【應(yīng)用案例】電力饋線終端設(shè)計(jì)方案
FTU全名是饋線終端設(shè)備，是配電自動(dòng)化系統(tǒng)中重要的監(jiān)控設(shè)備。具有遙控、遙信，故障檢測功能，并與配電自動(dòng)化主站通信，提供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況和各種參數(shù)即監(jiān)測控制所需信息，包括開關(guān)狀態(tài)、電能參數(shù)、相間故障、接地故障以及故障時(shí)的參數(shù),并執(zhí)行配電主站下發(fā)的命令，對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，實(shí)現(xiàn)故障定位、故障隔離和非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電等功能。
FTU照片如下：
圖 1 FTU
FTU硬件需要符合《DL/T721-2000 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端》標(biāo)準(zhǔn)，軟件需要符合《IEC 60870-5-104:2009》傳輸規(guī)約。從以上2份標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)約中可以提煉出FTU的3個(gè)關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)點(diǎn)：1、遙信SOE分辨率需要達(dá)到1ms以內(nèi)；2、軟件協(xié)議要求數(shù)據(jù)采用文件系統(tǒng)存儲(chǔ)方式，存儲(chǔ)空間需求數(shù)量級(jí)在50M字節(jié)左右；3、要求最少2路以太網(wǎng)接口。
以上3點(diǎn)中即有實(shí)時(shí)性要求，又有比較豐富的數(shù)據(jù)處理和通信能力要求，所以常規(guī)情況會(huì)采用MCU+MPU的方案，常規(guī)硬件方案框圖如下：
圖 2 FTU框圖
下面我們就3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)逐一討論FTU的MCU+MPU替代為AW280單核心方案的可行性：
一、1ms的SOE分辨率：
從電力自動(dòng)化裝置事件順序記錄過程來看，影響裝置SOE分辨率的主要因素有事件處理時(shí)間和裝置時(shí)間精度。事件處理時(shí)間取決于裝置狀態(tài)量處理方式及硬件處理速度；裝置時(shí)間精度取決于裝置時(shí)鐘芯片的準(zhǔn)確度及裝置時(shí)鐘處理方式。裝置最佳狀態(tài)量處理方式為中斷響應(yīng)方式，以保證狀態(tài)量可打斷其它任務(wù)以最高優(yōu)先級(jí)立即執(zhí)行。
常規(guī)MPU運(yùn)行的linux系統(tǒng)由于任務(wù)負(fù)載的不確定性，會(huì)導(dǎo)致中斷響應(yīng)時(shí)間的不確定性，這樣就會(huì)造成裝置狀態(tài)量處理不及時(shí)，所以常規(guī)FTU方案中必須有一顆MCU運(yùn)行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)核心來處理狀態(tài)量，以達(dá)到1ms以內(nèi)的SOE分辨率。
AW280核心板搭載的AWorks操作系統(tǒng)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其中斷處理方式和MCU中常用的RTOS近似，這樣就可以保證中斷響應(yīng)時(shí)間不低于常規(guī)方案；另外AW280核心板采用的MPU的運(yùn)行速度為454MHZ，是常規(guī)的MCU主頻的2倍以上，這就讓AW280的中斷響應(yīng)會(huì)優(yōu)于常規(guī)MCU處理方案，性能可以滿足之前MCU+MPU才能實(shí)現(xiàn)的SOE分辨率。
二、文件系統(tǒng)：
IEC 60870-5-104:2009規(guī)定裝置需要提供文件服務(wù)，有詳細(xì)規(guī)定需要提供文件系統(tǒng)目錄查詢、文件讀寫、文件傳輸?shù)裙δ堋３Ｒ?guī)MCU對(duì)于文件系統(tǒng)操作的支持有限，所以常規(guī)方案中均會(huì)采用一顆MPU搭載linux系統(tǒng)來提供文件服務(wù)。
AW280區(qū)別于普通MCU，可以支持NAND型FLASH，低成本實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)。
AW280核心板搭載的AWorks操作系統(tǒng)具有完善穩(wěn)定的文件系統(tǒng)。
AW280的硬件和軟件性能決定了可以滿足之前MCU+MPU才能實(shí)現(xiàn)的文件系統(tǒng)服務(wù)。
文件系統(tǒng)在AWorks系統(tǒng)中的位置見下圖：
圖 3 文件系統(tǒng)在AWorks系統(tǒng)中的位置
三、以太網(wǎng)需求：
FTU至少需要2路以太網(wǎng)來完成不同對(duì)象之間的通信，常規(guī)方案中MCU一般只具備一個(gè)網(wǎng)口，導(dǎo)致必須要多加一顆MPU來增加網(wǎng)絡(luò)接口。
AW280搭載的IMX280芯片本身具有2路以太網(wǎng)，并且AWorks系統(tǒng)默認(rèn)支持雙網(wǎng)口。這在常規(guī)MCU上沒有，在常規(guī)的RTOS上也少見雙路以太網(wǎng)的支持。所以AW280可以滿足之前MCU+MPU才能實(shí)現(xiàn)的多網(wǎng)口功能。
另外，AW280具有SPI可以連接國家電網(wǎng)加密IC，AW280具有5路UART可以滿足周邊設(shè)備通信需求。
綜上所述，AW280核心板完全可以勝任FTU的功能需求，可以取代傳統(tǒng)MCU+MPU方案。
