一種基于CPCI總線的智能故障信息系統(tǒng)子站

3．6存儲

配合子站的存儲要求，本文裝置可擴展固態(tài)硬盤作為數(shù)據(jù)后備，硬盤同樣以板卡形式插接，方便用戶更換。

子站裝置可根據(jù)需要采用不同的操作系統(tǒng)，如Linux、Windows、VxWorks等，本文裝置采用Linux操作系統(tǒng)，精簡高效，同時提供串口終端供調(diào)試用。此外，為適應(yīng)各種不同的變電站，本文裝置還專門開發(fā)了可接入CAN總線、LAN總線等的擴展板。

4 裝置性能測試

為了測試裝置性能，針對子站可能遇到的情況進行了充分的測試，限于篇幅，現(xiàn)將對總線通信能力要求最高的網(wǎng)口板的測試情況說明如下。

以太網(wǎng)口是掛載在CPCI總線上的設(shè)備。設(shè)33 MHz CPCI總線能夠掛載網(wǎng)口數(shù)目為N。由于裝置擴展的其他設(shè)備如CPCI串口卡、IDE存儲設(shè)備等也會占用總線帶寬，設(shè)這部分設(shè)備總共占用總線2 M帶寬，則

100M×N=(33 M一2M)×32 (1)

可得N≈10。即理論上33 MHz CPCI總線可承載10個100 M網(wǎng)口同時進行最大容量數(shù)據(jù)傳輸。需要注意的是，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度不僅與總線類型相關(guān)，而且與系統(tǒng)板資源及芯片類型、網(wǎng)口板芯片類型等都有密切關(guān)系。為降低生產(chǎn)成本，本文裝置采用中檔系統(tǒng)板。

對圖1所示子站，其既要與變電站內(nèi)的裝置通信，又要與各級調(diào)度中心的主站和分站通信。根據(jù)實際工程經(jīng)驗，子站配置6個網(wǎng)口即可滿足需求，其中2～3個用于子站與變電站內(nèi)的裝置通信，2-3個用于子站與各級分站和主站通信。子站與變電站內(nèi)裝置相連的網(wǎng)口一般為10 M／100 M自適應(yīng)，而子站與主站和分站相連的網(wǎng)口數(shù)據(jù)傳送速率較小，一般為2 M。作為準實時系統(tǒng)，子站裝置各個網(wǎng)口不會同時達到最大數(shù)據(jù)傳輸速率，實際應(yīng)用中對子站的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率要求并不如測試條件極端。

測試模擬現(xiàn)場設(shè)備與子站裝置通信網(wǎng)口之間進行點對點通信，對被測子站裝置的多個網(wǎng)口測試其滿負荷工作時的吞吐量和系統(tǒng)開銷。測試端在兩臺多網(wǎng)口的den服務(wù)器上運行專業(yè)軟件IxChariot，子站裝置運行對端軟件endpoint和cpu占用率檢測程序top。測試端運行測試腳本，使用TCP協(xié)議每次傳輸交易向所測試網(wǎng)口發(fā)送10 MB數(shù)據(jù)包，測試100次。

測試針對幾種典型的子站應(yīng)用情況，表1和圖5、圖6給出了在2網(wǎng)口、4網(wǎng)口、6網(wǎng)口、8網(wǎng)口滿負荷情況下的網(wǎng)絡(luò)傳輸吞吐量與CPU占用率曲線。

圖4網(wǎng)絡(luò)測試接線圖

表1網(wǎng)絡(luò)平均速度測試結(jié)果

圖5網(wǎng)口吞吐量

圖6網(wǎng)口測試中CPU占用率

從測試結(jié)果看，子站裝置可以6個網(wǎng)口同時進行滿負荷數(shù)據(jù)傳輸。但在8網(wǎng)口試圖同時滿負荷數(shù)據(jù)傳輸時，由于系統(tǒng)資源消耗已達極限，吞吐量曲線一致性變差，網(wǎng)絡(luò)速度下降。綜合起來，本文裝置完全可以滿足子站對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?P> 從測試結(jié)果還可看出，本文設(shè)計的以太網(wǎng)卡使用芯片是采用NAPI方式處理的網(wǎng)絡(luò)芯片，能夠緩解老式以太網(wǎng)芯片(如8139)通信消耗CPU資源的矛盾。圖6中對網(wǎng)口的測試表明以100 M速率存取數(shù)據(jù)時CPU占有率仍較低，平均每個網(wǎng)口僅10％左右，相比老式網(wǎng)絡(luò)芯片通信CPU占有率最大可達30％，性能提高兩倍多。

5 結(jié)論

電力系統(tǒng)智能化的發(fā)展對裝置硬件提出了更高的要求，具備采購方便、配置靈活、升級迅速、工程維護成本低、具備可互換性等特點的裝置硬件是未來發(fā)展方向。本文提出的基于CPCI的嵌入式硬件平臺不僅可應(yīng)用于故障信息系統(tǒng)子站，也可以全面替換變電站中的工控機。對裝置的實驗結(jié)果驗證了裝置的傳輸速率、處理速度等性能指標。