实现两片SDRAM的数据一致。FPGA与维护工具软件进行交互，接收变量监视指令及其参数，并从SDRAM-Shadow把相应的变量数据发送到维护工具软件。

本方案对嵌入式软件和维护工具软件无任何特殊要求。

参见图4，图4为本申请实施例提供的一种数据监视方法流程图，该方法应用于现场可编程门阵列，包括以下步骤：

S401、获取监听数据的指令。

FPGA会监听是否有监听变量数据的请求，当监听到有监听变量数据的请求时，FPGA会获取监听数据的指令。

S402、基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；所述第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；所述第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件。

FPGA获取到监听数据的指令，在第一动态存储内存空间SDRAM-Shadow中获取监听的数据；由于SDRAM-Shadow与SDRAM-Work数据一致，但是独立的两个空间。SDRAM-Work用于运行嵌入式软件，FPGA在SDRAM-Shadow中获取监听的数据，使得监听变量数据和运行嵌入式软件互不影响。

S403、将所述监听的数据发送至数据分析软件。

FPGA获取完监听数据后，将监听数据发送至数据分析软件，以便数据分析软件对变量数据进行分析，以判断变量数据是否存在异常。

本申请实施例提供了一种数据监视方法。在执行该方法时，现场可编程门阵列首先获取监听数据的指令；然后基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；所述第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；所述第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件；最后将所述监听的数据发送至数据分析软件。这样，通过现场可编程门阵列基于监听数据的指令，在第一动态存储内存空间获取监听数据，并将监听数据发送给数据分析软件；由于第一动态存储内存空间并不是运行嵌入式软件的空间，使得数据监听和嵌入式软件运行互不干扰，克服了现有技术中采用嵌入式软件本身进行变量数据监视导致的变量数据监视功能失效时，影响到安全功能的正常执行的问题。

进一步地，本申请可选的实施例，在基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据之前，FPGA会获取CPU向SDRAM-Work空间写入数据的操作指令，FPGA同时把数据存储到SDRAM-Shadow空间，以实现两片SDRAM的数据一致。由此可以在CPU运行嵌入式软件时，FPGA可以在第一动态存储内存空间中获取监听数据，并不会影响CPU运行嵌入式软件。

具体地，参见图5，图5为本申请实施例提供的一种FPGA逻辑实现架构图。

具体实现过程包括以下几个：

SDRAM-Work总线接口控制模块对SDRAM-Work进行数据读写操作。

SDRAM-Shadow总线接口控制模块对SDRAM-Shadow进行数据读写操作。

SDRAM-Work、SDRAM-Shadow和CPU总线接口控制模块按照总线时序和控制信号要求，实现通信功能。

维护通信接口控制模块实现FPGA与维护工具软件之间的数据通信。

双口RAM实现FPGA中安全重要功能与维护功能之间的通信隔离，以防止维护工具的错误蔓延到FPGA一侧。

变量监视指令处理模块从双口RAM读取变量监视指令和参数，解析指令后，结合其参数转化为对SDRAM的读数据操作，通过总线仲裁模块后从SDRAM-Shadow取相应的变量数据，并把获得的数据通过双口RAM和维护通信接口控制模块发送给维护工具软件。

总线仲裁模块根据三个总线接口控制模块和变量监视指令处理模块对SDRAM的访问请求。

进一步地，本申请可选的实施例，如果FPGA在获取到处理器向第二动态存储内存空间发送的写数据指令的同时，FPGA在获取监听的数据，则需要在FPGA获取完监听的数据后，再将写入第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。具体的实现逻辑参见图6，图6为本申请实施例提供的一种FPGA中总线仲裁模块控制逻辑示意图。

FPGA中总线仲裁模块会监听各总线的状态，判断是否有总线访问请求，如果有，则进一步判断是否是CPU写入内存数据的操作，如果是，则进一步判断FPGA是否在读取SDRAM-Shadow空间中的数据，也就是在进行监听数据的获取。如果FPGA正在获取监听数据，则首先执行CPU向SDRAM-Work空间写入数据；待FPGA获取完监听数据后，再将写入SDRAM-Work空间的数据同步到SDRAM-Shadow空间中。

如果FPGA中总线仲裁模块监听到有总线访问请求，但不是CPU写入内存数据的操作请求，则进一步判断是否是监听变量数据的操作，如果是，则FPGA在SDRAM-Shadow空间中获取监听数据，并将该数据发送至维护工具软件。如果总线请求是CPU读取内存数据的操作，则FPGA在SDRAM-Work空间中读取数据，并发送给CPU。

如果FPGA中总线仲裁模块未监听到总线访问请求，则进一步判断是否有缓存的CPU写内存操作，如果有，则根据缓存的CPU写内存操作指令，将SDRAM-Work空间的数据同步到SDRAM-Shadow空间中。如果否，则继续监听各总线的状态。

上述FPGA中总线仲裁模块控制逻辑，实现了CPU对SDRAM-Work的写操作具有最高优先级，能够中断变量监视操作；CPU读SDRAM-Work操作和变量监视操作可以同时进行，互不干扰。

进一步地，本申请可选的实施例，可以利用双口随机存取存储器，将所述监听的数据发送至数据分析软件。如此可以利用双口RAM实现FPGA中安全重要功能与维护功能之间的通信隔离，以防止维护工具的错误影响到FPGA执行数据运行操作的一侧。

进一步地，本申请可选的实施例，在将监听的数据发送至数据分析软件之后，数据分析软件对监听的数据进行分析；在监听的数据异常时，发起数据异常的告警。如此可以尽快提示用户监听数据异常，以便尽快对异常数据做出处理。

以上为本申请实施例提供的一种数据监听方法的一些具体实现方式，基于此，本申请还提供了对应的装置。下面将从功能模块化的角度对本申请实施例提供的装置进行介绍。

参见图7，图7为本申请实施例提供的一种数据监听装置的结构示意图，该装置应用于FPGA，包括：第一获取模块701、第二获取模块702、发送模块703；

所述第一获取模块701，用于获取监听数据的指令；

所述第二获取模块702，用于基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；所述第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；所述第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件；

所述发送模块703，用于将所述监听的数据发送至数据分析软件。

本申请实施例提供了一种数据监视装置。该装置用于执行对应的方法，在执行所述方法时，现场可编程门阵列首先获取监听数据的指令；然后基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；所述第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；所述第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件；最后将所述监听的数据发送至数据分析软件。这样，通过现场可编程门阵列基于监听数据的指令，在第一动态存储内存空间获取监听数据，并将监听数据发送给数据分析软件；由于第一动态存储内存空间并不是运行嵌入式软件的空间，使得数据监听和嵌入式软件运行互不干扰，克服了现有技术中采用嵌入式软件本身进行变量数据监视导致的变量数据监视功能失效时，影响到安全功能的正常执行的问题。

进一步地，本申请可选的实施例，所述装置还包括第三获取模块及复制模块；

在所述基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据之前，所述第三获取模块用于，获取处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令；所述复制模块，用于将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

进一步地，本申请可选的实施例，若所述现场可编程门阵列在获取到处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令的同时，所述现场可编程门阵列在获取监听的数据，则所述复制模块，具体用于：

在所述现场可编程门阵列获取完监听的数据后，将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

进一步地，本申请可选的实施例，所述发送模块703具体用于：

利用双口随机存取存储器，将所述监听的数据发送至数据分析软件。

进一步地，本申请可选的实施例，所述装置还包括分析模块及告警模块；

所述分析模块具体用于：所述数据分析软件对所述监听的数据进行分析；

所述告警模块具体用于：在所述监听的数据异常时，发起数据异常的告警。

本申请实施例中提到的“第一”、“第二”等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本申请示例性的实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种数据监听方法，其特征在于，应用于现场可编程门阵列，所述方法包括：

获取监听数据的指令；

基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；所述第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；所述第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件；

将所述监听的数据发送至数据分析软件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据之前，所述方法还包括：

获取处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令；

将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述现场可编程门阵列在获取到处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令的同时，所述现场可编程门阵列在获取监听的数据，则所述将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中，具体包括：

在所述现场可编程门阵列获取完监听的数据后，将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述监听的数据发送至数据分析软件，具体包括：

利用双口随机存取存储器，将所述监听的数据发送至数据分析软件。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将所述监听的数据发送至数据分析软件之后，所述方法还包括：

所述数据分析软件对所述监听的数据进行分析；

在所述监听的数据异常时，发起数据异常的告警。

6.一种数据监听装置，其特征在于，应用于现场可编程门阵列，所述装置包括：第一获取模块、第二获取模块、发送模块；

所述第一获取模块，用于获取监听数据的指令；

所述第二获取模块，用于基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据；所述第一动态存储内存空间独立于第二动态存储内存空间；所述第二动态存储内存空间用于运行嵌入式软件；

所述发送模块，用于将所述监听的数据发送至数据分析软件。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三获取模块及复制模块；

在所述基于获取的指令，在第一动态存储内存空间中获取监听的数据之前，所述第三获取模块用于，获取处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令；所述复制模块，用于将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，若所述现场可编程门阵列在获取到处理器向所述第二动态存储内存空间发送的写数据指令的同时，所述现场可编程门阵列在获取监听的数据，则所述复制模块，具体用于：

在所述现场可编程门阵列获取完监听的数据后，将写入所述第二动态存储内存空间的数据复制到所述第一动态存储内存空间中。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述发送模块具体用于：

利用双口随机存取存储器，将所述监听的数据发送至数据分析软件。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括分析模块及告警模块；

所述分析模块具体用于：所述数据分析软件对所述监听的数据进行分析；

所述告警模块具体用于：在所述监听的数据异常时，发起数据异常的告警。

Images