MACH 2系統TDM通信接口的研究

摘要：介紹了基于MACH 2系統的TDM總線(xiàn)原理，并以柔性直流輸電工程為背景，論述了TDM通信接口在高壓直流輸電中的具體研究與應用，詳細描述了TDM時(shí)分多路復用通信方式的性能，并介紹了TDM通訊的編碼形式以及校驗方式。TDM通信采用IEEE-754標準編碼，具有嚴格的校驗方式，較高的可靠性和正確性。這種在一個(gè)傳輸介質(zhì)上傳輸多路數字化信號的技術(shù)，在高壓直流輸電控制系統保護中，具有可靠、快速的特點(diǎn)，能夠實(shí)現串行通信連接，單方向傳輸，具有單個(gè)發(fā)送源，一個(gè)或多個(gè)接收源。因此，TDM總線(xiàn)系統廣泛應用于電力系統控制保護領(lǐng)域。
關(guān)鍵字：IEEE-754標；串行通信；TDM通信接口；MACH2系統

0 引言
高壓直流輸電技術(shù)主要用于大容量、長(cháng)距離輸電或跨區域電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)、并網(wǎng)方面，近些年取得了顯著(zhù)的進(jìn)步，它將在我國電網(wǎng)方面起到重要作用?？刂葡到y是高壓直流輸電工程的核心單元，可以充分發(fā)揮直流輸電系統的調節性能和適應各種運行方式的需要。MACH 2是Modular Advanced Control HVDC(High Vohage Direct Current)and SVC(StaIic Var Compensator) 2nd edition的縮寫(xiě)，是一種基于軟件和硬件的開(kāi)發(fā)平臺，主要用于直流控制保護系統。

1 TDM通信原理
1．1 TDM總線(xiàn)系統
TDM(Time Division Multiplexer)就足時(shí)分多路復用。它將一個(gè)時(shí)間間隔劃分為若干個(gè)通道，把不同通道的數據按照預先設定的位置分配時(shí)隙(Slot)到一定速率的通路上，每個(gè)時(shí)隙(Slot)的速率根據時(shí)鐘信號的頻率而定的，每個(gè)通道時(shí)隙(Slot)的頻率，即幀周期為99μs。其中每幀的時(shí)隙數即復用的通道數與時(shí)鐘有關(guān)。在MACH 2系統中，主要采用的是TDM總線(xiàn)通信的方式，其結構如圖1所示。MACH 2系統主要有兩部分組成，一部分是主計算機單元，另一部分是I／O單元。這兩部分之間利用DSP實(shí)現TDM總線(xiàn)。

一般的，PS860板卡(含一塊DSP)用于模擬量信號采集并以TDM方式發(fā)送給PS801板卡，由DSP進(jìn)行數據接收與處理。TDM總線(xiàn)上的傳輸速率最大可達到15 Mb／s。
1．2 TDM幀結構
TDM這種通信協(xié)議，兩個(gè)以上的信號或數據流可以同時(shí)在一條通信線(xiàn)路上傳輸，其表現為同一通信通道。但在物理層面上來(lái)看，信號還是輪流占用物理通道的。時(shí)間域被分成周期循環(huán)的一些小段，每段時(shí)間長(cháng)度是固定的，每個(gè)時(shí)段用來(lái)傳輸一個(gè)通道的信息。一個(gè)TDM幀包括了若干個(gè)通道，當這些通道的信息都傳輸完畢，會(huì )隨著(zhù)幀同步信號開(kāi)始下一幀數據的傳輸，這樣重復傳輸每一幀的數據。

TDM傳輸數據時(shí)，首先將通信時(shí)間分成一定長(cháng)度的幀，每幀的長(cháng)度是固定的(如圖2所示)。每一幀又被分成若干個(gè)時(shí)隙(Slot)，即每一幀由若干個(gè)時(shí)隙(Slot)組成。每幀中的時(shí)隙(Slot)是預先分配好的，且這種關(guān)系是固定不變。不論是否有數據需要傳輸，所有時(shí)隙(Slot)都會(huì )被占用。一般情況，具有N路的輸入系統，每幀至少含有N個(gè)時(shí)隙(Slot)。

從圖3 TDM Frame中可以看出，一個(gè)TDM總線(xiàn)幀需要3組信號分別用于幀同步(Frame sync)、時(shí)鐘(Clock)和數據(Data)。MACH 2控制系統所采用的TDM通信的兩幀之間間隔配置為99μs，每幀數據最大可以配置32個(gè)時(shí)隙(Slot)，其中前31個(gè)是數據時(shí)隙，最后一個(gè)時(shí)隙(Slot)是校驗和。每個(gè)時(shí)隙(Slot)的長(cháng)度是固定的，都是32 b信息。
MACH 2控制系統對模擬量數據傳輸時(shí)，按照IEEE-754標準編碼對數據進(jìn)行編碼。其中，Frame sync是一個(gè)寬為100 ns，周期為99μs的脈沖信號，由于每幀的32個(gè)時(shí)隙(Slot)是已經(jīng)固定好的，這個(gè)脈沖信號也是不變的。隨著(zhù)幀同步信號上升沿的到來(lái)，表示每一幀數據的開(kāi)始，也就是第一個(gè)時(shí)隙，即Slot 1。時(shí)鐘信號Clock是一個(gè)頻率為10．6 MHz的脈沖信號，每次隨著(zhù)其上升沿的到來(lái)，表示傳輸一個(gè)b的數據Data(0或1)。
傳送每幀的數據，都會(huì )占用這32個(gè)時(shí)隙(Slot)的長(cháng)度。其中，前31個(gè)時(shí)隙(Slot)為數據時(shí)隙，可以根據實(shí)際需要靈活配置時(shí)隙的個(gè)數，最大配置為31個(gè)時(shí)隙(Slot)；第32個(gè)時(shí)隙(Slot)是校驗和，根據前面的數據產(chǎn)生的。