基于Palm硬件平台（精选7篇）
基于Palm硬件平台 篇1
0 引言
无线通信经历了几次变革,第1次是从模拟到数字的变革;第2次是从固定到移动的变革;第3次是从硬件到软件的变革即软件无线电的变革[1]。1992年5月Joseph Mitola在美国通信会议上,首次提出“软件无线电”(Soft Definition Radio,SDR)的概念,很快引起了通信界特别是军事通信界的广泛关注。
SDR是指用软件来定义和实现无线通信,它是将标准化模块化的硬件功能通过一个通用硬件平台,再通过软件加载的方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种开放式结构[2]。SDR的基本思想是把硬件作为无线通信平台,将A/D转换器尽量靠近RF射频前端,充分利用各种数字技术资源,最大程度地通过软件实现各种功能,适应不同的工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议和数字编码方式等,从而构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用软硬件平台[5]。
从SDR的技术实现角度来看,关键是采用多频段、宽带天线以及智能天线,将A/D、D/A变换尽可能地靠近射频天线端口,即由基带移到中频,甚至射频。A/D变换后的所有处理都用可编程DSP,依靠软件来实现[3]。这种体系结构具有很强的通用性,是实现多频段、多工作模式和多用户通信的最佳途径。
1 SDR的理论基础
1.1 采样定理
SDR实现的宽带模拟信号和高速数字信号的相互转换是基于采样定理基础之上的。采样定理分两类:基本(过)采样定理和带通(欠)采样定理。基本采样定理是指根据奈奎斯特(Nyquist)采样定理,若信号X(t)的频带在(0,fm)内,只要采样速率fs满足:fs≥2 fm,则采样得到的信号在终端就可完全恢复原信号X(t)。此定理在信号低频段使用效果最佳;带通采样定理是利用欠采样的技术,采样速率fs满足:
式中,K为整数;(fL,fH)为信号频带。这样采样信号就不会产生重叠,在接收终端就可以恢复原信号。带通采样定理实现了一种频率变换即把高频段信号的频谱搬移到低频段。从软件无线电的要求来看,带通采样的带宽应该越宽越好,这样对不同信号会有更好的适应性,可以简化系统设计。
1.2 多速率信号处理理论
为节省计算工作量及存储空间,在一个信号处理系统中常常需要不同的采样率及其相互转换,这是多速率信号处理产生并发展的缘由。多速率信号处理的应用是基于滤波器组而实现的。滤波器组最初用于语音压缩,后来逐渐应用于图像和视频的压缩。多速率信号处理实际上是对采样后离散序列的重采样过程,最常用的运算是抽取和内插,是2个相反的运算。抽取是指信号采样率的降低,用于软件无线电的接收部分可以降低数据流速率,便于数字信号处理;内插则是信号采样率的提高,在发射部分便于调制发射。内插提高了时域分辨率,可无失真地恢复信号。
设原始信号为X(n),经D倍抽取后的结果为:XD(n)=X(Dn);
经I倍内插后的结果为:
。
一般情况下,时域上抽取运算较易分析,频域上内插运算较易分析。
实际应用中为防止频谱混叠,抽取之前,要对信号进行低通滤波处理;为保证序列的原始特性不变,内插之后也要进行低通滤波处理,以消除内插带来的镜像。
数字速率单独抽取和内插只能实现整数倍的采样率转换,而对于非整数即有理数的抽取与内插,可通过将抽取与内插过程级联来实现。但必须先内插再抽取才能实现此过程,使用的滤波器为具有抗混叠滤波和滤除镜像作用的低通滤波器。
使用多速率滤波器,使抽取和内插过程时域描述更为直接,设h(n)为滤波器的冲激响应,则数字信号经过抽取、内插以及二者的级联后输出如下:
。
1.3 正交变换
基于软件的数字调制和解调的示意图如图1所示。图1中,信号
X(t)=a(t)cos[w0t+θ(t)]=R[a(t)ejθ(t)ejw0t]。
式中,
式中,XI(t)=a(t)cosθ(t),XQ(t)=a(t)sinθ(t)。需要指出的是,不同的信道,w的取值是不同的。
2 软件无线电的数学模型
软件的构造是对设备各种功能的物理描述建立数学模型。以单通道发射机为例,在上述理论基础上建立软件无线电的数学模型如图2所示。输入信号首先进行调制并分成2路正交信号XI、XQ,通过内插提高其抽样速率,经相位变换后求和,再经内插提高其抽样速率,然后通过带通滤波器,最后经数模变换将信号发射出去。
单通道收信机工作是单通道发射机的逆过程,是将收到的信号进行相位变换后,经低通滤波器,分成2路正交的信号,再经抽取降低其信号速率,解调输出原信号。
数学模型建立后,再用计算机语言描述算法,然后转换成用计算机语言编制的程序。软件无线电中的算法特点是对信号处理的实时性,因此在时空上对算法的要求很高;算法应具有高度自由化和开放性,以便系统升级,使系统模块化、标准化;采用的主要算法为数值法,同时,并不排斥其他算法或者多种算法的结合。
3 基于智能天线的SDR模块
SDR的应用主要体现在智能天线上。在天线确定以后,不同的准则或算法将导致不同的性能。SDR的开放式结构使得在硬件系统确定后还具有改善和更新的能力;在抑制干扰方面,虽难有一种普遍适用的最佳算法,但可以汇集多种算法于同一系统,使系统能够抗各种干扰,提高其性能。
SDR主要由宽带射频段、高速中频模数转换段、可编程的基带数字处理模块、控制模块、通信模块和高速数据总线等构成流水线结构[4],如图3所示。
宽带射频段是SDR中唯一主要靠模拟硬件电路本身完成的部分,主要将接收或发射的信号进行放大,满足A/D或发射功率的要求。天线单元不仅要满足系统的频带、驻波比、增益和极化等性能指标,而且还使各单元之间的互耦小,保证各阵列天线元的幅度和相位一致。
A/D、D/A的主要功能将宽带模拟信号转换成高速数字信号或相反,往往采用基本采样和带通采样相结合的方式。将基带移到中频,对整个频带进行采样,这样做法的优点是在信号检测和解调部分可以使用数字处理,利用可编程软件包件完成部分数字处理功能,对有限资源统一进行优化分配。用高速的DSP/CPU代替传统的专用数字电路(ASIC)做一系列处理,利用DSP的强大处理能力和软件灵活性实现调制解调、信道编码译码等。
4 结束语
基于硬件平台的SDR是串行模块结构,其缺点是模块之间耦合紧密,相互之间独立性不高。总线结构采用的是时分机制,使相邻功能模块间实现匹配较复杂。SDR技术对各种通信体制之间的互通性差,硬件平台功能扩充和完善的周期长、花费高等常规设备所遇到的问题提出了很好的解决方案。SDR的关键在于软件和可编程性,当通信功能提升或硬件技术发展时,允许更换单个软件模块或硬件模块,使无线电设备具有更大的灵活性和更长的寿命周期,从而改善系统性能以实现多波段、多体制、多制式的通信。
摘要：在通用硬件系统的基础上,利用软件实现尽可能多的功能,便于系统改进和升级,使不同的系统间能够互联和兼容,提高系统性价比。从软件无线电基本理论出发,分析了信号的采样定理、多速率的处理理论和基于软件的数字调制和解调。以单信道发射机为例建立了基于软件无线电的数学模型,并分析研究了软件无线电在智能天线中的应用。对软件无线电存在的问题和发展前景做了论述。
关键词：软件无线电(SDR),建模,智能天线,DSP
参考文献
[1]吴伟陵.移动通信中的关键技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2001.
[2]MITOLA J.The Software Radio Architecture[J].IEEECommunications Magazine,1995,13(5):26-29.
[3]杨小牛,楼才义,徐建良,等.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.
[4]肖维民,许希斌,朱健,等.软件无线电综述[J].电子学报,1998,26(2):65-70.
[5]赵春晖.软件无线电中的多速率处理[J].信息技术,2003,27(3):8-9.
基于Palm硬件平台 篇2
随着指纹识别技术的飞速发展,指纹识别技术已应用于各种安全系统中。大多数指纹识别平台都是连接PC的桌面应用系统,这就导致了指纹识别系统的成本偏高,其应用得不到普及。为了进一步提高指纹识别应用的便利性,嵌入式的指纹识别系统应运而生。如何设计出好的指纹识别算法及相匹配的硬件平台,成为该类设备设计的核心问题。因此,开发出识别率高,处理速度快,扩展性好,廉价的嵌入式平台有着广阔的市场前景和研究价值。
2 系统硬件平台组成
本文中系统硬件平台是在参考了许多开发板设计的基础上,并结合课题的内容进行选件并配置的,意在以最简单的方式来实现指纹识别的硬件设计。指纹识别系统硬件平台结构图如图1所示。
指纹识别系统硬件平台的主要配置如下:
CPU:三星S3C2440A,运行最高主频400MHz;SDRAM:HYS57V561620(两片);Nand Flash:三星K9F1208UOM;指纹采集模块:TFS-E12型指纹识别模块;LCD显示:台湾东华3.5寸真彩TFT液晶屏WXCAT-35TG3#001;复位电路:采用电源监控器MAX811;JTAG:用来完成Linux内核移植,交叉编译,驱动下载与交叉调试。
2.1 CPU模块
课题选用性价比较高的32位ARM微处理器S3C2440。这是一款由Samsung半导体公司为高端手持设备或其他一般应用而设计的低功耗、高集成度的微处理器。最突出的特点是它的C P U内核采用A R M公司的3 2位ARM920T内核(主频400MHz)。整体设计融合了MMU、AMBA、Harvard(哈佛)结构,具有独立的1 6 K B指令Cache和16KB数据Cache。ARM920T系统扩充包括Thumb协处理器、ICE(In Circuit Emilator)中断调试支持和32位硬件乘法器。S3C2440在ARM920T内容基础上扩展了一系列完整的通用外围器件,不需要增加附加配置,使系统成本降至最低[1]。
2.2 存储器模块
由于考虑到Flash的性能、容量、成本及耐用可靠性,并结合项目的需求,我们选用K 9 F 1 2 0 8 U O M作为N A N D存储器,其主要特点是:
1.编程电压:2.7V~3.6V;
2.存储空间组织:(64M+2M)×8bit;
数据空间:4planes×1kblocks×32pages×512Byte;
3.命令/地址/数据/复用I/O端口;
4.硬件数据保护:当电源波动时,擦除或编程操作停止;
5.可靠性:可经受100K次的擦写操作,数据可保存十年。
与Flash存储器相比较,SDRAM虽没有掉电保持数据的特性,但由于其集成度高,单片存储容量大,且读/写速度快,因此,在设计嵌入式系统时,经常用作主存储器。本文采用HY57V561620BT-H作为SDRAM芯片,工作电压为3.3 V,存储容量为4 B a n k s×4 M b i t s×16bits,16位数据宽度,由于S3C2440A数据宽度是32位,所以需要两片SDRAM[2]。
2.3 指纹采集模块
本文采用深圳十指科技有限公司的TFS-E12指纹识别模块,它设计精巧,电路只有:40*58mm,采用高精密的光学成像元件,采用面光源,成像速度快。模块采用微功耗设计,具有低电压报警功能,模块有多级的安全级别,可以自主设置来适应不同场所的安全要求。
2.4 LCD显示模块
S3C2440的内置LCD控制器支持单色、每像素2位(4级灰度)、每像素4位(16级灰度)、也支持每像素8位(256色)和每像素12为(4096色)的彩色LCD,并且也支持每像素16位和每像素24位的真彩显示。LCD控制器可以通过编程选择支持不同的LCD屏的要求,例如行和列像素、数据总线宽度、刷新频率等。本文采用台湾东华3.5寸真彩T F T液晶屏W X C A T-3 5 T G 3#0 0 1。
3 硬件平台的电路设计
3.1 存储模块的设计实现
系统的存储模块包括F L A S H和S D R A M两部分。由于当前N O R F L A S H存储器的价格比较昂贵,而SDRAM和Nand Flash存储器的价格相对来说比较合适,因此就有了从Nand Flash启动和引导系统,而在S D R A M上执行主程序代码的做法[3]。
Nand Flash与S3C2440处理器连接的电路如图2所示。
从图中可以看出,NAND Flash接口信号较少,系统对N A N D设备数据访问的时候,需要先向N A N D设备发出相关命令和参数,然后再读出需要的数据。另外,S3C2440处理器针对NAND设备集成的硬件ECC校验可以大大提高N A N D设备的读写效率。
S D R A M硬件连接完成后,由于C语言使用的堆栈空间和数据空间都放在S D R A M里面,因此还需要在系统启动后对B A N K 0相关的寄存器进行特殊的配置,如果没有对S D R A M正确初始化,系统就无法正常工作。寄存器的设置可以通过软件来完成,也可以通过J T A G仿真器来设置。
3.2 LCD显示模块的电路设计
S3C2440有内置的LCD控制器,控制器的主要作用是将定位于系统存储器的显示缓冲区的L C D图像数据传送到外部L C D驱动器。用户只需要读写一系列的寄存器,便可完成配置和显示控制。系统L C D接口电路如图4所示。
S3C2440A内置的LCD控制器多达5个,还有帧缓冲区起始地址寄存器、中断屏蔽寄存器等,这也是它支持多灰度、多显示模式、多分辨率的显示屏的原因,因此应恰当地设置寄存器的值。
3.3 JITG接口电路设计
通过JTAG对系统进行调试主要由以下几个引脚实现:T M S、T C K、T D I、T D O、T R S T,分别为测试模式选择、测试时钟输入、测试数据输入、测试数据输出和测试复位脚。通过J T A G接口,可完成如下基本操作:
(1)停止程序的运行;
(2)检查和修改ARM的内核状态;
(3)观察和修改内存;
(4)恢复程序的运行。
此外,通过JTAG接口还可以对Flash器件进行在线编程,将程序烧写到Flash中,因而它是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。S3C2440的JTAG调试电路如图5所示。
3.4 指纹采集模块
TFS-E12指纹识别模块采集的指纹图像为280*280像素,每个像素灰度由8位表示。在上传过程中,为了减小数据量,在横/纵方向进行跳像素采样,这样图像变为140*140,并取灰度的高4位,传输从第一行开始逐行进行,每一行从第一个像素开始,总共传输140*140/2个字节的数据。每两个像素合成一个字节传输(前一像素在低四位,后一像素在高四位)。
4 嵌入式操作系统开发环境
嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台,它是一段嵌入在目标代码中的软件,用户的其他应用程序都建立在操作系统之上。Linux操作系统以价格低廉、功能强大、易于移植而且程序源代码全部公开等优点正在被广泛采用[4],本文就采用的Linux操作系统。
对于嵌入式开发,最初的嵌入式设备是一个空白的系统,需要通过主机对它构建基本的软件系统,并烧写到设备中;另外,嵌入式设备的资源并不足以用来开发软件。所以就要用到交叉开发模式:在主机上编辑、编译软件,然后在目标板上运行、验证程序。进行嵌入式Linux开发时一般可以分为3个步骤[5]:在主机上编译Bootloader,然后通过JTAG烧入单板;在主机上编译嵌入式Linux内核,通过Bootloader烧入单板或直接启动;在主机上编译各类应用程序,单板启动内核后通过N F S运行它们,经过验证后再烧入单板。一般主机和目标机通过JIAG、串口和网络来连接,如图6所示。
5 结束语
本文是在对A R M芯片的学习和掌握的基础上,合理运用S 3 C 2 4 4 0芯片的性能特点,完成了基于A R M S3C2440的指纹识别系统的初步设计,我们在硬件平台的搭建上参考了许多开发板,并以其原有的标准电路为标准来设计电路。主要分析了硬件平台由哪几部分组成,并对每一部分的器件选择和相应的性能做了分析,通过深入分析后对系统的存储模块、L C D显示模块、JTAG接口和指纹采集模块进行了电路设计。文章最后介绍了嵌入式操作开发环境,通过操作系统移植使嵌入式指纹识别系统得以实现。
参考文献
[1]支华,巢佰崇,陈雪丰.基于ARM的指纹识别平台设计.地理空间信息[J].2005,(3):23-24.
[2]李春光,赵月,王旭春.嵌入式微处理器与FLASH闪存的接口设计实现[J].微计算机信息,2006,(20):154-157.
[3]CAUDELA G T,GROTHER P J.A Pattern Level Classification Automation System for Fingerprint[J].Tech-nology Report NISTIR,2007,(3):56-57.
[4]张群忠,沈建华.ARM&Linux嵌入式系统Bootloader的研究与设计[J].计算机应用与软件,2006,(12):97-99.
基于Palm硬件平台 篇3
关键词：中国移动多媒体广播,MTK手机平台,手机电视终端,硬件设计
手机电视是指以手机为终端设备, 传输电视内容的一项技术或应用, 是一种用具有视频支持功能的手机观看电视的业务。MTK手机平台采用Nucleus嵌入式实时操作系统并且集成了较多的多媒体功能, 在国内手机公司和手机设计公司得到了最广泛的应用[1]。CMMB是通过卫星和地面无线广播方式供7寸以下小屏幕、小尺寸、移动便携的手持终端如手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑等接收设备随时随地接收广播电视节目和信息服务等业务的系统。本文率先提出了一种符合CMMB标准的手机电视终端的设计方法和硬件实现[2]。
1 CMMB系统工作原理
C M M B系统主要由C M M B卫星、S波段网络和地面协同覆盖网络实现移动多媒体广播信号覆盖。其中S波段广播信道用于多媒体信号的直接广播, 上行采用Ku波段, 下行采用S波段。增补分发信道采用S波段地面增补网, 对卫星覆盖阴影区信号转发覆盖, 上行、下行均采用Ku波段。为使城市人口密集区域有效覆盖移动多媒体广播信号, CMMB系统采用U波段地面无线发射点构建城市U波段地面覆盖网络。同时, 在实现广播方式开展移动多媒体业务的基础上, 利用地面双向网络逐步开展双向交互业务[3~4]。
2 CMMB终端的硬件设计
2.1 设计方案及工作原理
CMMB手机终端系统主要由基带模块、CMMB接收模块 (调谐器和解调器) 、多媒体处理模块、视音频输出模块 (LCD和音频解码器) 组成。天线接收到的CMMB信号, 经过调谐器ADMTV102的调谐、解调器IF101的解调处理后, 送到多媒体处理器MV8720解码播放, 在基带处理器MT6225的控制下输送视频信号到LCD液晶显示屏上并播放出电视视频图像, 同时输出音频信号到音频解码器, 经处理输出的模拟声音最终送到耳机或外放[5]。
2.2 MTK平台的硬件设计
M T K硬件平台是以基带芯片M T 6 2 2 5为核心搭建起来的。特别指出的是由于基带芯片上没有多余的端口连接多媒体处理器MV8720, 所以将LCD并行端口用来连接MV8720的HPI主机端口, 而将LCD连接到MV8720上。
原来 (普通手机) 连接LCD的部分 (LCD并行端口) 现在与MV8720的HPI端口相连, 控制方式是SPI总线方式;射频控制单元连接RF射频芯片MT6139, 控制方式同样为SPI;基带通过影像传感器端口连接照相机、通过键盘端口连接键盘;另外还有相应的端口分别连接触摸屏部分、电源管理部分、FM部分、SIM卡部分、蓝牙部分等。
2.3 多媒体处理器模块的硬件设计[6]
HPI主机端口连接基带处理器MT6225, 控制方式是SPI总线方式;MV8720与解调器IF101通过SPI总线实现数据传输, 通过I2C实现通信控制;显示端口连接16比特数据宽度的LCD液晶屏;音频端口以I2S音频方式输出音频数据到音频解码器AK4366, 后者进行音频解码后输出模拟声音到耳机或外放, 控制方式是SPI总线方式。
2.4 C M M B接收模块的硬件设计
C M M B接收模块由解调器和调谐器组成。
2.4.1 解调器的硬件设计
IF101由以下几个功能模块端口组成:MMIS_BUS、FLASH_SPI、TUNER_I2C、I/Q、H_I2C等。其中, MMIS_BUS完成解调器和多媒体处理器间的数据传输, H_I2C负责解调器和多媒体处理器间的I2C总线控制, I/Q模块负责与调谐器间的数据通信 (接收调谐器输出的数据信息) , TUNER_I2C负责解调器和调谐器间的I2C总线控制。
2.4.2 调谐器的硬件设计
470MHz-860MHz的U波段信号 (带宽为8 M H z) 经由天线接收, 射频信号经过Tuner的下变频转换后, 高频载波信号被去掉, 只留下带宽为8MHz的模拟基带信号。8MHz的模拟基带信号被分为I、Q两路差分信号, 直接输送到IF101的模拟输入端。
输入IF101的模拟信号经过AD转换、信道解调、纠错、解复用等处理后, 通过MMIS接口传送至MV8720, 由后者完成音视频解码、播放等工作。同时, MV8720通过I2C接口实现对IF101的通信控制。
2.5 视音频输出模块的硬件设计
设置修改温控仪的风机自动开启、关闭温度值以及报警、跳闸温度值, 实现温控仪对干式变压器灵活、自动和实时的温度监控, 保证运行安全。
2.5.1 LCD液晶屏显示模块的硬件设计
本课题将LCD连接在MMP移动多媒体处理器MV8720上, 基带处理器MT6225通过MMP来间接控制LCD。数据线为16位, 并行传输。
2.5.2 音频解码模块的硬件设计
音频解码器AK4366连接在多媒体处理器MV8720上, 采用SPI总线控制方式以及I2S音频数据传输模式。
3 结语
按照预定的CMMB手机电视终端设计方案, 在完成芯片选型、硬件设计、软件实现的基础上, 成功的设计出一台基于MTK手机平台的CMMB终端, 接收到的CMMB电视节目信号画面清晰、音质优美、运行稳定、待机时间长。产品已经面世。论文的意义不仅在于率先提出并设计出一款接收CMMB电视节目信号的手机终端设备, 而且也为其它类型的CMMB接收终端提供了宝贵的经验, 具有很高的实用推广价值。
参考文献
[1]严健.为MTK正名[J].数字通信, 2007 (22) :40～47.
[2]郭明, 刘固蒂.CMMB技术的发展前景[N].国家广电总局722台.
[3]施威, 杨明.正在崛起的中国移动多媒体广播CMMB[J].中国新技术新产品, 2008 (12) :31～32.
[4]解伟.移动多媒体广播 (CMMB) 技术与发展[J].电视技术, 2008, 32 (4) :4～5.
基于Palm硬件平台 篇4
国家电子信息产业发展基金项目课题2“金融(证券、银行)安全可靠业务系统研发及应用示范”要求,研发基于安全可靠关键软硬件产品的银行业务系统应用软件,面向中小银行应用需求研发安全可靠核心类业务系统,主要包括核心系统、渠道整合、综合前置、中间业务、客户信息整合等系统。攻关解决安全可靠软硬件与银行业务系统应用软件的兼容适配、性能优化等技术难题,构建基于安全可靠软硬件产品的基础运营环境;通过银行业务系统与服务器集群,以及操作系统、数据库管理系统、中间件等关键软硬件产品的配合使用,支持中小银行核心、渠道等核心类业务的开展[1]。
本文通过“中小银行应用集成开发及运行平台Starring”解决银行业务系统的架构、设计、性能等问题,并根据华南某银行的要求,基于华为服务器私有云,针对中间业务,进行大量的测试,取得的测试结果令人满意,为“支持中小银行核心、渠道等核心类业务的开展”打下良好基础。
2 平台软硬件系统的选择
2.1 硬件平台
本次所有测试的硬件平台均基于华为E9000服务器私有云进行,使用Fusion Sphere云操作系统。
E9000刀片服务器,实现计算、存储、网络、管理的融合,可以支撑核心应用。
Fusion Sphere云操作系统基于Open Stack架构开发,整个系统专门为云设计和优化,其有五个特点。
(1)提供强大的虚拟化功能和资源池管理、丰富的云基础服务组件和工具、开放的API接口等,可以水平整合数据中心物理和虚拟资源,垂直优化业务平台。
(2)高效:大容量大集群资源池、自动化管理、弹性伸缩等。
(3)安全:端到端安全加固、多种灾备方案、虚拟化防病毒,TPM可信计算等。
(4)融合:云和非云资源统一管理,多数据中心管理。
(5)开放:Openstack开放架构,广泛的软硬件兼容性认证和产业链合作,提供标准开放API和e SDK扩展。
2.2 软件平台
本次所有测试的硬件平台均基于“中小银行应用集成开发及运行平台Starring”进行。Starring5是其最新的版本,它采用主流的JAVA开发框架,基于云架构部署模式进行设计。平台能够同时承担渠道整合服务总线、产品整合服务总线、业务组件部署平台的建设。
平台具有四个特点。
(1)提供图形化开发工具能力,深化内容管理的模式,提供面向服务的桌面化统一信息展现和管理,有完善的业务建模和模板复用能力,扩展版本管理机制,针对页面流程和交易流程和人工处理流程的全面图形化设计,以及页面和打印输出的所见即所得设计。
(2)分布式集群处理设计,有良好的平台文件交换效率、处理容错能力、容量和并发的横向扩展能力。增加集群的目录服务功能,提供网络方式的平台定制、平台运行、应用定义等静态目录数据查询服务,针对新版本数据的客户端主动订阅处理。增加集群的动态数据持久化存储功能,多版本模式分布存放海量数据。提供任务式异步客户端构件。
(3)针对投产后系统的运行、维护,提供高效、便捷的管理工具,包括能够直接体现业务运行状态的全渠道应用监控平台、集中管理控制台。
(4)设计创一流银行业务的整体解决方案,使Starring5.0能够支撑ESB系统、渠道操作和整合系统、后台业务系统的统一开发和管理,组件容器式部署各类应用成果。完全满足SOA的IT架构要求,满足云计算Saa S模式的容量和性能要求,满足银行网点转型、业务工厂化、流程规范化和可控等要求。适应金融产品和服务的门户化、深入行业的特色信息服务、个性化自定义等发展趋势。
2.3 测试环境软硬件配置
本次测试的软硬件配置如表1所示。
应用服务基于华为私有云20台虚拟服务器,其它有数据库服务器、压力发生器、交易挡板等。
3 软件平台的架构及关键技术
3.1 软件平台架构
中小银行应用集成开发及运行平台的总体设计,如图1所示。
图1中略去了监控、管理、统计等次要模块。
整体系统设计是基于面向服务架构(Service—Oriented Architecture,SOA),SOA是由Gartner Group在1996年提出来的一种软件设计思想[7],由于当时软件设计水平相对较低,未能使SOA得到实际应用。随着计算机技术发展至今,SOA可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用。服务层是SOA的基础,可以直接被应用调用,从而有效控制系统中与软件代理交互的人为依赖性。
根据中小银行的实际情况,在此框架下,可以取舍平台内的各功能模块,以完成实际需求。随着业务的发展,在中小银行应用集成开发及运行平台应用架构下,可有计划地增加或调整各种控制、服务、业务;使得系统弹性十足,银行能及时地推出适应未来业务发展的产品或功能。
应用软件开发符合软件开发标准的要求,方便维护和扩展,使用目前广泛使用的SOAP1.1、WDSL1.1、JMS1.1协议。
业务处理符合国家法律、法规和有关政策规定。其中,企业服务总线(Enterprise Service Bus,ESB)也是利用SOA实施企业应用集成(Enterprise Application Integration,EAI)的一种方式[8]。利用企业服务总线ESB可以有效地实现松耦合、动态的银行IT系统。
根据华南某银行的要求,本次以中间业务为主进行性能测试。
3.2 软件平台的关键设计原则
中小银行应用集成开发及运行平台的设计,除上小节描述的符合SOA设计理念外,还贯彻几项原则。
(1)高效性原则。平台在国内拥有众多成熟应用案例,支持7×24小时运行,支持高并发量实时交易处理。
(2)实用性原则。平台根据银行的当前情况以及未来的发展建设需求提供具有针对性的、可行的、可实施的技术解决方案。平台充分利用成熟的先进技术和采用成熟产品,防止因设计上的缺陷而造成系统处理能力不足,以保证系统的高质量和稳定性。
平台的操作界面简单明了,功能菜单简单易懂,操作使用简单快捷,各种系统无缝连接。
(3)开放性原则。采用符合国际国内标准的通用协议,支持各种主流开放计算机平台、操作系统、数据库、中间件、安全认证厂商的各类软硬件产品,具有良好的开放平台特性。
(4)可靠性原则。平台在系统结构、设计方案、技术服务等方面综合考虑,有系统使用和系统运行的安全策略和机制,具有较强的容错能力和良好的恢复能力,保证平台能够安全无故障、稳定的运行。
平台通过对配置信息进行合法性检查、用户权限审核、安全性控制,充分考虑配置信息内在和外在的各项约束条件,保证配置的参数的合法性。
(5)可扩展性原则。平台设计充分满足银行支付类业务的需求,充分考虑未来业务发展需要。平台所使用的软硬件基础环境具备良好的功能扩展性、规模扩展性以及灵活的资源管理和服务管理扩展性,支持系统规模的扩大和业务范围的扩展,能够满足3-5年内的规划需要。
(6)易维护性原则。平台提供简洁、方便、有效的监控和管理工具和界面,充分考虑运维人员的工作量,有记录完整的系统错误日志,在系统出现异常时,都能够根据已记录的日志,快捷方便地定位出错误的具体位置、原因,使数据处理工作简单、方便、快捷,符合常规业务处理习惯,系统数据维护方便。
(7)易开发性原则。平台提供完整的二次开发功能,实现集成的设计、开发、测试、部署工具,并集中管理相关资源,其操作便捷、开发高效,能够迅速完成银行新业务需求的开发和服务的重组。开发过程大部分是参数化设置,流程化配置,纯代码编写不超过工作量的10%。
3.3 应用软件模块配置
中小银行应用集成开发及运行平台在本次测试中使用的主要模块有三个。
(1)TCP_SVR:为tcp短连接接入通讯插件,报文格式为定长报文。
(2)JTFK:为业务逻辑处理插件,处理本次测试的中间业务类交易逻辑。
(3)TCP_CLI:为接出到核心的通讯插件,支持长连与短接两种模式,支持核心的多包报文。
4 性能测试数据
4.1 测试要求
华南某银行要求:(1)目前最大交易并发用户为800,考虑一定的冗余,测试过程中,最大并发用户数为1000;(2)要求达到10000TPS(即10000笔交易/秒);(3)在后台无延时条件下,响应时间应小于500ms;(4)20个节点压力测试时,CPU使用率不能超过85%。
4.2 中间业务交易选取
中间业务是指不构成商业银行表内资产、表内负债,形成银行非利息收入的业务[9]。
根据华南某银行的要求,本次测试选取最常用301602、501606、101102三个交易进行性能测试,分别代表了对表插入更新、本地交易结果查询及穿透三种典型场景。
301602是中间业务交费交易,交易进行各类合法性检查、状态检查,预记交易流水表,然后上核心系统扣款,根据返回数据更新交易流水表状态,最后组报文返回调用端。数据库操作共有10次查询、1次插入、1次更新。
501606是中间业务交费结果查询交易,交易进行各类合法性检查、状态检查,在本地查询交易流水状态、内容,再组报文返回调用端。数据库操作共有10次查询。
101102是核心账户查询(穿透)交易,交易接入后,进行拆解包,无交易逻辑处理、直接穿透,组核心格式的报文发到核心,核心返回后组前端报文返回到调用端。
4.3 单交易基准测试
验证301602、501606、101102交易的单用户基准,采用1个loadrunner加单节点1个用户并发,即分别测试3只交易,运行3分钟查看结果。
4.4 单节点混合测试
验证单节点混合场景下不同并发用户下的响应情况,301602、501606、101102三个交易分别占用户数比例为30%、30%、40%,采用1个loadrunner加单节点N个用户并发,使用1台DB2数据库服务器,运行3分钟查看结果。单节点下,在30、50用户时,CPU使用率在82%、84%,TPS均超过1000,性能指标符合预期。
4.5 私有云混合场景测试
验证私有云混合场景下不同并发用户下的响应情况,301602、501606、101102三个交易分别占用户数比例为30%、30%、40%,采用10个loadrunner加20个节点N个用户并发,使用1台DB2数据库服务器,运行5分钟查看结果。在700用户并发时,TPS值达到最大;1000用户并发时,响应时间与700用户的相当,TPS值略有下降,但也超出预期指标40%。
4.6 私有云混合延时测试
验证私有云混合延时场景下不同并发用户下的响应情况,后台核心挡板延时分别设置1秒、10秒,采用10个loadrunner加20个节点1000个用户并发,使用1台DB2数据库服务器,运行5分钟查看结果。
后台核心挡板延时设置1秒,301602、501606、101102三个交易分别占用户数比例为30%、30%、40%。
501606交易仅在本地查询,因此后台核心挡板延时对其无效,它的响应时间依然小于100ms,TPS上升很多。101102、301602交易,响应时间超过1000ms主要是外部(核心挡板)耗时1s造成的,TPS下降很多。此时的CPU使用率很低,只有11%,说明本地资源非常充足,整个系统的瓶颈不在本地。
后台核心挡板延时设置10秒,301602、101102分别占用户数比例为50%、50%(501606交易仅在本地查询,对核心延时不敏感,因此不再测试)。
与核心挡板延时1s时相同,响应时间超过10000ms主要是外部(核心挡板)耗时10s造成的,TPS下降很多。CPU使用率只有11%,说明本地资源非常充足,整个系统的瓶颈不在本地。
5 其它测试
在做性能测试的同时,对中小银行应用集成开发及运行平台Starring5进行了平台功能、平台可靠性(集群支持、并发数控制、优先级控制、超时控制、自动刷新、生僻字符支持等)、平台稳定性(1000用户并发持续8小时)、平台容错性(故障客户隔离、故障插件隔离、故障模块隔离、故障机器隔离、TCP长链路网络异常、数据库网络异常、高压状态下系统重启等)、平台管理功能等各项测试;对华为私有云进行了基本功能测试、管理功能测试、可靠性测试、稳定性测试。所有各项测试结果均满足华南某银行的要求。
6 结束语
根据性能测试数据,中小银行应用集成开发及运行平台Starring与华为私有云配合,20个虚拟应用服务器,700用户并发可达到15039TPS,1000用户并发可以达到14481TPS,完全满足华南某银行要求的10000TPS目标。
以上性能指标及其它测试结果已经达到或超过2014年度国家电子信息产业发展基金课题2“金融(证券、银行)安全可靠业务系统研发及应用示范”的要求,完全满足目前中小银行的实际需求。
摘要：基于我国银行IT现状,银行软件应用系统厂商与安全可靠服务器供应商紧密协作,构建安全可靠环境的二次集成开发工具,极大提高应用系统的性能,是银行IT界的一个难题。基于国产华为服务器,使用中小银行应用集成开发及运行平台Starring完成了某银行的业务系统,并进行相关测试,获得大量的测试数据。在模拟生产场景的情况下,可达到15000TPS的高并发性能。
关键词：应用集成开发及运行平台,Starring,中小银行,性能
参考文献
[1]国家工业和信息化部电子发展基金管理办公室.金融(银行、证券)安全可靠业务系统研发及应用示范规范书[A].2014年度电子信息产业发展基金项目指南,2014-03-27:7-8.
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基于Palm硬件平台 篇5
随着网络技术和嵌入式技术的不断发展,嵌入式系统在各个行业内得到越来越广泛的应用。嵌入式Linux是一种开放源码、多任务、免费的操作系统,是在标准Linux 基础上针对嵌入式系统进行优化和裁剪后形成的,因此,具有Linux 的基本性质。它适用于多种处理器和硬件平台,方便基于硬件平台的软件开发。
BGP(边界网关协议)是一个用于自治系统之间的路由协议,综合了向量-距离算法和链路-状态算法[1],主要功能是在各个实现了BGP协议的系统之间交换网络可达性信息。BGP技术作为一种广泛使用的路由策略方法,对路由的性能有着很高的要求。
本文提出的边界网关协议的移植方案是以嵌入式Linux 和FPGA为软硬件平台,通过对BGP参数的特定配置,使其能稳定地运行在基于Linux的FPGA硬件平台上。经对最终方案的测试,表明其具有良好的性能和稳定性,为BGP的进一步研究和开发提供了一种有价值的技术平台。
1 定制Linux内核
要在FPGA开发板上实现Linux系统,需要实现所有的软硬件部分,总体而言,内核在开发板上的移植主要分为三个部分,即为:建立硬件系统(创建xps工程);移植Linux内核;对内核性能进行测试。
首先建立硬件系统,为了便于同时开发FPGA硬件系统(Windows操作系统)和Linux内核及软件移植(Linux操作系统),在一台PC主机上安装Windows操作系统用于安装硬件开发平台,然后在另一台PC主机里面安装Linux操作系统用于Linux内核的编译和移植。目标板和开发PC机之间的硬件连接如图1所示。
Linux内核移植主要分为三个步骤:交叉编译环境建立;编译Linux内核;建立根文件系统。由于具体实现比较复杂和繁琐,以下对整个过程的主要步骤进行介绍:首先建立交叉编译环境[2], 所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码;接着编译Linux内核,主要是进行内核配置和建立内核源码树文件之间的依赖关系;然后是建立根文件系统,其包含两个步骤:下载并编译busybox和下载并使用mkrootfs[3]。
最后对移植到硬件开发板上的系统内核进行测试:写一个测试程序并用交叉编译工具进行编译;将测试程序和生成的可执行文件复制到文件系统rootfs里,将文件系统压缩并复制到内核中;编译内核,生成新的镜像文件,再将生成的镜像文件加载至硬件系统中;最后运行最新的Linux内核,并执行可执行文件,执行结果如果显示文件执行正常,则表明Linux内核移植成功。
2 路由软件移植
Quagga是一个开源路由软件包,可以在Linux平台上提供实现OSPFv2、OSPFv3、RIP v1 和 v2、 RIPng and BGP-4等路由协议。Quagga为每个路由协议提供一个交互式用户界面,并支持常见路由器的客户端命令[4]。由于这种设计,可以容易地给Quagga添加新的协议守护进程。
通过对其软件源代码的分析和理解,对Quagga的代码实现有了更深入的理解。作为在Linux通用平台上运行的路由软件,其源代码完全使用标准C语言实现,与硬件平台没有关系。软件的实现只使用了C函数库中一些最基本的函数,大部分能够通过软件自身的源文件和头文件来实现。整个软件代码不依赖于Linux上的其它软件的支持,也只调用了一些特定函数库,其中大部分在所定制的Linux内核中已经包括,这为软件移植带来了很大便利。
首先要做的是对路由软件及基于shell的用户交互界面程序进行交叉编译。由于硬件资源的有限性,嵌入式Linux系统通常都比较精简,在交叉编译时经常会缺少一些链接库。常见的缺省动态库包括:libreadline库,是一个提供命令行编辑和历史记录功能的库集合,能够让应用软件存储,记忆并且编辑命令行;libncurses库,提供字符终端处理的库,能够让应用软件具有处理表格、菜单、面板等功能。
然后将交叉编译好的路由软件移植到硬件平台上。开发板的硬件空间有限,在安装了内核和文件系统后,所剩资源已不多。为了能够移植路由协议软件,做了一个网络文件系统(NFS)[5]。它是一种支持应用程序在客户端通过网络访问位于服务器磁盘中数据的文件系统协议,其最大的功能就是可以通过网络,让不同操作系统的计算机可以共享数据。在设计中将一台Linux操作系统的PC做成一个NFS文件服务器,再通过网络将远端的NFS服务器共享出来的文件挂载到硬件开发板的系统中,从硬件平台看来使用NFS的远端文件就象是在使用本地文件一样。
移植好路由软件后,还必须在开发平台上对路由软件进行验证。在软件运行时,需要调用一些动态链接库[6]。根据调试信息和软件源代码,将需要的库文件移植到开发板上。
3 测试结果分析
为了验证本文设计完成的系统性能,设计了多个测试用例对系统进行测试[7]。下面给出其中的一个测试用例的结果。
首先进入zebra对路由器的名称和IP进行设置:
实验结果如图2所示。
4 结束语
由图2的测试结果可见,设计的嵌入式路由协议系统能够方便地对路由软件进行配置。配置好的路由协议软件工作状态良好,可以利用设计的系统对BGP路由协议进行更进一步的研究和完善。
另外,由于篇幅所限,只以常用路由器设置为例,介绍了配置后的实验结果。实际上,根据路由协议的标准,本系统也可以进行更详细的路由协议的功能实现。
参考文献
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[6]白建军.核心路由器边界网关协议BGP-4实现技术的研究[D].长沙:国防科学技术大学,2002.
基于Palm硬件平台 篇6
物联网作为人与人、人与物、物与物之间进行全面互联的网络, 通常情况下需要借助信息传感设备, 按照约定的协议来实现。其特征主要表现为:借助射频识别、传感器等获取信息, 通过互联网、移动通信网等进一步传递、交换信息, 同时对这些信息采用智能计算技术进行分析处理, 进而在一定程度上提高感知物质世界的能力, 进一步决策、控制智能化。
目前, 理论教学是物联网技术教学中的主流, 实践教学所占的比重较少, 在这种情况下违背了物联网教学实践性的特点。在教学过程中, 侧重单个技术设备, 对教学系统没有进行科学化、整体化处理, 在一定程度上影响学生对物联网技术形成整体认识[1]。针对这些问题, 本文通过对物联网技术实训平台进行分析, 一方面可以单独地学习信息技术, 另一方面可以进行综合实训设计, 帮助学生理解物联网的相关技术, 进而在设计物联网应用系统的过程中, 充分发挥自身的主观能动性。
1 总体方案
如图1所示, 给出了基于zigbee技术的物联网实训平台。该实训平台的组成主要包括:一个物联网主节点、多个从节点、RFID身份标签。借助zigbee网络, 物联网将各种传感器的信息从节点传给主节点, 利用串口主节点将接收到的信息进一步传送给计算机。通过对附近的RFID标签进行搜索, 借助串口RFID阅读器将读到的标签信息传送给从节点, 通过zigbee网络从节点传送给主节点。
2 硬件设计与实现
物联网主节点、从节点和RFID读写系统共同组成本实训平台的硬件设计部分。
2.1 物联网主从节点的硬件设计
对于物联网来说, 其主从节点的主要功能是:组建、维护无线网络, 获取、传输各种传感器数据等, 根据应用需求, 物联网的zigbee、传感器、串口、供电、显示、状态指示灯等单元, 以及可编程按键等部分共同构成主节点部分。对于从节点来说, 主要包括zigbee、各种传感器、LCD、串口、供电元、外元、状态指示灯等单元, 以及可编程按键和扩展接口单元等。通过上述分析, 以CPU为核心的节点硬件框图如图2所示。无线组网和数据传输功能通过IEEE802.15.4收发器和运行于CPU上的协议栈共同来完成, 其中, 板载传感器主要包括温度传感器、光强度传感器等。根据实验要求, 对于扩展传感器来说, 则可以对其他各种传感器进行扩展。在智慧校园案例中, 外设控制接口可以对投影仪、自动窗帘等外部设备进行控制。可以采用UART、USB等对数据传输接口进行处理, 通过外部供电方式解决主节点的供电问题, 采用电池供电的方式解决从节点的移动问题。
选用英国Jennic公司的JN5121作为节点中的CPU和IEEE802.15.4收发器, 并且综合了收发器、微控制器的所有功能, 同时在组建、管理zigbee无线网络, 以及无线传输数据的过程中, 能够确保高性能、低功耗能[2]。对于JN5121内置处理器来说, 借助自身32位RISC内核, 其优势主要表现为速度高, 功率低, 因此, 可以将其用作主节点的处理单元, 进而在一定程度上节省了独立采用CPU的成本, 且占用空间小, 使得硬件结构得以简化。
由于主节点的处理单元选用了zigbee模块的内置CPU, 在这种情况下, 物联网主节点中的各个单元可以与zigbee模块进行数据通信。芯片JN5121有21个通用IO口, 4个12位ADC, 2个11位DAC, 2个比较器和SPI接口, 并且两个UART端口通过IO口复用实现。
采用表贴式的SHT11和TSL2550对板载的温度传感器、光强度传感器进行处理, 其输出均为数字信号。通过SPI总线JN5121可以获得温度、光强度信息。JN5121的两路ADC、SPI总线通过传感器扩展接口引出, 分别用于扩展模拟接口、数字接口的外部传感器。
2.2 RFID读写系统硬件设计
RFID在本物联网实训平台中的功能, 主要表现为:在系统中, 为每个人员、每个物体设置唯一的身份码, 进而在一定程度上识别所有人员、物体的身份, 同时对其合法性进行验证。
在本系统中, RFID主要包括读写模块和标签, 其中, 选择恒睿电子的RMU900+作为读写模块中的核心单元。这款UHF RFID读写模块的特点是超小型化, 并且工作频率比较高[3]。对于该RFID读写模块来说, 其优点主要表现为:读写速度很快, 单次识别的标签数目多, 并且有效识别距离远。RMU900+模块集成了PLL、无线发射无线接收、耦合器以及MCU等部件, 可通过UART与物联网从节点相连接, 读取并上传标签ID等信息。
3 结束语
该物联网综合教学实训平台的硬件采用模块化设计, 各个节点模块组合灵活、快捷。本实训平台的元器件数目少, 性能稳定, 本系统涵盖了zigbee、RFID、传感器等物联网关键技术, 可进行一些综合性实训的开发, 是学习物联网技术的理想开发平台, 具有良好的市场前景。
摘要：本文提出了基于zigbee的物联网综合教学实训平台的硬件设计方案, 该方案采用Jennic公司的一款集收发器和微控制器于一体的zigbee基带和射频芯片JN5121为控制核心, 外加多个从节点和一个RFID读写模块。对于高职院校来说, 此综合实训平台能够很好地解决物联网专业实训对象少的问题, 同时能够弥补相关操作, 以及仪器设备的空缺。
关键词：zigbee,物联网,综合实训
参考文献
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基于Palm硬件平台 篇7
继电保护新原理的应用有赖于硬件性能的进一步提高,暂态量保护、间断角涌流闭锁和CT饱和的准确判断都有需要较高的采样速率,势必出现运算复杂度与数据实时处理之间的矛盾。解决这一矛盾要么寻找更优的算法,要么开发高性能的微机保护新硬件平台。微机保护处于强电磁干扰环境下工作,要求有高性能的基础硬件保证微机保护装置的可靠性和可信赖性。实现微机保护的硬件平台化不仅可以减少新产品开发的重复工作,而且有效降低了硬件生产成本和维护费用。结合微机保护通用硬件平台的基本要求和发展方向(即:模块化,开放性,通用性,灵活性,可扩展性和高可靠性),开发具有一定先进性的微机保护硬件平台有极其重要的现实意义。
1 微机保护硬件平台设计的一般问题
1.1 硬件平台通用架构模式
微机保护历经三十年的发展,硬件构架模式不断创新,出现了各种各具特色的构架模式,目前广泛采用的有以下几种:多MCU模式;单MCU(或DSP)模式;MCU+FPGA模式;MCU+DSP模式。
在微机保护发展初期由于单个MCU的处理能力有限,为了实现成套保护的复杂功能采用了多MCU模式,将保护功能分散成相对独立的功能模块(如高频、距离、零序、重合闸等),每个功能模块由单个MCU完成。随着微处理器处理能力的提高,使单片MCU(DSP)完成复杂保护功能成为可能,简化了硬件设计,在一定程度上提高了可靠性,并具有成本优势。随着可编程逻辑器件的发展,FPGA越来越多地用在了微机保护的开发中[1],起初仅用于扩展微处理器的控制逻辑,后来将数字滤波模块以IP核的形式封装到FPGA中[2],这种MCU+FPGA模式可极大提高系统的数据处理性能。为了能同时利用DSP的数据计算能力和MCU的控制和通信功能,将二者充分结合优势互补的MCU+DSP模式将成为目前乃至今后一段时间内的微机保护主流构架模式[3]。
1.2 多处理器之间数据交互方式
对于MCU+DSP模式而言,多个处理器之间协同工作必须要解决好数据交互的问题,目前使用的交互方式,主要有:串口通信;通过CAN、Lonworks等现场总线通信;利用双口RAM进行数据交互;多DSP构架下的CPCI总线数据交互。
微处理器间的串口通信是最简单的通信方式也是早期应用最广泛的,但是其缺点显而易见,速度慢,不适于大量数据的交互,应用越来越少[4]。虽然现场总线应用在间隔层与站控层之间通信的场合越来越少,但是作为微机保护内部多处理器间的通信方式应用还是很广泛的,其优点是传输速度快,抗干扰能力强。应用双口RAM进行数据交互也是较为常见的方式[4],可以实现高速的数据交换,而控制模式较现场总线简单;利用CPCI总线的数据交换方式是最近出现的高端硬件平台的尝试,其运行性能和可靠性还有待于实践检验[5]。
2 新型微机保护硬件平台设计方案
2.1 设计概述
设计实现了新型MCU+DSP架构模式的微机保护通用硬件平台。整体结构见图1。新硬件平台的功能特点如下:(1)可以实现MCU+DSP的多处理并行工作,在单个DSP模块不能达到所需性能要求时,可以灵活配置多个DSP模块;(2)多处理器之间的数据交换通过主控MCU与各DSP的HPI接口实现,简化了硬件设计;(3)实现了3路以太网接口,既提供冗余双以太网对外通信信道又可满足保护信息传输子网单独组网的要求;(4)运算能力极大提高,I/O控制模块极大丰富并可根据需求灵活配置;(5)模拟量采集的前向调理电路采用全差分输入更好地抑制共模干扰。
2.2 MCU模块设计
MCU模块的详细框图见图2,主要完成管理和通信功能,选用Freescale公司的32位Cold Fire系列微处理器MCF5272作为主处理器芯片,内核总线频率可达66 MHz,外围接口十分丰富,集成了快速以太网控制器,通用串口控制器,USB接口控制器及SPI总线控制器等部件,为完成复杂的控制功能和快速以太网通信功能提供了硬件保证。本模块外扩了大容量的FLASH用于存放程序代码和形成Vx Works操作系统下的文件系统,方便通过网络访问装置存储器中的内容;SDRAM芯片用于程序运行空间,上电启动时将程序代码拷贝到SDRAM中运行;SRAM芯片用于存放掉电保持的记录,例如保护事项、运行记录、自检事项、录波数据等;EEPROM用于存放通道校准系数。通过FPGA对接收到的IRIG-B码进行解码,实现全站GPS对时。人机交互模块包括液晶显示和键盘操作两个部分。
MCF5272自带了一路自适应快速以太网控制器,另外增加了两片AX88796以太网控制器,构成独立的3路以太网结构。通过使用以太网物理层芯片LXT971A,实现了物理层双绞线接口和光纤接口的自适应。其中前2路以太网可以实现与站控层通信控制器的冗余网络联接,第3路以太网可以单独组网构成故障信息传输专网。
2.3 DSP模块设计
TMS320C6713数字信号处理器在电力系统自动化设备中已有成功应用案例,但作为微机保护的应用还不多见。该芯片是TI公司推出的面向中高端信号处理应用领域的浮点DSP,片内总线频率198 MHz,外部总线频率66 MHz,具备了大量适用于数字信号处理的优良特性,指令执行的8级流水线结构;两组共8个独立的功能单元每组包含1个乘法器和3个算术逻辑单元,可同时工作,并有交叉数据通路;256位宽的甚长指令字结构可同时取出8条32位宽的指令。
DSP模块的详细框图见图3,C6713的启动可以有多种形式,为了保持其工作的相对独立,将程序代码存放在独立的FLASH中,启动后将代码搬移到片内RAM中运行,所有软件代码都运行在片内RAM,经测试用C语言编写的24点全周傅立叶算法执行时间仅3µs,完全可以保证在每个采样间隔内处理完所有模拟量的计算和保护逻辑判断。外扩的SRAM用于存放掉电保持的记录和配置信息。
2.4 输入输出模块设计
作为数据采集系统的核心,A/D转换芯片采用TI公司的ADS8364,该芯片是独立6通道同步16位高速模数转换器,转换时间仅4µs,支持的最大信号频率250 k Hz,完全满足微机保护的高速高精度采样要求。
模拟信号前向调理电路的主要功能是将一次PT/CT输出的100 V/5 A信号通过小互感器转换为模拟电路可以处理的5 V电压信号,同时通过差分电阻网络将单端信号转化成差分信号,以利用ADS8364的全差分输入模式,这样具有更高的抗共模干扰能力。调理电路通过施密特触发器将正弦信号处理成同频方波,供给后级频率采集使用。为了适应不同保护对象的模拟量采集需求,模拟量模块具有多种选配方式,可灵活配置,增强微机保护硬件平台的通用性。
数字量输入经光电隔离可以适应110 V或220 V电平,SOE记录的时间分辨率可到1 ms。对于复杂的控制出口逻辑及闭锁功能利用FPGA实现,同时完成地址译码、频率采集、采样定时和GPS(IRIG-B)解码等工作,这样可以大大简化外围电路的设计,提高可靠性。出口控制采用编程校核模式,并由启动继电器开放电源,保证在干扰情况下可靠闭锁跳闸出口,防止保护装置的误动作,并可实现自检出错的自动闭锁。出口可灵活设置,方便了现场的各种应用要求。
2.5 数据交互设计
正如引言中所述,在多处理器构架的微机保护硬件平台中使用双口RAM进行数据交互应用非常广泛,但是双口RAM存在一些缺陷,采用双口RAM硬件设计数据线多,控制线复杂,需要占用大量的控制器件和I/O端口,并且高速双口RAM价格昂贵。双口RAM适用于大量的高速数据交互的场合,但是如果MCU和DSP的分工合理的话,可将二者的数据交互量减少,只保证最基本的保护定值、通道系数和各种事项的传递,这类数据的实时性要求不高,而传输的可靠性可以用CRC校验和软件措施保证。如果采取采样值直接交换的方式那么数据量巨大而且实时性和可靠性要求极高,这样并不利于模块内聚性提高和相互之间耦合性的降低。综合考虑,采用DSP的主机HPI接口进行数据交互。
HPI接口最大的特点就是硬件连接十分简单,可以使主处理器MCU像访问自己的一个外设一样方便地访问DSP的任何存储空间(包括片内RAM,EMIF接口等),且对该接口有主动控制权。在使用上,开辟专门的DSP片内RAM区作为数据交互缓存,使用软件实现访问的互斥功能,并保证MCU享有访问优先权。
HPI接口提供固定地址模式和自动增量模式进行交互,使用前首先将地址寄存器、控制寄存器初始化,进行数据交互时,根据采用的模式不同,先将地址寄存器写入访问地址,然后向数据寄存器写入数据即可完成,操作十分方便。
3 结语
微机保护的硬件平台建设是一项极具挑战性的工作,既要保证实用性和可靠性,又需要有一定的前瞻性,同时还要兼顾成本约束。在总结现有硬件平台成功经验的基础上,综合考虑先进性、实用性、可靠性和成本因素设计了新型的多处理器构架的微机保护平台,在此硬件平台上已经成功开发完成线路距离保护和变压器成套保护装置。
参考文献
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