基于RTOS與DSPs的微機保護裝置
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我們將要開(kāi)發(fā)的系統功能進(jìn)行分解，構造成幾個(gè)不同的任務(wù)，每個(gè)任務(wù)負責完成系統應用要求的一部分功能，并根據其重要性，決定它的優(yōu)先級，它們彼此獨立運行。
RTOS的使用，可以提高系統的可靠性。傳統的線(xiàn)性程序，在遇到強烈的干擾時(shí)，程序任何一處產(chǎn)生死循環(huán)或破壞，都會(huì )引起死機，只有靠硬件(看門(mén)狗)，進(jìn)行復位、重新啟動(dòng)系統。在這種情況下，對于RTOS管理的系統，只會(huì )引起若干個(gè)進(jìn)程中的一個(gè)破壞，并可用另外的進(jìn)程對其進(jìn)行修復。還可以提高產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率，縮短開(kāi)發(fā)周期。一個(gè)復雜的應用程序，可以分解成若干個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)的調試、修改幾乎不影響其它模塊。
使用RTOS，使得應用程序的設計、擴展變得容易，不需要大的改動(dòng)，就可以增加新的功能;且能使系統資源能得到更好的管理。但需增加額外的ROM/RAM的開(kāi)銷(xiāo)，增加2～5個(gè)百分點(diǎn)的CPU額外負荷，以及開(kāi)發(fā)成本的增加(RTOS的價(jià)格)。
當今市場(chǎng)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及國內的Hopen等。RTOS除包含實(shí)時(shí)多任務(wù)內核外，還包括輸入輸出管理、視窗系統、文件系統、網(wǎng)絡(luò )語(yǔ)言接口庫、調試軟件，以及交叉編譯平臺等。RTOS已在各行各業(yè)應用，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)數字信號處理芯片
傳統上，微控制器MCU和微處理器MPU是微機發(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構，精簡(jiǎn)指令(RISC)的CPU。
DSPs片內有多條地址、數據和控制總線(xiàn)，可進(jìn)行流水線(xiàn)操作，提高了CPU的處理能力;有硬件乘法器，乘法計算可由一條指令來(lái)完成;有專(zhuān)門(mén)的指令，進(jìn)行數據處理;有DMA傳輸通道。其外部硬件部分和MCU相同，由地址、數據和控制三總線(xiàn)組成。在軟件開(kāi)發(fā)上，能更好地支持模塊化編程。
市場(chǎng)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，可極大地縮短數據處理的計算時(shí)間，不但可以完成數據采集、信號處理功能，還可完成運算、控制等功能。
我們采用美國ATI公司的Nucleus Plus實(shí)時(shí)操作系統，DSPs選用美國TI公司的TMS320C32，開(kāi)發(fā)了一系列的中低壓保護裝置。
Nucleus Plus是實(shí)時(shí)、搶先、多任務(wù)的內核。大約95%的Nucleus Plus程序是用ANSIC編寫(xiě)的，容易移值。我們以Nucleus Plus為開(kāi)發(fā)平臺，采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。
我們針對保護裝置的實(shí)際情況，把整個(gè)系統分成保護、自檢、顯示、通信等幾個(gè)任務(wù)，并把保護任務(wù)設置成最高優(yōu)先級。各任務(wù)間彼此獨立運行，任務(wù)間的通信通過(guò)全局數據或發(fā)送消息來(lái)實(shí)現，任何一個(gè)任務(wù)出現運行異常，其它任務(wù)正常運行。任務(wù)程序的結構如下代碼所示：
TMS320C32是32位的芯片，可進(jìn)行浮點(diǎn)數運算。圖3是以TMS320C32為核心構成的微機保護裝置硬件系統原理圖，在這個(gè)系統中，TMS320C32完成采樣、計算、保護邏輯判斷及控制等功能。
在保護裝置開(kāi)發(fā)中，通過(guò)使用RTOS，可進(jìn)行并行開(kāi)發(fā)，縮短了開(kāi)發(fā)周期;任務(wù)間彼此獨立，系統的可靠性得到了提高。DSPs的使用，提高了運算精度和速度?？傊?，保護裝置的整體性能上了一個(gè)臺階。
5 結束語(yǔ)
計算機化，保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智能化是繼電保護技術(shù)發(fā)展的趨勢。RTOS和DSPs應用在繼電保護裝置中，會(huì )使保護性能更加完善、可靠，更有效地擔當起確保電網(wǎng)安全的重任。
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