ADI独立双核处理器的IED解决方案满足智能电网最苛刻需求

 智能电网的概念首先起于欧美，但是随着中国的快速介入，实际上中国的智能电网发展现状已经超过了欧美原来提出的固有范畴。现在中国国家电网宣布将在2020年建成覆盖全国的智能电网，并且已投入了4万亿人民币用于基础设计建设。这一宏大计划的实施将涉及到新能源发电、新能源并网接入、大容量能量存储、特高压输电以及数字化变电站、智能计量等广泛的相关领域，将为全球智能电网建设树立一个新的标杆，同时也对半导体厂商和设备厂商提出了更高的技术挑战。

智能电网设计面临更多挑战

在智能电网中，智能电子设备(IED) 是组成智能电网的基本要素，提供系统所需要的检测、测量、保护和控制功能。

ADI市场经理张松刚向21ic记者介绍说：“智能电网在输配电方面主要体现在数字化变电站上，直接与强电接触采集数据信息的是称为一次设备，而后端通过线缆和一次设备相连接的具有保护、测控功能是二次设备。ADI公司在智能电网领域的市场重心在二次设备侧。现在ADI推出了最新的符合IEC61850标准采用独立双核DSP架构的IED系统解决方案，在信息数据处理、通信、安全性等方面都有了大幅度提高，可以满足智能电网最苛刻的性能、安全、可靠性需求。”

智能电网应用在输配电的领域主要是电力自动化和变电站数字化。目前来说，数字化变电站的设计主要基于国际通用的IEC61850标准。在数字化变电站内，所有IED都将以符合IEC61850标准的方式进行通信。IEC61850主要定义了以下的一些方面，包括：数据建模、报告方案、事件快速传输(GOOSE和GSSE) 、置群组、数字采样数据传输(SV) 、命令配置和数据存储。

IEC61850是被国际广泛认可的通用标准，要想设计出符合该标准的IED设备并不容易，工程师将面临很多现实挑战。

首先是复杂的通信协议和多种不同的通信协议栈带来的高实时性和超低延时。

其次是要求系统具备实时性要求非常高的信号处理能力并且有很高的系统可靠度。

最后是是广域IED时间同步、系统成本和开发成本以及平台式开发问题。

ADI解决方案提供高实时性双核处理能力

面对上述挑战，ADI推出的独立双核DSP架构的IED系统解决方案完全可以满足需求。

张松刚表示：“在诸如继电保护设备或电力质量分析仪等新式的IED 中，IED设计工程师希望处理器能够在几百微秒的时间内处理超过60个通道的FFT信号。再加上IEC61850 标准所要求的复杂通信任务，单核处理器已经接近了性能极限。另一方面，出于对于系统安全性的考虑，要求在通信网络产生异常情况时，电力线保护设备的IED 不允许出现任何异常。所以IED 设计工程师开始使用至少两个处理器，分别应付信号处理和通信任务。在使用双核处理器之后，工程师又要面对这些处理器之间如何高效率通信的问题?ADI的方案对此已经有了圆满的解决方案。”

ADI IEC61850演示设计

早在2012 年，ADI和上海远景数字信息有限公司(ADI 的第三方)合作展开了一个项目，致力于开发满足IEC61850 标准的数字化变电站IED通用平台。

张松刚介绍说“这一通用平台采用了双核DSP的架构，它很好地解决了实时信息处理、通信之间的关系，并且双核直接通信非常顺畅。”

ADI IEC61850演示设计方案集成独立的双处理器，每个处理器的工作频率高达500 MHz 。它具有两个独立的以太网MAC(两个MAC 地址) ，非常适合IEC61850应用。本演示系统中，内核0 运行μCLinux 操作系统，处理非实时任务，如MMS协议栈、LCD 、键盘和其他诸如TFTP等服务器应用。内核1 运行采样和继电保护算法(DFT) ，还可以发送实时的GOOSE 消息而不影响操作系统的运行。两个内核通过片上L2 存储器实现通信，该L2 存储器能够以高达250MHz的频率工作，确保具有最高的数据交换效率。

强大的2个500 MHz双核处理器，每个内核都有148 kB L1 SRAM，可达256 kB L2 SRAM用于双核数据交换， 内部的Crossbar总线系统, DDR总线独立于系统本地存储器总线,使同时访问存储器和外设成为可能;丰富的外设包括2个UART、1个CAN、2个SPI、3个SPORT、2个TWI (I2C)和1个USB等;同时考虑电力系统安全特性的要求：特别设计了L2 SRAM ECC、双看门狗、系统保护等等，支持IEEE1588v2的双以太网MAC接口。

这样强大的硬件基础，让工程师在进行IDE设备设计时具有更高的灵活度和自由度。

ADI双核处理器BF60X内部结构图

提供评估板方便工程师开发

为了让工程师能够更方便的利用ADI的解决方案进行开发，ADI还推出了相应的评估板。

该开发板具有4个以太网端口(2个MAC个位于处理器上，符合IEEE1588标准;另2个通过FPGA扩展)，同时还有16通道模拟输入(2个AD7606)。

开发评估板演示套件实物

在某些高压的IED(110 kV 及以上)设计中，可能需要较多的以太网端口(GOOSE 和SMV 的专用以太网端口)。出于对这种用户需求的兼容烤炉，本开发板可支持通过FPGA 添加更多以太网端口。在这种应用情况下，处理器和DSP之间的通信接口非常重要，因为该接口的带宽决定了SMV消息的实时性能。ADSP-BF60x 集成4个Linkport同步并行接口，每个Linkport接口速率高达83 MB/s，提供实时接收SMV 数据所需的足够带宽。