一种基于FPGA的多CPU共享数据采样系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于FPGA的多CPU共享数据采样系统，包括FPGA处理器，其特征在于：还包括与FPGA处理器相连的同步A/D转换器，同步A/D转换器与高速采样保持器相连，高速采样保持器和多路开关相连。本实用新型专利技术解决了高速、同步数据采集与多CPU共享采样数据需要主CPU很大开销难于实现以及多CPU共享采样回路的难题，大大降低了电力自动化装置当多个CPU共享采样数据时采集系统CPU设计的复杂度，简化了交流采集回路，降低了硬件成本。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种为电力系统自动装置提供高速数据采集和多CPU共享采样数据的系统，属于电力自动化

技术介绍
在电力系统中，几乎所有自动化装置都需要有一个实时、高速的数据采集系统，而且有时为了冗余，要求装置采用多CPU并行运行，并且每个CPU都能从采集系统获取采样数据，尤其对双态故障录波，要求有两个录波CPU，一个负责暂态录波，一个负责常态录波，两个录波CPU共享一组交流采集回路，采样速度不能低于10KHZ，如果两个录波CPU自己负责数据采集，这样既耗CPU资源，对多任务系统下的操作系统也是一种负担，而且增加了硬件设计的复杂程度。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是为电力系统自动装置提供一种高速、实时数据采集以及多CPU共享采样回路的采样系统。为解决上述技术问题，本技术是通过采取以下技术方案来实现的一种基于FPGA的多CPU共享数据采样系统，包括FPGA(现场可编程门阵列)处理器，其特征在于还包括与FPGA处理器相连的同步A/D转换器，同步A/D转换器与高速采样保持器相连，高速采样保持器和多路开关相连。前述的基于FPGA的多CPU共享数据采样系统，其特征在于所述FPGA处理器包括以下接口 1)同步采样脉冲接口，是与外部GPS (全球卫星定位系统)装置或者同步脉冲发生器的接口 ；2)两个扩展SPI接口，通过扩展SPI总线与多个主CPU点对点相连，用于同时向多个主CPU提供高速采样数据，采样率可达IOKHz ；3)A/D采集接口，与同步A/D转换器相连，由FPGA产生采样时序并读取采样数据， 同时FPGA在同步脉冲的节拍下产生采样保持信号、控制多路开关信号。本技术的设计原理把系统的数据采集、多CPU共享采样回路放在一个廉价的高速FPGA上实现，由它来在外部同步信号下去对所有模拟量回路进行同步、高速数据采集，并且把采样数据通过高速扩展SPI总线同步传送给多CPU，从而满足实际应用中对录波装置或其嵌入式装置在多CPU共享同一个采样回路时高速、实时、同步数据采集的要求。本技术的有益效果是本技术解决了多CPU共享同一个交流回路的高速、实时、同步采样数据需要主CPU较大开销，交流回路共享难于实现的难题，大大降低了电力系统暂、常录波装置或其他自动化装置在多CPU共享同一采集回路时设计的复杂度和硬件成本。附图说明图1为本技术的基于FPGA的多CPU共享数据采样系统硬件示意图；图2为本技术的电路原理图；图3为本技术实施实例的工作过程图。具体实施方式以下结合附图对本技术作具体的介绍。本技术的数据采样系统，由低廉的高速大规模现场可编程逻辑FPGA控制器组成的一个嵌入式实时数据采集系统。硬件系统工作的时候，FPGA通过边沿检测技术实时检测外部的同步脉冲，当出现上升沿(或者下降沿)时，立刻无延时地发出采样保持脉冲，采样保持器将此采样时刻的模拟量信号保持住，然后FPGA在40us内完成所有通道A/D转换， 并且把采样数据通过扩展SPI总线发送给每个CPU。对其它CPU本技术提供一个24M 的扩展SPI 口，该SPI的时钟最高可工作在48M，并且采用双数据线，每个clock可向外传送两位，一个16位的采样值只需8个clock完成，两个SPI接口可同步向多CPU发送采样值，主CPU只需要配以串转并接模块通过SPI总线在接收完一个采样周期的所有采样值后 CPU读取采样值即可。本实施例的基于FPGA的多CPU共享数据采样系统，用于暂、常态故障录波装置的双录波CPU，为暂态录波CPU和常态录波CPU共享采样回路提供高速、同步采样数据，或者用于其他电力系统自动化装置在多CPU冗余工作时，采样数据统一由采集系统提供。FPGA 采用ALTERA公司的EP1C6T144，数模转换芯片可采用TI公司的ADS8556，软件编程采用 verilog语言，真正实现软件功能硬件化。以上已以较佳实施例公开了本技术，然其并非用以限制本技术，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本技术的保护范围之内。权利要求1.一种基于FPGA的多CPU共享数据采样系统，包括FPGA处理器，其特征在于还包括与FPGA处理器相连的同步A/D转换器，同步A/D转换器与高速采样保持器相连，高速采样保持器和多路开关相连。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的多CPU共享数据采样系统，其特征在于所述 FPGA处理器包括以下接口 1)同步采样脉冲接口，是与外部GPS装置或者同步脉冲发生器的接口；2)两个扩展SPI接口，通过扩展SPI总线与多个主CPU点对点相连，用于同时向多个主 CPU提供高速采样数据；3)A/D采集接口，与同步A/D转换器相连，由FPGA产生采样时序并读取采样数据，同时 FPGA在同步脉冲的节拍下产生采样保持信号、控制多路开关信号。专利摘要本技术公开了一种基于FPGA的多CPU共享数据采样系统，包括FPGA处理器，其特征在于还包括与FPGA处理器相连的同步A/D转换器，同步A/D转换器与高速采样保持器相连，高速采样保持器和多路开关相连。本技术解决了高速、同步数据采集与多CPU共享采样数据需要主CPU很大开销难于实现以及多CPU共享采样回路的难题，大大降低了电力自动化装置当多个CPU共享采样数据时采集系统CPU设计的复杂度，简化了交流采集回路，降低了硬件成本。文档编号G06F9/50GK202267951SQ20112038523公开日2012年6月6日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日专利技术者付国新, 侍昌江 申请人:国电南京自动化股份有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付国新，侍昌江，
申请(专利权)人：国电南京自动化股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：