天天干天天做天天操-天天干天天做天天射-天天干网-天天干网站-天天干网址

　　通信管理器作為變電站控制中心的信息樞紐，要求信息處理能力大、通信接口種類豐富 、實時響應速度快。摩托羅拉公司提供的PowerPC系列處理器MPC850是專用于通信領域的嵌入式CPU產品。
　　本文描述的就是如何利用MPC850所具有的強大功能實現通信管理器裝置。

1概述
　　變電站系統都采用的是分層式結構，按縱向分為間隔層、通信層和變電站層。間隔層的設 備主要是針對變電站系統當中的各種保護工作，面對大量的二次接線。各個間隔層的設備通過通信網絡接入到通信層的通信管理器上，通信管理器對數據進行管理、規整之后轉發至變電站層。這樣可以避免用于測量、控制的大批電纜。通信管理器可以有效地提高變電站的網絡安全防護能力，同時有利于變電站層其他智能設備的接入，達到站內信息的有效管理，同時提高了系統的可靠性和投資成本。變電站層設備可以針對性的提供設備狀態的監視、控制和相關數據的記錄。
　　通信管理器通過各種各樣的通信端口與間隔層的智能設備進行通信，做到信息采集、匯總及處理；對各智能單元實現各種監視及控制功能；進行規約轉換、數據轉發。因此通信管理器是整個廠站自動化系統的樞紐。通信管理器在變電站系統中的連接如圖1所示。

2MPC850功能介紹
　　MPC850是摩托羅拉公司基于Power體系結構設計的32位多用途通信處理器。他內部集成了微處理器和常用外圍組件，可用于各種控制領域。他是MPC860應用于通信系統的低成本實現 ，提供了更高的性價比，并在通信方面有所增強，例如對通用串行總線（USB）的支持。MPC850集成了嵌入式PowerPC 核和1個為通信使用的專門的RISC的通信處理器模塊（CPM）。MPC850 的 CPM支持6個串行通道：1個串行通信控制器（SCC），1個通用串行總線通道（USB ），2個串行管理控制器（SMS），1個I²C（Inter Integrated Circuit）接口 ，和1個串行外圍接口電路（SPI）。圖2是MPC850的內部結構框圖。

　　MPC850內部模塊主要有3個：嵌入式PowerPC內核、系統接口單元以及獨立于系統內核的通信 處理模塊，這3個模 塊通過內部的哈佛結構總線緊密協調地工作。
　　MPC850的PowerPC內核采用了靜態設計，該處理器是高性能低功耗的精簡指令集（RISC） 微處理器，他采用的內核結構具有多分支處理的能力，能夠在一個系統時鐘周期內完成一個 32位的外部接口操作。在50 MHz的頻率下可以達到66 MIPS。另外他還擁有2 kB的指令cache和1 kB的數據cache。
　　系統接口單元是一個32位數據寬度的總線接口。他控制著系統的啟動和初始化，總線的操 作、保護以及外部總線。靈活的內存控制器和各種各樣的存儲器，包括DRAM，SRAM，PSRAM ，EPROM，Flash，SDRAM，EDO等，另外配置的總線時序控制可以靈活地實現外圍設備的掛接 。8個片選的資源，8個外部中斷，256 MB的地址空間使系統在內存分配，外圍設備的擴展和管理方面都變得相當的簡便。
　　MPC850內部還具有一個獨立于PowerPC的32位RISC控制器，主要負責底層的任務和DMA控制 ，并且分擔內核的一些外圍控制工作。這種雙處理器的體系結構與傳統體系結構的處理器相比具有更高的效率。多個通信通道的大部分工作不需要內核的參與直接完成并行處理，使整個系統的通信吞吐量得到了非常大的提高。因此這款處理器在通信領域得到了很高的評價。

3通信管理器對通信的要求
　　通信管理器在變電站系統當中作為一個信息的交換樞紐，擔負著系統的信息采集、匯總及處理；對各智能單元實現各種監視及控制功能；進行規約轉換、數據轉發，對間隔 層的各個設備進行管理。由于間隔層的設備數目眾多、種類繁多且通信方式多樣，因此變電 站對通信管理器提出了嚴格的要求。通常在變電站系統中具有多條母線，接入的保護裝置數量十幾個甚至幾十個，接入的通信方式有RS232/RS485/RS422、CA N網、以太網等。通信管理器因此要求本身的通信處理能力強大，支持多種通信通道，可以靈活的對各個智能設備實現接入。
　　在整個變電站系統當中，各個智能裝置在實際的運行過程中需要進行時間同步，因此也要求通信管理器能夠提供精確的對時時間。
　　YHB5501通信管理器裝置采用MPC850為核心，構筑了高性能的硬件平臺，并用先進的實時多任務嵌入式操作系統VxWorks作為高性能、高穩定的軟件平臺，能夠直接管理隔離層的各類裝置設備。擁有8個外部中斷接口，兼于嵌入式操作系統，能夠在13μs之內及時的響應外部事件；配備通信處理器模塊（CPM）、使以太網、串行接口、SPI、I²C等通信的數據處理的能力加強；以PowerPC為核心，內部采用哈佛結構的方式、 多條指令的處理采用流水線的方式，提高了內核的數據處理能力，因此采用MPC850完全能夠 滿足變電 站對通信管理器數據處理能力的要求。YHB5501通信管理器裝置擴展靈活，并且 變電站系統對時間同步有著比較嚴格的要求，因此在外部擴展了全球定位系統（Global Pos itioning System，GPS）模塊，這個模塊采用了Rockwell公司的JUPG0221。他的時間精度為 ±40 ns。

4通信管理器的實現
4.1硬件系統設計
　　通信管理器裝置硬件電路主要包括通信微處理器MPC850、復位和時鐘電路、存儲器電路、 調試接口BDM、液晶顯示電路、串行接口電路、以太網接口電路和遙控、遙信、遙測電路。 硬件連接方框圖如圖3所示。由于通信管理器對以太網口的要求為3個，串行接口要求的數量 為16個，原有的1個網口，2個串行接口不能滿足其要求，因此采用了CS8900和TL16C554 進行擴展。

　　通信處理器的內核MPC850一方面要通過以太網口或串行接口與間隔層的設備以及變電站層的后臺進行通信，另外一方面要進行內部本身的部分工作，如遙控、遙信、遙測，液晶顯示、GPS。下面分別對這幾個部分進行說明。
　　(1)以太網接口 MPC850通過SCC（Serial Communications Controllers，串行控制器） 可以實現 快速以太網IEEE802.3協議，通過媒質獨立接口（Media Independent Interface）與10 Mb以太網收 發器LXT905相連接，再通過隔離變壓器接入以太網。另外2個以太網口通過數據總線和 地址總線與處理器連接，實現的網絡速度為10 Mb。MPC850可以直接讀取擴展的2個以太網口CS8900的內部所有資源，操作方便簡潔。MPC850內部的SCC在以太網模式下，PowerPC 內核只需要在指定的內存空間寫入需要發送的數據和讀取已經接收到的數據，任何其他的操作都由CPM處理，兩者之間通過DMA通道進行通信。這樣獨立之后，節約了處理器內核的處理時間，提高了效率。
　　(2)串行接口
　　MPC850內部集成了2個SMC（Serial Manage Controllers，串行管理器）。這2個控制器由CPM管理，他們讀取到的數據通過DMA通道傳至PowerPC內核。外部由TL16C554擴展的串行接口通過譯碼電路、地址線和數據線與MPC850進行連接。譯碼電路實現片選的分配、中斷相應。串行接口可以同時實現RS232C/RS422/RS485的通信方式，使 應用的配置靈活、方便。通信速率可以在300~19 200 b/s內配置。
　　(3)SPI
　　SPI通信接口是MPC850本身所具有的一個通信接口，在實現通信管理器中用于遙信的采樣和 人機界面液晶顯示的數據通信。在本系統的SPI通信當中，MPC850作為主，遙測和液晶顯示作為從。SPI通信方式簡單，只有3根數據傳輸線：同步時鐘、主到從的數據傳輸線以及從到主的數據傳輸線。SPI的通信傳輸速率最高可以達到6.25 Mb/s，但是考慮到變電站系統工作環境干擾，選取392 kb/s。
　　(4)GPS接口
　　GPS的擴展通過系統的一個串行接口以及3個I/O接口實現連接。GPS的PPS（Pulse Per Se conds）管腳在每一秒的開始時刻會由低電平跳轉為高電平，這個管腳輸出的上升沿時間精度為+40 ns；同時在GPS的串口輸出了相關具體的時間（年、月、日、時、分、秒、星期等）和地理坐標的信息。MPC850可以根據PPS管腳信號的上升沿與整個系統的時間對時，從而得到精確的時間基準。
　　(5)其他部分電路
　　在硬件電路當中還有相關的存儲器、時鐘、復位電路。整個系統的存儲器具有4 MB Flash 以及16 MB SDRAM，他們分別都是由系統接口單元（SIU）管理，存儲器需要的時序波形可以根據要求對SIU中的GPCM及UPM相關的寄存器進行設置，從而達到靈活擴展存儲空間的要求。MPC850核心運行時鐘頻率為50 MHz，但是考慮到系統的抗干擾性以及系統的穩定性，時鐘電路的輸入采用了較低的時鐘5 MHz，通過內部的PLL倍頻之后升至50 MHz。MPC850 的復位分為：上電復位、硬件復位、軟復位、調試端口復位等，需要注意的是在系統上電復位和硬件復位的時候，處理器會在這兩種復位釋放前的CLKOUT最后2個上升沿采樣 來自于數據總 線的復位配置字；復位配置字決定了MPC850的初始化配置，如啟動程序對應的存儲空間數據 位是8、16或者32位，工作時鐘的倍頻因子等。所以必須合理地配置硬件配置字，才能保 證系統的正常運行。
4.2軟件系統設計
　　通信管理器的系統軟件結構如圖4所示。最底層就是上文所介紹的基于MPC850搭建的硬件平 臺。硬件相關代碼包括了以太網驅動程序、串行接口驅動程序、SPI驅動程序以及硬件平臺和操作系統相接的板級支持包（BSP），硬件相關代碼是嵌入式操作系統對硬件平臺實現操作的橋梁。嵌入式操作系統內核采用了Wind River System公司的VxWorks，這個操作系統的實時性強，可靠性高，任務之間是通過基于優先級的搶占方式進行調度，中斷的響應時間<13μs。應用程序是基于嵌入式操作系統，以數據庫為核心，多個外圍任務模塊最終完成通信管理器的各個功能。

5結語
　　本系統以嵌入式通信微處理器MPC850為核心，結合嵌入式操作系統VxWorks，充分發揮了M PC850在通信方面的控制處理能力，實現了通信管理器裝置的各種功能。</di