DNP3.0在基于DSP的FTU中的實(shí)現

摘　要：饋線(xiàn)終端單元(FTU)是配電自動(dòng)化系統中的重要組成部分,以DSP為核心構成的FTU具有運算速度快和精度高等特點(diǎn),而DNP3.0則是FTU與配網(wǎng)主站通信的主流規約。討論了在DSP平臺上實(shí)現DNP3.0的特殊性,介紹了DSP片內異步串口的使用方法,給出了程序的主要流程圖和數據結構以及涉及串行通信的C語(yǔ)言源碼。
 
關(guān)鍵詞：分布式網(wǎng)絡(luò )規約 數字信號處理器 配電自動(dòng)化 饋線(xiàn)終端單元 異步串行口

DNP(Distributed Network Protocol,分布式網(wǎng)絡(luò )規約)是HARRIS公司推出的一種遠動(dòng)通信規約,是目前電力系統自動(dòng)化產(chǎn)品市場(chǎng)上的一種主流通信規約。它既可作為FTU(Feeder Terminal Unit,饋線(xiàn)終端單元)與配網(wǎng)主站之間的規約,又可作為RTU與調度主站之間的規約。由于目前我國的大部分配電自動(dòng)化(DA)產(chǎn)品都支持DNP3.0,為使產(chǎn)品更具兼容性和標準性,FTU有必要采用DNP3.0作為其與配網(wǎng)主站之間的通信規約。
 
FTU作為配電自動(dòng)化系統(DAS)中重要的組成部分,除擔負最基本的測量與控制任務(wù)外,還要與中心子站或主站進(jìn)行通信。某些FTU還具有微機保護功能,故而其核心部分一般采用高檔次的16位或32位單片機。但在交流采樣的情況下,單片機計算U、I有效值以及P、Q等參數往往力不從心,導致實(shí)時(shí)性較差。雖然可以通過(guò)采用主-從結構來(lái)解決,但這樣無(wú)疑要增加成本。DSP(數字信號處理器)恰恰以數學(xué)計算(如快速傅立葉變換)而見(jiàn)長(cháng),雖然它的控制功能遜于單片機,但由于FTU只負責監控一路柱上開(kāi)關(guān),故而在這種測控量不多的情況下,如果不需要就地保護功能,一片DSP還是完全能夠勝任的。

TMS320F206(以下簡(jiǎn)稱(chēng)F206)是TI公司生產(chǎn)的TMS320C2000系列中的一款主流DSP,它屬于16位定點(diǎn)DSP,可應用于電機控制以及工業(yè)自動(dòng)化和電力行業(yè)中,價(jià)格接近普通16位單片機。FTU以一片TMS320F206為核心,并輔以A/D轉換器等外圍器件,即可完成測控、參數計算和通信等任務(wù)。

由于DNP3.0幀格式中的基本單元是8位整型數(BYTE字節),而F206中的數據總線(xiàn)是16位的,尋址時(shí)是以字(WORD)為單位,而且TI提供的C語(yǔ)言中也沒(méi)有8位整型數,這樣在F206平臺上實(shí)現DNP3.0時(shí)就存在一個(gè)8位/16位轉換的問(wèn)題。另外,大多數DSP利用外接UART(通用異步收發(fā)器)來(lái)實(shí)現串行通信。本文著(zhù)重討論如何在保證程序清晰和高效的前提下利用F206片內異步串口實(shí)現以DNP3.0為通信協(xié)議的串行通信。
 
1 DNP3.0簡(jiǎn)介[4～5]

DNP3.0為純軟件的通信協(xié)議,其結構如圖1所示。它基于IEC 870-5標準,采用了ISO七層模型中的三層:物理層、數據鏈路層和應用層,其結構為增強協(xié)議結構。這種分層結構使得數據傳送的可靠性大大提高,同時(shí)也便于軟件編程的模塊化。物理層一般采用普通的RS232或RS485;鏈路層采用CRC校驗;為了滿(mǎn)足較長(cháng)數據包的傳送,又增加了一個(gè)偽傳輸層。發(fā)送數據時(shí)它可以將較長(cháng)的應用層報文拆分為多個(gè)短幀然后多幀傳送,反之,接收時(shí)將短幀組裝成完整的應用層報文。

2 系統硬件

2.1結構框圖
　　
硬件結構框圖如圖2所示。

2.2F206片內異步串行口介紹[2～3]

F206片內具有一個(gè)8位全雙工ASP(Asynchronous Serial Port,異步串行口),可以完成并行數據與串行數據的相互轉換,并可以產(chǎn)生可屏蔽硬件中斷TXRXINT。有關(guān)的外部引腳共6個(gè):發(fā)送端TX、接收端RX、IO0、IO1、IO2、IO3,一般情況下只使用TX和RX就足夠了(另外還有一根地線(xiàn))。

與編程有關(guān)的片內16位寄存器共4個(gè):異步數據發(fā)送和接收寄存器ADTR、異步串口控制寄存器ASPCR、I/O狀態(tài)寄存器IOSR、波特率除數寄存器BRD,均映射至I/O空間。ADTR為讀/寫(xiě)寄存器,高8位恒為0,向ADTR寫(xiě)數據即可啟動(dòng)串口發(fā)送。ASPCR用來(lái)控制串口的工作方式,BIT8為發(fā)送中斷屏蔽TIM,BIT7為接收中斷屏蔽RIM, BIT6為停止位選擇STB。IOSR反映串口的工作狀態(tài),BIT11為發(fā)送寄存器空指示位THRE,BIT8為接收數據準備就緒位DR。BRD用作波特率發(fā)生器,BRD值＝CLKOUT1頻率/(16