數據彈性交互綜合總線系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統二次設備內部的通信技術，技術領域屬工業測控領域。
【背景技術】
[0002]電力系統二次設備多采用基于插件模塊進行功能組合的設計方式，插件模塊為獨立的功能單元，各插件模塊通過公共背板進行物理連接構成系統。插件模塊之間以背板總線為公共數據通道，通過通信技術實現信息傳輸，完成數據交互與共享，為信息處理奠定基礎。
[0003]電力各類應用的數據傳輸對時延指標有不同要求，對于模擬量采樣數據傳輸一般時延在百us級；對于常規1數據，傳輸時延為ms級。有些應用對數據帶寬有要求，如單臺保護設備從外部多臺過程層設備接收數據，那么設備內部數據傳輸帶寬必須高于外部接口總帶寬。
[0004]故，需要一種新的技術方案以解決上述問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種包含以太網總線模塊、CAN總線模塊、同步串行總線模塊的綜合總線系統，可根據不同通信帶寬與時延的要求選擇總線，實現任意組合的總線通信功能。
[0006]為實現上述發明目的，本發明數據彈性交互綜合總線系統采用如下技術方案:
[0007]一種數據彈性交互綜合總線系統，包括背板、以太網總線模塊、CAN總線模塊、同步串行總線模塊；以太網總線模塊包括用戶接口、接收控制、發送控制、MD1配置接口、先進先出存儲區；用戶接口用于配置與狀態信息交互、報文讀寫；接收控制部分用于從外部接收以太網報文，實現報文校驗與過濾功能；發送控制用于發送以太網報文；MD1配置接口完成對外部物理通道的配置；先進先出存儲區用于存儲以太網報文；同步串行總線模塊包括用戶接口、串并轉換、并串轉換、存儲區；用戶接口用于配置與狀態信息交互、報文讀寫；串并轉換用于將串行數據轉換為并行數據；并串轉換用于將并行數據轉換為串行數據；存儲區用于報文的緩存；CAN總線模塊包括用戶接口、位定時、發送控制、接收控制、先進先出存儲區；用戶接口用于配置與狀態信息交互、報文讀寫；位定時用于節點同步；發送控制用于發送CAN數據幀；接收控制用于接收CAN數據幀；先進先出存儲區用于數據幀的緩存。
[0008]本發明集成以太網總線、同步串行總線、現場總線CAN，并支持靈活配置，實現任意組合方式的通信功能的技術即為數據彈性交互綜合總線技術；不同應用類型的裝置可靈活地選擇這三類總線進行組合使用，即可完成多種數據處理業務的需要，如常規保護測控裝置可以采用同步串行總線和現場總線，智能站設備裝置及電能質量監測裝置高速ADC采樣需兼容以太網總線等。
[0009]本發明具有以下優點:
[0010](I)本發明的功能集成度高，減少印刷電路板面積，成本低。
[0011](2)支持電力系統二次設備內部通信方式的多種選擇，使用方便、靈活。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明數據彈性交互綜合總線系統的結構示意圖；
[0013]圖2是本發明數據彈性交互綜合總線系統的一個典型應用圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0015]如圖1所示，本發明公開一種數據彈性交互綜合總線系統，包括背板、以太網總線模塊、CAN總線模塊、同步串行總線模塊。
[0016]以太網總線模塊內部由用戶接口、接收控制、發送控制、MD1配置接口、先進先出(FIFO)存儲區等部分組成。用戶接口用于配置與狀態信息交互、報文讀寫；接收控制部分用于從外部接收以太網報文，實現報文校驗與過濾等功能；發送控制用于發送以太網報文；MD1配置接口完成對外部物理通道的配置；FIF0用于存儲以太網報文。
[0017]同步串行總線模塊內部用戶接口、串并轉換、并串轉換、存儲區等部分組成。用戶接口用于配置與狀態信息交互、報文讀寫；串并轉換用于將串行數據轉換為并行數據；并串轉換用于將并行數據轉換為串行數據；存儲區用于報文的緩存。
[0018]CAN總線模塊內部由用戶接口、位定時、發送控制、接收控制、先進先出(FIFO)存儲區等部分組成。用戶接口用于配置與狀態信息交互、報文讀寫；位定時用于節點同步；發送控制用于發送CAN數據幀；接收控制用于接收CAN數據幀；FIF0用于數據幀的緩存。
[0019]圖1中的以太網總線模塊、同步串行總線模塊、CAN總線模塊均在FPGA內部使用硬件描述語言Verilog HDL進行設計實現，電路具有很強的可移植性和重用性，即本設計稍作修改就可以移植到不同FPGA廠商的產品上，實現同樣的數據彈性交互綜合總線。
[0020]以太網總線模塊采用狀態機設計報文接收與發送流程，接收與發送狀態機在高頻時鐘節拍下分別獨立循環運行，發送報文時將應用層報文從發送FIFO中取出，按照以太網報文幀格式進行組包，同時完成CRC校驗計算；接收報文時對以太網報文進行解析、過濾并判斷校驗值，將有效報文存入接收FIFO。
[0021]同步串行總線模塊在高頻時鐘的控制下完成串行報文的接收和發送，串行報文的數據鏈路層幀格式包括幀起始符、幀序號、長度、應用層數據、幀校驗、幀結束符。物理層采用低壓差分LVDS信號實現。
[0022]現場總線CAN模塊基于位定時模塊實現節點同步功能，發送狀態下從發送FIFO取出數據按照幀格式組幀、編碼、CRC校驗計算；接收狀態下對CAN總線報文進行解析、過濾并判斷校驗值，將有效報文存入接收FIFO。
[0023]本發明的工作原理如下:
[0024]首先根據配置選擇總線通信方式，選擇的總線可以是三種總線的任意組合，然后針對特定總線進行通信參數的初始化，芯片初始化結束后作為背板總線上的一個節點同其他節點進行通信。以太網總線按照標準幀格式進行報文收發，通信速率10Mbps、100Mbps或lGbps。現場總線CAN按照標準協議工作，通信速率最高達1Mbps。同步串行總線采用私有協議工作方式，通信速率達數百Mbps。各類應用根據其數據傳輸對時延指標的不同要求，可靈活選擇適用的總線，比如選擇實時同步串行總線，一般時延在確定的單個控制周期之內，達到百微秒級；常規1數據的傳輸時延為ms級，選擇現場總線如CAN總線。有的應用對數據帶寬有要求，比如對傳輸數據帶寬