一种基于FPGA外扩设备的通信管理机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于FPGA外扩设备的通信管理机，其包括：包括中央处理器模块、FPGA模块、PCIE SWITCH外扩PHY模块、存储模块、USB接口模块、串口模块、开入开出模块、IRIG‑B码模块、双BIOS切换模块和看门狗模块，FPGA模块、PCIE SWITCH外扩PHY模块、存储模块、USB接口模块均与中央处理器模块连接，双BIOS切换模块和看门狗模块位于中央处理器模块和FPGA模块之间并与均与之连接，串口模块、开入开出模块和IRIG‑B码模块均与FPGA模块连接。本实用新型专利技术长期运行稳定可靠，接口优化，支持各种协议以及站内数据的时标精确性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及通讯
，尤其涉及一种基于FPGA外扩设备的通信管理机。
技术介绍
近年来，随着通信、网络和计算机技术的飞速发展，变电站和发电厂自动化技术水平得到迅速提高，从最初的远程终端装置(RTU)到集中式自动化系统、再到分散式自动化系统,发展到现在的网络化系统。 电力系统对长时间可靠运行的要求越来越高，普通工业控制计算机已不能适应现在的需求。随着数字化变电站建设和IEC61850标准的推广，变电站自动化系统的开放性、互操作性、技术发展、功能应用的可扩展性和设备数据模型标准、完整、规范、可实现信息的共享更为重要，这就要求通讯管理机必须要长期运行稳定可靠，且具有各种丰富的接口比如网口、串口、开入开出和IRIG-B等，支持各种协议以及站内数据的时标精确性，现有的通讯管理机在这些方面有必要优化和提高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的以上技术问题，本技术提供一种基于FPGA外扩设备的通信管理机，长期运行稳定可靠，接口优化，支持各种协议以及站内数据的时标精确性。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FPGA外扩设备的通信管理机，其包括：包括中央处理器模块、FPGA模块、PCIE SWITCH外扩PHY模块、存储模块、USB接口模块、串口模块、开入开出模块、IRIG-B码模块、双BIOS切换模块和看门狗模块，所述FPGA模块、所述PCIE SWITCH外扩PHY模块、所述存储模块、所述USB接口模块均与所述中央处理器模块连接，所述双BIOS切换模块和所述看门狗模块位于所述中央处理器模块和所述FPGA模块之间并与均与之连接，所述串口模块、所述开入开出模块和所述IRIG-B码模块均与与所述FPGA模块连接。作为对本技术所述技术方案的一种改进，所述中央处理器模块是D2550，主频1.86G，双核四线程。作为对本技术所述技术方案的一种改进，所述PCIE SWITCH外扩PHY模块采用PCIE SWICTH芯片0505扩展8路网口。作为对本技术所述技术方案的一种改进，所述FPGA模块采用local bus总线扩展20路串口，控制串口芯片的CS/ADDR/DATA/RD/WE/INT信号。本技术提供的基于FPGA外扩设备的通信管理机，长期运行稳定可靠，接口优化，支持各种协议以及站内数据的时标精确性。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中：图1是本技术具体实施例的基于FPGA外扩设备的通信管理机的结构示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。图1是本技术具体实施例的基于FPGA外扩设备的通信管理机的结构示意图，如图1所示，本技术具体实施例的基于FPGA外扩设备的通信管理机包括：中央处理器模块（CPU）、FPGA模块、PCIE SWITCH外扩PHY模块、存储模块、USB接口模块、串口模块、开入开出模块、IRIG-B码模块、双BIOS切换模块和看门狗模块，FPGA模块、PCIE SWITCH外扩PHY模块、存储模块、USB接口模块均与中央处理器模块连接，双BIOS切换模块和看门狗模块位于中央处理器模块和FPGA模块之间并与均与之连接，串口模块、开入开出模块和IRIG-B码模块均与与FPGA模块连接。本专利技术具体实施例中，中央处理器模块例如可以是D2550，主频1.86G，双核四线程，，满足变电站对通信管理机处理能力的要求；PCIE SWITCH外扩PHY模块采用PCIE SWICTH芯片0505扩展8路网口，该SWITCH功耗低，性能稳定，每路网口都可实现独立mac，利于组网，单口通讯速率都可达到满流量；FPGA模块采用local bus总线扩展20路串口，控制串口芯片的CS/ADDR/DATA/RD/WE/INT信号。本技术具体实施例的基于FPGA外扩设备的通信管理机要求多网口，该方案是由CPU+PCIE SWITCH的方式实现扩展8路网口。其它串口、开入开出、点灯、解析IRIG-B码、双BIOS切换和看门狗的功能，主要是CPU和FPGA之间交互，CPU通过FPGA来实现扩展这些外部设备。本技术利用FPGA外扩设备具有灵活方便、速度快、稳定可靠的优点。避免了CPU控各种慢速设备降低CPU使用的效率和稳定性。对于解析IRIG-B上面，传统做法采用CPU来解析，会占用大量的CPU时间，频繁进中断，并且解析算法也比较复杂，精度不高；本方案使用FPGA来解析，对时和自走时的精度都非常高，且不需要CPU的额外参与。本技术利用FPGA实现的双BIOS切换和看门狗功能，最为实用。对于处理器系统难免会出现死机的情况，而FPGA凭借其特殊的结构，可长期稳定运行不出错不死机，让FPGA看护CPU的喂狗信息，当CPU死机跑飞后不喂狗时就复位重启，可实现在无人值守的地方万一设备进入死机状态，FPGA可让其复位重启继续正常工作，或是在某次因主BIOS启动选项不对起不来时，由FPGA实现自动切换到备用BIOS上复位重启。传统的单CPU方案在遇到这种情况的时候就只能一直死机了，这种架构比之前的单CPU方案更稳定和可靠。本技术中，FPGA模块主要负责和CPU通讯，并为CPU扩展各种外设接口。包括串口模块、开入开出模块和IRIG-B码模块。FPGA和CPU之间采用的是LPC接口协议，该协议采用的总线数量少，通讯速度快。FPGA采用local bus总线扩展20路串口，控制串口芯片的CS/ADDR/DATA/RD/WE/INT等信号。IRIG-B码是由一系列的高低电平组成，根据占空比识别是哪种数据，解析100个码元的协议来解出具体时间。采用FPGA解析IRIG-B码，实时性高，硬解码精度非常高，可以做到1us以内，避免了CPU解码的频繁中断。本技术中，双BIOS切换，这个模块主要是针对当某种特殊原因启动不了的时候，FPGA做逻辑来守护保证CPU恢复正常运行。该功能极大的保证了系统的可靠性。双BIOS切换主要原理是：CPU一般从主BIOS上启动，当因特殊情况丢掉硬盘的时候BIOS的启动选项会切换到另外一个硬盘，该硬盘是没有系统的，所以机器启动不了；这时FPGA检测到机器卡在不正常的状态后，会执行切换到备用BIOS上，并且执行复位逻辑，发送复位脉冲给CPU让它重启，这样CPU就可以正常启动进系统了；进入系统后驱动做了一个开机自检的工作，当检测到FPGA送过来的BIOS现在选择的是备用的信息后，就立刻执行，把备用BIOS的内容读出，然后切换到主BIOS后重新烧写主BIOS，整个流程结束，这个流程充分保证了当BIOS内容不对时也可以进系统，并且还能复原BIOS的内容。本技术提供的基于FPGA外扩设备的通信管理机，长期运行稳定可靠，接口优化，支持各种协议以及站内数据的时标精确性。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本技术所附权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA外扩设备的通信管理机，其特征在于，包括：包括中央处理器模块、FPGA模块、PCIE SWITCH外扩PHY模块、存储模块、USB接口模块、串口模块、开入开出模块、IRIG‑B码模块、双BIOS切换模块和看门狗模块，所述FPGA模块、所述PCIE SWITCH外扩PHY模块、所述存储模块、所述USB接口模块均与所述中央处理器模块连接，所述双BIOS切换模块和所述看门狗模块位于所述中央处理器模块和所述FPGA模块之间并与均与之连接，所述串口模块、所述开入开出模块和所述IRIG‑B码模块均与所述FPGA模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA外扩设备的通信管理机，其特征在于，包括：包括中央处理器模块、FPGA模块、PCIE SWITCH外扩PHY模块、存储模块、USB接口模块、串口模块、开入开出模块、IRIG-B码模块、双BIOS切换模块和看门狗模块，所述FPGA模块、所述PCIE SWITCH外扩PHY模块、所述存储模块、所述USB接口模块均与所述中央处理器模块连接，所述双BIOS切换模块和所述看门狗模块位于所述中央处理器模块和所述FPGA模块之间并与均与之连接，所述串口模块、所述开入开出模块和所述IRIG-B码模块均与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵凯田，
申请(专利权)人：南京悠阔电气科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32