基于RTOS與DSPs的微機(jī)保護(hù)裝置

　　我們將要開發(fā)的系統(tǒng)功能進(jìn)行分解，構(gòu)造成幾個不同的任務(wù)，每個任務(wù)負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)應(yīng)用要求的一部分功能，并根據(jù)其重要性，決定它的優(yōu)先級，它們彼此獨(dú)立運(yùn)行。

　　RTOS的使用，可以提高系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的線性程序，在遇到強(qiáng)烈的干擾時，程序任何一處產(chǎn)生死循環(huán)或破壞，都會引起死機(jī)，只有靠硬件(看門狗)，進(jìn)行復(fù)位、重新啟動系統(tǒng)。在這種情況下，對于RTOS管理的系統(tǒng)，只會引起若干個進(jìn)程中的一個破壞，并可用另外的進(jìn)程對其進(jìn)行修復(fù)。還可以提高產(chǎn)品的開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。一個復(fù)雜的應(yīng)用程序，可以分解成若干個任務(wù)，每個任務(wù)的調(diào)試、修改幾乎不影響其它模塊。

　　使用RTOS，使得應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)、擴(kuò)展變得容易，不需要大的改動，就可以增加新的功能;且能使系統(tǒng)資源能得到更好的管理。但需增加額外的ROM/RAM的開銷，增加2～5個百分點(diǎn)的CPU額外負(fù)荷，以及開發(fā)成本的增加(RTOS的價格)。

　　當(dāng)今市場上有許多RTOS商家生產(chǎn)面向8位、16位、32位，甚至64位的CPU的RTOS產(chǎn)品。如：VRTX、QNX、VxWorks、Nucleus PLUS、OS—9、PSOSys-tem、LynxOS、WindowsCE及國內(nèi)的Hopen等。RTOS除包含實(shí)時多任務(wù)內(nèi)核外，還包括輸入輸出管理、視窗系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)語言接口庫、調(diào)試軟件，以及交叉編譯平臺等。RTOS已在各行各業(yè)應(yīng)用，如：航空、軍事、電力、通信及工業(yè)控制等領(lǐng)域。

　　3　關(guān)于DSPs(DiginalSignalProcessors)數(shù)字信號處理芯片

　　傳統(tǒng)上，微控制器MCU和微處理器MPU是微機(jī)發(fā)展的兩大分支，而DSPs是MCU的一種特殊變

　　形。它是一種具有哈佛結(jié)構(gòu)，精簡指令(RISC)的CPU。

　　DSPs片內(nèi)有多條地址、數(shù)據(jù)和控制總線，可進(jìn)行流水線操作，提高了CPU的處理能力;有硬件乘法器，乘法計(jì)算可由一條指令來完成;有專門的指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;有DMA傳輸通道。其外部硬件部分和MCU相同，由地址、數(shù)據(jù)和控制三總線組成。在軟件開發(fā)上，能更好地支持模塊化編程。

　　市場上有多種DSPs可供我們選擇。如：TI公司的TMS320系列、ADI公司的ADS系列、MOTOROLA公司的DSP系列等。

　　DSPs的使用，可極大地縮短數(shù)據(jù)處理的計(jì)算時間，不但可以完成數(shù)據(jù)采集、信號處理功能，還可完成運(yùn)算、控制等功能。

　　4　RTOS與DSPs在微機(jī)保護(hù)裝置中的應(yīng)用

　　我們采用美國ATI公司的Nucleus Plus實(shí)時操作系統(tǒng)，DSPs選用美國TI公司的TMS320C32，開發(fā)了一系列的中低壓保護(hù)裝置。

　　Nucleus Plus是實(shí)時、搶先、多任務(wù)的內(nèi)核。大約95%的Nucleus Plus程序是用ANSIC編寫的，容易移值。我們以Nucleus Plus為開發(fā)平臺，采用C語言和匯編語言混合編程，進(jìn)行軟件開發(fā)。

　　我們針對保護(hù)裝置的實(shí)際情況，把整個系統(tǒng)分成保護(hù)、自檢、顯示、通信等幾個任務(wù)，并把保護(hù)任務(wù)設(shè)置成最高優(yōu)先級。各任務(wù)間彼此獨(dú)立運(yùn)行，任務(wù)間的通信通過全局?jǐn)?shù)據(jù)或發(fā)送消息來實(shí)現(xiàn)，任何一個任務(wù)出現(xiàn)運(yùn)行異常，其它任務(wù)正常運(yùn)行。任務(wù)程序的結(jié)構(gòu)如下代碼所示：

　　TMS320C32是32位的芯片，可進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。圖3是以TMS320C32為核心構(gòu)成的微機(jī)保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)原理圖，在這個系統(tǒng)中，TMS320C32完成采樣、計(jì)算、保護(hù)邏輯判斷及控制等功能。

　　在保護(hù)裝置開發(fā)中，通過使用RTOS，可進(jìn)行并行開發(fā)，縮短了開發(fā)周期;任務(wù)間彼此獨(dú)立，系統(tǒng)的可靠性得到了提高。DSPs的使用，提高了運(yùn)算精度和速度?？傊?，保護(hù)裝置的整體性能上了一個臺階。

　　5　結(jié)束語

　　計(jì)算機(jī)化，保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的趨勢。RTOS和DSPs應(yīng)用在繼電保護(hù)裝置中，會使保護(hù)性能更加完善、可靠，更有效地?fù)?dān)當(dāng)起確保電網(wǎng)安全的重任。