（电路与系统专业论文）基于DSP的电力系统故障录波器的数据采集与传输研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

中文摘要 目前电力系统正朝着网络规模的不断扩大和区域网互联的趋势发展，电力系 统的行为也将会越来越复杂。作为电网故障分析必不可少的故障录波器，电网的 日趋复杂化对其性能提出了更高的要求。高速数字信号处理器( d s p ) ，高速以太 网通讯技术的涌现为嵌入式故障录波装置的性能改善提供了必要条件。本文设计 并实现了一种基于上述技术的高性能故障录波装置，详细地阐述了其软硬件结构 和功能。此装置分为三个模块，分别实现了数据采集、数据处理和数据传输。此 装置具有监测通道多、采样频率高、实时性好，数据存储容量大等优点。 关键词：故障录波；d s p ；数据采集；数据传输；a 蹦；网络通讯：嵋o s 一 分类号：t p 2 r 4 a b s t r a c t 1 1 1 e 鼬n do f 枷a y sp o w e rs y s t e mi se x p a n s i o n “n e 柳o r l ( s 锄di 嬲i f l j n ko fj o 删 a r n e n o r b 卸dt h ep c m 脚锄c eo f p o w 盯s y s t c i l li sm o 心觚dm o 阳d i m c u h t h e i n c r c 嬲i n g l yo 伽叩l e x i t yo f p ( w e rs y 蛳蜘化q u i sh i g h c rd 咖锄d t of 跏l tr c c o r d 盱 w b i c hi s 嚣玎e s s a r ) ，t o o l 越p o w 盯s y s l 啪蠡u l i 觚a l y s i s 。t h cc m e r g 明c eo f h i g h - s p e e dd s p 锄dh i g h s p c e de 孙锄c tc o m m u n i c a t i t c c i l i l o l o g yp r o v i d c s m c c s 咖_ y c o n d i t i o nf o r 呻r o v i n g 廿i ep e 面n 姗c eo ff a u nr e c o r d e 堆ah i g i l 耐b 咖a n d c v j o fg e n e m t o r 锄dt r a n s f o 咖g r o u pb a s e d t e c l l i l o l o g ya b o v ci s d e s i g r i e d 锄di m p l e m e n t e di i i 廿1 i sp a p c r 柚d “e x p a t i a t e di nd 鲥ls t f u c n 雌柚d 血n c t i o no ft l l eh 棚w a 他a n ds o r w 煅o ft t l cd e v i c e t h cd e v i c eh a st h r e em o d u i e s w h o s ef h n c t i o n sa m 咖q u i s i “o n ，d a t ap c e s s i n g 髓dd a 协t r a n s n l i s s i o n t h e d c v hh 舔m 硎t so f m 柚ym o n i t o r i n gc h 锄e l s ，h i 曲s 唧l e 船q u c n c y g o o dr l m m c 柚db l gc a p a c i t ) ro f d a 协s t o 甩鲈 k 删o r d s ：f 如l tr e c o r d d s p ；d a t aa c q u i s i t i o n ；出妇妇n s m i s s i ；a 砌吒i 舭m 税 c o 伽u n i c a t i o n ；“c o s c l a s s n o ：t p 2 7 珥 致谢 本论文的工作是在我的导师陈后金教授的悉心指导下完成的，陈后金教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来 陈后金老师对我的关心和指导。 陈后金教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向陈后金老师表示衷心的谢意。 陈后金教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，刘志佳、吴卿、王巍等同学对我论文中的研 究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的父母和弟弟，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业。 1 引言 1 1 课题的背景和意义 故障录波器是在电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种装置，它可以 记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的系统电流、电 压及其导出量，如有功、无功及系统频率的全过程变化现象。主要用于检测继电 保护与安全自动装置的动作行为，了解系统暂态过程中系统各电参量的变化规律， 校核电力系统计算程序及模型参数的正确性。多年来故障录波器已成为分析系统 故障的重要依据。 随着电力系统网络的复杂化、扩大化和区域网互联趋势的到来，电力系统的 行为将会越来越复杂。在此情况下，丰富详尽的现场实测数据尤其是故障或非正 常状态下的数据，无疑将具有越来越重要的价值。它们小仅是分析故障原因、检 验继电保护动作行为的依据，也为电力工作者研究了解复杂系统的真实行为、发 现其规律提供了宝贵资料。故障录波器是电网故障分析必不可少的手段，电网的 日趋复杂化为故障录波器的性能提出了更高的要求。 1 2 国内外发展状况 8 0 年代中期以来，随着计算机技术被引入继电保护领域，故障录波器更有了 迅猛发展。历经1 0 余年，微机型故障录波器已经完全取代了光电式录波器。成为 电网故障信息记录的主力，在许多重大事故的调杳和分析中发挥着重要的作用。 虽然微机型故障录波器在数据记录性能上有了很大提高，基本解决了光电式 故障录波器录波环节多、容量小、没有时标、无记忆能力、数据读取误差大等阎 题，以具有记忆功能强、存储容量大、能进行故障计时、故障类型判别、故障参 数和事件顺序记录、能实现数据远传和便于进行后台分析等特点而得到很大发展， 但从近几年的运行实践看，现有国产微机型故障录波器在性能上仍存在下列问题： ( 1 ) 录波方式不一致，数据及文件格式不一致，全网点录波器时间参照系不同， 不便于统一分析和统计查询。 ( 2 ) 数据输出方式简单，交换接口层次多，速率低，规约不统一，不便于组网、 数据远传及综合分析。 ( 3 ) 录波器通信速率低，数据传输速率低，对于大容量的数据传送需要很长时 间。 ( 4 ) 数据的安全性仍难尽如人意。 国外的故障录波器一般采用分散式结构，标准模块化设计，可以分散安装在 开关柜或保护小室内，通过以太网可以联到一台所级计算机或远传到调度中心。 计算机配有通用根系软件包，可集中进行数据处理。 1 3 课题研究的任务 本文在研究以往国内外录波器的发展状况的基础上，结合现场实际需要，针 对上面指出的问题，提出种新型的录波器方案，并对该方案和方案所采用的新 技术，新方法进行了系统的阐述。同时介绍了系统具体的硬件和软件实现方法， 以及软硬件设计时具体问题的解决。 2 系统功能综述 本装置分为三个模块：数据采集模块、数据处理模块和数据传输模块。 采集模块以1 1 的d s p1 m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 为核心，负责采集1 6 路模拟量和1 6 路开关量，同时还能输出8 路开关量，开关量的输入输出都由c p l d 实现。 数据处理模块负责数据的处理分析和存盘，它基于1 1 的d s p l m s 3 2 0 c 6 7 1 3 ， 数据存盘采用大容量的c f 卡实现。 数据传输模块负责数据的网络远程传输，同时把远端发来的控制信息转发给 处理模块，来改变参数设置和工作模式。数据传输模块使用a r m 处理器l p c 2 2 1 2 作为控制器。 数据采集的速度为每路l o o k s p s ，网络传输的速度为1 0 m b i t ，s 。各个模块之 间使用d s p 的h p i 进行通讯。装置的功能示意图如图2 1 所示。 图2 一l 装置的功能示意图 j e 塞銮盈友堂亟兰僮诠塞 丞塞搓缝的丝让 3 采集模块的设计 3 1 采集模块硬件设计 3 1 1d s p 简介 d s p 是数字信号处理器的英文缩写( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) 。它原本是 针对数字信号处理的应用芯片，但是由于其功能的日益强大，在许多领域里都得 到了广泛的应用，如：通用数字信号处理，通信，图形图象信号处理，控制，军 事等诸多方面。在电力系统中的应用是在近几年逐渐开展起来的，并且也已经进 入到了电力系统的各个方面，如保护，控制，自动化装置等。 下面通过比较传统的单片机和d s p 的差别，来具体描述揭示d s p 在电力系统 应用上的巨大潜力。以微机保护为例，到目前为止，应用于我国电力系统的微机 保护产品采用的c p u 大多是8 位或1 6 单片机，它存在着如下不足： ( 1 ) 这些c p u 基于八十年代早期的技术和工艺，受结构、时钟和总线的限制， 其指令功能有限，寻址空间小，运算能力弱，微机产品的优势难以充分发挥。在 很多功能上( 如录波、测距等) 只能给人以初步近似的结果：算法、原理的实现上也 受一定的限制。此外，电力系统自动化的进一步发展，要求保护除了完成常规保 护功能外，还需要完成正常运行条件h 的系统参数测量，包括频率、电压、电流、 有功、无功、谐波分量、序分量以及一些辅助的控制功能，正常运行条件下的安 全监视等，这些都是基于常规c p u 的保护产品难以胜任的。 ( 2 ) 开发平台不完善 目前的微机保护产品在软件开发上普遍采用汇编语言。然而，由于汇编语言 的程序设计中，编程人员要全面规划内存安排、数据调度、资源分配、开入、开 出管理等相关条件，与高级语言( 如c 语言) 相比，软件开发难度大，周期长，软 件结构随意性很大，随不同编程人员的习惯、思维方式不同，相关条件约束不同 差异很大，难以移植，难以交流，难以维护。 仿真器是开发过程上排除软件、硬件错误和缺陷的必要工具，是加快软件、 硬件开发速度，提高开发水平的重要保证，好的仿真器应当提供界面友好的汇编 级和工具语言级调试程序。此外，在开发平台上应该有完善而优化的子程序库， 包括汇编子程序库和c 语言子程序库函数。而且，实时多任务操作系统( r t o s ) 应 尽可能引入，它对于提高软件开发质量，加快开发进度等有着积极的作用。然而， 目前所选用的c p u 其仿真工具缺乏或陈旧，许多软件的开发是在没有仿真器的条 4 件下完成的，因此额外增加了开发难度和开发周期。库函数的支持也很不足，难 以采用r t o s 正是如上所述因素，使得目前的很多保护产品在硬件资源上冗余度低，软件 上各不相同，虽然从事开发的人员众多，但不同产品的软、硬件难以通用，难以 交流，难以提高。 而本系统模拟量采集单元所使用的t i 公司所生产的数字信号处理器却是一 种硬件资源丰富，功能强大，开发环境及相应开发平台先进的微处理芯片，通过 与c p l d 等的配合，主要性能较常规保护产品能有较大提高。 d s p 的内部总线结构为不同于传统的冯诺依曼结构的啥佛结构：其主要特点 是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相 互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。分开的程序总线( p a d d r 和 p d a t a ) ，数据总线( d a d d r l ，d a d d r 2 和d d a t a ) 和d l a 总线( d 姒a d d r 和d m a d a t a ， 使程序的提取，数据存取和d l a 的存取可以并行地进行。从而使数据的吞吐率提 高了一倍。而冯诺依曼结构则是将指令、数据、地址存储在同一存储器中，统一 编址，依靠指令计数器提供的地址来区分是指令、数据还是地址。取指令和取数 据都访问同一存储器，数据吞吐率低。 为了进一步提高运行速度和灵活性，n i s 3 2 0 系列d s p 芯片在基本哈佛结构的 基础上做了改进，一是允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使 用，增强了芯片的灵活性：一是指令存储在高速缓冲器( c a c h e ) 中，当执行此指令 时，不需要再从存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间。 与哈佛结构有关，d s p 芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间，从而增强 了处理器的处理能力。t m s 3 2 0 c 3 2 采用四级流水线，在四级流水线中，取指( f ) ， 译码( d ) ，读( r ) 和执行( e ) 各自独立，这使得指令的执行完全重叠，也就为c p u 极高的执行速度创造了条件。 哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的d s p 指令再加上集成电 路的优化设计，可使d s p 芯片的指令周期大大缩短。快速的指令周期使得d s p 芯 片能够实时实现许多d s p 应用。 除了以上所述的特点之外，还有灵活的外部总线接口，b o o t ( 即程序加载) 功能等一些比传统单片机优异的特点。 正是以上所论述的各个方面的优点，本系统采用了d s p 作为模拟量采集单元 的处理芯片，它在完成数据采集任务的同时，还完成了大量的数据计算以及数据 的实时上传的功能。 3 1 2d s p 芯片1 m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 简介 ( 1 ) 1 m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 资源综述 田v i s 3 2 0 v c 5 5 0 2 是1 r i 公司的一款高速定点处理器，我们采用了 t m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 3 0 0 删z ，它具有如下特点： 高速处理能力：3 0 0 m h z 时钟频率 1 c a c h e ：8 k 1 6 位 a l u ：两个 a p l l ：可编程锁相环 d a r a m ：3 2 k 。1 6 位 b 0 0 t r o m ：1 6 k + 1 6 位 “位定时器：4 个( 两个通用定时器，一个看门狗定时器，和一个d s p 倍i o s 专用定时器) m c b s p ：3 通道 d m a ：6 通道 8 ，1 6 位h p i u a r t 。i i c 各一个 ( 2 ) c p u 结构 1 m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 的c p u 由以下几个部分构成： 指令缓冲单元( i u n i t ) 程序单元口u n i t ) 地址数据流单元( au n i t ) 数据计算单元( du n j t ) 地址总线和数据总线 c p u 内部结构关系如图3 1 所示。 6 图3 - l1 m s 3 2 0 v c 5 5 0 2c p u 内部结构图 ( 3 ) 存储器资源 i m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 片内和片外采用统一的编址。片内集成了3 2 k 1 6 b i t 的 d a r a i i 和1 6 k 1 6 b i t 的r o m 。d a r a m 地址映射在0 0 0 0 0 0 h 0 0 f f f f l l 。r o m 映射 在f f 8 0 0 0 h f f f f f f h ，且可通过咿n m c 的高低选择来屏蔽。片内r o m 的内部存 储了正弦表，中断向量表和b o o t l o a d e r 。其内部地址分配如表3 1 。 起始地址存放的内容 f f8 0 0 0 h b 0 0 t l o a d 日程序 f fe c a e h b o o t l o a d e r 版本号 f fe c b 0 h 启动模式跳转表 f fe d o o h 正弦表 f fe f o o h 保留 f ff f 0 0 h 中断向量表 表3 lt m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 内部地址分配表 1 m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 的外部地址映射为四片，每片大小为4 m 字节，每片地址 空间都有独立的片选。整个地址映射如图3 2 所示。 i “_ 意= ：臻篙= | 。 i c e _ h - n - _ c e 2 一 “m - n ic t 3 h h m 目 揣瓮器。n i - k q h c 一 i - - c 2 一 l _ - i _ _ c 一 l - _ ， h-t-hlc1 图3 21 m s 3 2 0 、，c 5 5 0 2 外部地址映射 ( 4 ) 程序引导方式的选择( b o o tm o d c ) ：5 5 0 2 的上电程序启动方式有多种，通过 设置b 0 0 t m 【2 ：o 】三个管脚地高低来确定使用哪种方式。启动方式如表3 - 2 所示。 b o o t m 【2 ：o 】 肩动方式 0 0 0 1 6 位外部异步存储器直接执行 0 0 l 通过s p i 从片外e p r o m 加载 0 1 0从m c b s p 0 启动 o l l 从】6 位外部异步存储器加载 1 0 0 直接在3 2 位外部异步存储器中执行 1 0 l从删加载 1 1 0 通过i i c 从片外e p r o m 加载 l l l从u a r t 加载 表3 - 21 m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 启动方式表 3 1 3a d 7 8 6 5 简介 8 |=|一一| | a d 7 8 6 5 是a d 公司的模数转换器件，基本参数如下： 1 4 位精度 4 通道同时转换 每通道转换时间2 4 l l s 多种转换电压范围：l o v 士5 v 士2 5 、o 5 v ，o 2 5 v a d 7 8 6 5 的工作过程： c o n v s t 信号是a d 转换的起始信号，c 0 小n ，s t 产生一个低脉冲后a d 即 开始转换，转换完毕后由b u s y 信号通知主机读取数据，c s ，r d ，w r 分别为片 选，读选通，和写选通信号。通道1 至4 可通过s l l 至s l 4 选择。a d 7 8 6 5 内 部有四个数据寄存器可以存放四个通道的采集量，当数据转化完毕后，内部寄存 器指针自动指向第一个通道寄存器，这样只要依次选通此片a d ，就可以取出一 至四通道的采集数值。 3 1 41 6 路模拟量的采集 采集模块负责采集1 6 路模拟量和1 6 路开关量，输出8 路开关量。1 6 路模拟 量由4 片a d 7 8 6 5 同时采集。四片a d 的启动信号c o n v s t 均由d s p 的定时器 t i m o 同时产生，四片a d 的b u s y 信号统一输入c p l d 中，由c p l d 统一判断 后，输出至d s p 的中断i n t 0 ，用来通知d s p 读取a d 的数据寄存器中的数据。 c p l d 中的逻辑关系如下： p o r t ( c e o ：i n s t d l o g i c ： a 5 4 3 2 ：i n s t d j o g i 唧t o r ( 3d o w n t o0 ) ： a d c s l ，a d c s 2 ，a d 一- c s 3 ，a d c s 4 ：0 u ts t d l o g i c ) ： p r o c e s s ( a d b u s y l ，a d b u s y 2 ，a d b u s y 3 ，a d 砌s y 4 ) b e g i n i f ( a d u s y l = 0 a n da d - b u s y 2 = o a n da d - b u s y 3 = o a n da d _ b u s y 4 = 0 ) n 1 e ni n t o = 0 ： e l s ei n t o = 1 ： e n di f ： 9 e n dp r o c e s s ： p r o c e s s( c e o ，a 5 4 3 2 ) b e g i n i f ( c e 0 = o ) t l e n i fa 5 4 3 2 = ”o o o o ” t h e na d - c s l = o ：a d _ c s 2 = 1 ：a d - c s 3 = 1 ：a d - c s 4 = 1 ： e l s i fa 5 4 3 2 = ”o 0 0 1 ” t h e na d _ c s l = 1 ，：a d _ c s 2 = 0 ：a d - c s 3 = 1 ，：a d - c s 4 = i ： e l s i fa 5 4 3 2 = ”0 0 1 0 ” t m na d - c s l = l ，：a d c s 2 = 1 ：a d s 3 = 0 ；a d c s 4 = 1 ， e l s i fa 5 4 3 2 = “0 0 1 1 。 t h e na d - c s l ( ：1 ：a d - c s 2 = 1 ：a d - c s 3 = 1 ：a d c s 4 = o e l s e a d l c s l = 1 ：a d i c s 2 = 1 ；a d - c s 3 = 1 ：a d - _ c s 4 = 1 e n di f ： e l s e a d _ c s l = l ：a d - - c s 2 = 1 ：a d c s 3 = 1 ：a d c s 4 = 1 ： e n di f ： e n dp r o c e s s ： 采集模块硬件连接如图3 3 所示。 一 k u u - dj j ： ny n v s t 弧m o 卜 b u s y l l 模拟量输入j a d r 1t s y 2 ： 巧r r 0 。 t m s 3 2 0 ( 4 片) b u s y ( cv c 5 5 0 2 y n tt q v 止： p c e o jc s l = r r l c s 3 d ( a 2 一a 5 n r s 4 圈3 3 采集模块硬件连接框图 3 1 51 6 路开关量的采集 1 6 路开关量的输入由c p l d 实现，开关量采集硬件连接关系如图3 - 4 所示。 l o p o r t ( c e o ： a 5 4 3 2 d i n ： d o u t ： ) c e o 卜b1 m s 3 2 0 l 望! ! 里! ! ! j c p l d 葛论 v c 5 5 0 2 y 、 厂 图3 4 开关量采集硬件连接图 i n s t d - 工d g i c ： i ns t d - l o g i c - v e c t o r ( 3 咖n t 00 ) ： i n s t d - l o g i c - v e c t o r ( 1 5d o w n t o0 ) o u ts t d - l o g i c _ 、，e c t o r ( 1 5d 0 1 n t 00 ) p r o c e s s ( c e 0 a 5 4 3 2 ) b e g i n i f ( c e o = o ) t 髓n i fa 5 4 3 2 = 。1 1 1 1 t h e nd o u t = d i n e l s ed o u t = ”z z z z z z z z z z z z z z z z ”： e n di f ： e l s ed o u t = ”z z z z z z z z z z z z z z z z ”： e n di f ： e n dp r o c e s s ： 3 1 68 路开关量的输出 8 路开关量和l e d 状态的输出由c p l d 实现。a 5 ，a 4 a 3 心是用作地址译 码的d s p 的地址线。开关量的选通，l e d 状态的控制以及a d 片选的产生都分配 在d s p 的c e o 。开关量输出和指示灯硬件连接图如图3 5 所示。 医 田“s 3 2 0 v c 5 5 0 2 圈3 5 开关量输出和指示灯硬件连接框图 p o r t ( c e 0 ：i n s t d - l o g i c ： a 5 4 3 2：i n s t di ? 0 g i c v e c t o r ( 3d o w n t 0o ) ： d i n ：i n s t d o g i c v e c t o r ( 7d o i n t oo ) ： d o u t ：o u ts t d _ l o g i c _ v e c t o r ( 7d o 州t o0 ) ： e x t o u t l ，e x i 0 u t 2 。e x i t 3 ：o u ts t d _ - l o g i c ) p r o c e s s ( c e o ，a 5 4 3 2 ) b e g i n 工f ( c e o = o ) t h e n i fa 5 4 3 2 = ”1 1 1 0 ”t h e nd o u t = d i n ： e l s ed o u t = ”z z z z z z z z ”： e n di f ： e l s ed o u t = ”z z z z z z z z ”： e n di f ： e n dp r o c e s s ： p r o c e s s( c e o ，a 5 4 3 2 ) b e g i n i f ( c e o e v e n ta n dc e 0 = o ) t h e n i f a 5 4 3 2 = 4 0 1 0 0 4t h e n e x t - o u t l = l ：一点亮l e d l e l s i fa 5 4 3 2 = 4 0 1 0 l ”t h e ne x to u t l = o ： e l s i fa 5 4 3 2 = ”0 1 1 0 ”t h e n e x i - o u t 2 = 1 ：一点亮l e d 2 e l s i fa 5 4 3 2 = ”0 111 8t h e ne x to u t 2 = o ： 1 2 e l s i fa 5 4 3 2 = ”1 0 0 0 ”t h e ne ) 【t ：o u t 3 d a l 认m 0p a g eo 程序初始化代码 s l a c k： pd 舢认m 0p a g eo 栈+ ， s y s s t a c k ： pd a 】乙蝴0 p a g eo尹系统栈掣 s y 锄c m ： ) d a r a m o p a g e o c i o：f n u t a m o p a g e 0 d a t a：f d r a m o p a g e 0 b s s： ) d a r a m o p a g e o ，c o n s t ： ) d a r a l 证op a g e0 p 常数， c s l d a t a ： ) d 舢u m o p a g eo 片级支持库的数据 d m a m 锄： d a r a m 0p a g e o 3 2 4b o o t l o a d e r 的实现 ( 1 ) b o o 山a d e r 介绍 b o o t l 0 a d 盯是开发d s p 应用系统必须做的最后一步工作在开发阶段， 程序的下载、调试及存储器监视等工作都是通过仿真器来完成的，此时的 d s p 系统并不能脱离p c 机运行。当应用程序开发完成后，就必须将其固化 在f l a s h 上，使整个d s p 系统能独立运行。d s p 的内部r o m 固化了一 个称为b o o t 的程序，在d s p 上电复位后，d s p 自动执行这个b 0 0 t 程 序，将外部f l a s h 的程序读入d s p 内部的高速r a m 程序区中。所以， 所谓的b 0 0 t l o a d e r 。就是d s p 上电后自动将固化在f l a s h 中的程序读入 到d s p 的片上r a m 或片外r a m 映射成的存储区间的一个过程。 写入f l a s h 中的程序需要有一个固定的格式，即b o o f r a b l c ，有了这个 格式，d s p 片内r o m 中的b o o t l 0 a d e r 程序才能将代码拷贝到片内r a m 中， 并保证程序的正常启动。1 m s 3 2 0 v c 5 5 x 系列的b o “r a b l e 的格式见表3 - 4 。 3 2 位入口点地址 3 2 位寄存器配置计数器 3 2 位延时寄存器 程序段 3 2 位0 结束符 表3 - 4 聊s 3 2 0 v c 5 5 x 系列b 。o t t a b 】e 格式 2 l ( 2 ) f l a s h 的烧写 由于5 0 0 0 系列的d s p 没有烧写工具，需要一个程序来实现b f r a b l e 的生成和f l a s h 的烧写。f l a s h 芯片采用s s l r 3 9 v f 4 0 0 a ，它映射在d s p 的c e l ，用于程序的存储。f l a s h 的擦除和写入都有个标准，以保证读写 的正确性。对f l a s h 的正确操作顺序是：先复位，再擦除( 片擦除或者扇 区擦除) ，最后编程。f l a s h 进行内部操作需要一定的时间，在这个过程中， f l a s h 会提供一些标志信号，通知用户内部操作过程是否已经结束。检测写 入是否完成有两种方法：检测d q 6 是否跳变或检测d q 7 是否为l 。f l a s h 写入和校验的流程如图3 1l 所示。 f l a s h 写入流程： f u 幅h 写入校验流程 在地址5 5 5 5 h 写 入数据) o ( 丸a h 在地址2 a a h 写 入数据) d ( 5 5 h + l 在地址5 5 5 5 i 写 l 入数据) 0 n o h 写入一个字 的数据 i 等待d q 6 翻转 y 图3 - 1 1f l a s h 读写流程 f l a s h 烧写程序的内存分配如下： m e m o r y p f g e o ： d a r a m 4 5 ：0 r i g i n = 0 0 0 8 0 0 0 h ，l e n g d l = 0 0 0 3 f f f h f l a s h：o r i g i n = 0 4 0 0 0 0 0 h ，l e n g t h = 0 0 f f f f f h 在分配内存时，必须保证烧写程序与被烧写程序所占用的内存不冲突。 f l a s h 烧写的过程如下： 把被烧写程序装载入d s p 的片内凡m 把烧写程序装载入d s p 的片内r a m 执行烧写程序 这样烧写程序就会将被烧写程序的代码连同入口点地址等信息，转化 为b o o t t 曲l e 的格式，存入f l a s h 中。 3 2 5 看门狗复位 为了防止程序锁死，使用了看门狗定时器，看门狗的工作方式分为以下几步： 禁能看门狗定时器 设置看门狗定时器的计数值( 即时间) 使能看门狗定时器 在程序中定期产生喂狗信号 c 5 5 0 2 的看门狗定时器为6 4 位定时器，可作为通用定时器或看门狗定 时器使用。c 5 5 0 2 看门狗定时器的内部结构如图3 - 1 2 所示。 g 蛔 n 由删d o 呔 * 翼蜀孵 甜翱两 图3 1 25 5 0 2 看门狗定时器内部结构 3 3 采集模块与处理模块的通信 h p i 即h o s tp o r ti n t e 彘c c ，它是一种并行的接口，通过这种接口，能使外部 的处理器主机( 1 l o s t ) 直接访问存储器，进行数据的写入和读取，而无需通过c p u 这样就大大地提高了数据传输的效率。 5 5 0 2 的h p i 有两种工作模式：8 位复用模式和1 6 位非复用模式。选用哪 种模式是通过g p l 0 6 的高低来确定的，d s p 上电复位时，会自动检测g p l 0 6 的高低。这里我们选用8 位复用模式。5 5 0 2 的h p l 只能访问片内n 蠊a m 。 t m s 3 2 0 v c 5 5 0 2 与t m s 3 2 0 v c 6 7 1 3 的连接如图3 1 3 所示。 卧d ， ny a 2 h b i l 墓 筋 n h c n n 1b 誉c s 撑 h c s 撑 耋 焉 a 5 腿用 彗 a ja w 到 皿蹦 苫 o a r e 群 h d s 2 群 k 矾 h r d y 脚 h a s 撑 图3 一】3c 5 5 0 2 与c 6 7 1 3 的硬件连接 5 5 0 2 的h p i 有两种工作模式：8 位复用模式和1 6 位非复用模式。选用哪种 模式是通过g p l 0 6 的高低来确定的，d s p 上电复位时，会自动检测g p l 0 6 的 高低。这里我们选用8 位复用模式。5 5 0 2 的唧只能访问片内d a r a m 。 刚s 3 2 0 v c 5 5 0 2 的h p i 的内部逻辑如图3 1 4 所示。 图3 1 4 1 m s 3 2 0 v c 5 5 0 2h p i 的内部逻辑 主机对h p i 的操作是通过操作h p i 的寄存器实现的，5 5 0 2 的h p i 有3 个寄 存器：地址寄存器o p i a ) ，数据寄存器( 肿d ) ，和控制寄存器( h p i c ) 选择访问 哪个寄存器是通过h c n t l l 和h c n l l 0 两个信号的高低组合来控制的， h c n t l 【l ：o 】与寄存器对应关系如表3 - 4 。 h c n t l lh c n t l 0 访问的寄存器 00 控制寄存器h p i c 0l 数据寄存器( 自加模式) l0 地址寄存器 11 数据寄存器( 非自加模式) 表3 45 5 0 2 h p i 寄存器表 在非自加模式下，主机每访问一次数据寄存器h p i d ，就要往地址寄存器h p i a 中写入要访问的内存地址。在自加模式下，主机要多次访问数据寄存器 m i d ， 以读取或写入一段数据，只需往地址寄存器肿i a 中写入要访问的起始地址，然 后连续访问数据寄存器即可。这种方法能实现大量数据的连续传输，速度较快。 自加模式是通过片内的f 1 f o 实现的。h p i 的操作流程如图3 1 5 所示。 自加模式hp | 操作流程：非自加模式h p i 操作流程 主机写控制寄存器 舯j c 主机写地址寄存器 玎，i a ( 起始地址) l 主机连续访问h 唧 中的数据 ( 从起始地址开始) 主机写控制寄存器 h p i c 主机写地址寄存器 h h a ( 单个地址) l 主机访问 m i d 中的 数据 ( 每次只操作一个) 图3 1 55 5 0 2 h p i 的操作流程 4 数据传输模块的设计 4 1 传输模块的功能概述 数据传输模块的功能是接收处理模块处理后的数据，并把数据通过网络传输 至远端主机，远端主机也可以发送命令字到传输模块，由传输模块转发给处理模 块和采集模块，以改变参数设置或工作模式。 传输模块主要由一个基于a r m 的处理器l p c 2 2 1 2 和