一種基于CPCI總線(xiàn)的智能故障信息系統子站

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(pán)作為數據后備，硬盤(pán)同樣以板卡形式插接，方便用戶(hù)更換。

子站裝置可根據需要采用不同的操作系統，如Linux、Windows、VxWorks等，本文裝置采用Linux操作系統，精簡(jiǎn)高效，同時(shí)提供串口終端供調試用。此外，為適應各種不同的變電站，本文裝置還專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了可接入CAN總線(xiàn)、LAN總線(xiàn)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(jìn)行了充分的測試，限于篇幅，現將對總線(xiàn)通信能力要求最高的網(wǎng)口板的測試情況說(shuō)明如下。

以太網(wǎng)口是掛載在CPCI總線(xiàn)上的設備。設33 MHz CPCI總線(xiàn)能夠掛載網(wǎng)口數目為N。由于裝置擴展的其他設備如CPCI串口卡、IDE存儲設備等也會(huì )占用總線(xiàn)帶寬，設這部分設備總共占用總線(xiàn)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(xiàn)可承載10個(gè)100 M網(wǎng)口同時(shí)進(jìn)行最大容量數據傳輸。需要注意的是，網(wǎng)絡(luò )數據傳輸速度不僅與總線(xiàn)類(lèi)型相關(guān)，而且與系統板資源及芯片類(lèi)型、網(wǎng)口板芯片類(lèi)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板。

對圖1所示子站，其既要與變電站內的裝置通信，又要與各級調度中心的主站和分站通信。根據實(shí)際工程經(jīng)驗，子站配置6個(gè)網(wǎng)口即可滿(mǎn)足需求，其中2～3個(gè)用于子站與變電站內的裝置通信，2-3個(gè)用于子站與各級分站和主站通信。子站與變電站內裝置相連的網(wǎng)口一般為10 M／100 M自適應，而子站與主站和分站相連的網(wǎng)口數據傳送速率較小，一般為2 M。作為準實(shí)時(shí)系統，子站裝置各個(gè)網(wǎng)口不會(huì )同時(shí)達到最大數據傳輸速率，實(shí)際應用中對子站的網(wǎng)絡(luò )傳輸速率要求并不如測試條件極端。

測試模擬現場(chǎng)設備與子站裝置通信網(wǎng)口之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信，對被測子站裝置的多個(gè)網(wǎng)口測試其滿(mǎn)負荷工作時(shí)的吞吐量和系統開(kāi)銷(xiāo)。測試端在兩臺多網(wǎng)口的den服務(wù)器上運行專(zhuān)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數據包，測試100次。

測試針對幾種典型的子站應用情況，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(mǎn)負荷情況下的網(wǎng)絡(luò )傳輸吞吐量與CPU占用率曲線(xiàn)。

圖4網(wǎng)絡(luò )測試接線(xiàn)圖

表1網(wǎng)絡(luò )平均速度測試結果

圖5網(wǎng)口吞吐量

圖6網(wǎng)口測試中CPU占用率

從測試結果看，子站裝置可以6個(gè)網(wǎng)口同時(shí)進(jìn)行滿(mǎn)負荷數據傳輸。但在8網(wǎng)口試圖同時(shí)滿(mǎn)負荷數據傳輸時(shí)，由于系統資源消耗已達極限，吞吐量曲線(xiàn)一致性變差，網(wǎng)絡(luò )速度下降。綜合起來(lái)，本文裝置完全可以滿(mǎn)足子站對網(wǎng)絡(luò )數據傳輸的需求。

從測試結果還可看出，本文設計的以太網(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速率存取數據時(shí)CPU占有率仍較低，平均每個(gè)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 結論

電力系統智能化的發(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(diǎn)的裝置硬件是未來(lái)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用于故障信息系統子站，也可以全面替換變電站中的工控機。對裝置的實(shí)驗結果驗證了裝置的傳輸速率、處理速度等性能指標。