電力FTU的單核心解決方案

目前市面上大多電力FTU產品均採用MCU+MPU雙處理器架構， 以利用MCU的即時性和MPU上運行的穩定的網路通訊協定和檔案系統資源。 那麼， 我們是否可以把MCU+MPU的結構用一個MPU來替代呢?答案是完全可以， 這裡大家介紹一種單處理核心的FTU實現方案。

FTU全名是饋線終端設備， 是配電自動化系統中重要的監控設備。 具有遙控、遙信， 故障檢測功能， 並與配電自動化主站通信， 提供配電系統運行情況和各種參數即監測控制所需資訊， 包括開關狀態、電能參數、相間故障、接地故障以及故障時的參數,並執行配電主站下發的命令，

對配電設備進行調節和控制， 實現故障定位、故障隔離和非故障區域快速恢復供電等功能， FTU照片如圖1。

圖 1 FTU

FTU硬體需要符合《DL/T721-2000 配電網自動化系統遠方終端》標準， 軟體需要符合《IEC 60870-5-104:2009》傳輸規約。 從以上2份標準和規約中可以提煉出FTU的3個關鍵實現技術點：

l遙信SOE解析度需要達到1ms以內;

l軟體協定要求資料採用檔案系統存儲方式， 存儲空間需求數量級在50M位元組左右;

l要求最少2路乙太網介面。

以上三點中即有即時性要求， 又有比較豐富的資料處理和通信能力要求， 所以常規情況會採用MCU+MPU的方案， 常規硬體方案框圖如圖2。

圖 2 FTU框圖

下面我們就三個關鍵點逐一討論FTU的MCU+MPU替代為AW280單核心方案的可行性。

一、1ms的SOE解析度

從電力自動化裝置事件順序記錄過程來看，

影響裝置SOE解析度的主要因素有事件處理時間和裝置時間精度。 事件處理時間取決於裝置狀態量處理方式及硬體處理速度;裝置時間精度取決於裝置時鐘晶片的準確度及裝置時鐘處理方式。 裝置最佳狀態量處理方式為中斷回應方式， 以保證狀態量可打斷其它任務以最高優先順序立即執行。

常規MPU運行的linux系統由於任務負載的不確定性， 會導致中斷回應時間的不確定性， 這樣就會造成裝置狀態量處理不及時， 所以常規FTU方案中必須有一顆MCU運行的即時操作系統核心來處理狀態量， 以達到1ms以內的SOE解析度。

AW280核心板搭載的AWorks作業系統為即時操作系統， 其中斷處理方式和MCU中常用的RTOS近似， 這樣就可以保證中斷回應時間不低於常規方案;另外AW280核心板採用的MPU的運行速度為454MHZ，

是常規的MCU主頻的2倍以上， 這就讓AW280的中斷回應會優於常規MCU處理方案， 性能可以滿足之前MCU+MPU才能實現的SOE解析度。

二、檔案系統

IEC 60870-5-104:2009規定裝置需要提供檔服務， 有詳細規定需要提供檔案系統目錄查詢、檔讀寫、檔案傳輸等功能。 常規MCU對於檔案系統操作的支持有限， 所以常規方案中均會採用一顆MPU搭載linux系統來提供檔服務。

lAW280區別于普通MCU， 可以支持NAND型FLASH， 低成本實現大型存放區;

lAW280核心板搭載的AWorks作業系統具有完善穩定的檔案系統;

lAW280的硬體和軟體性能決定了可以滿足之前MCU+MPU才能實現的檔案系統服務;

檔案系統在AWorks系統中的位置如圖3。

圖 3 檔案系統在AWorks系統中的位置

三、乙太網需求

FTU至少需要2路乙太網來完成不同物件之間的通信， 常規方案中MCU一般只具備一個網口， 導致必須要多加一顆MPU來增加網路介面。

AW280搭載的IMX280晶片本身具有2路乙太網， 並且AWorks系統預設支援雙網口。 這在常規MCU上沒有， 在常規的RTOS上也少見雙路乙太網的支援。 所以AW280可以滿足之前MCU+MPU才能實現的多網口功能。

另外， AW280具有SPI可以連接國家電網加密IC， AW280具有5路UART可以滿足周邊設備通信需求。

綜上所述， AW280核心板完全可以勝任FTU的功能需求， 可以取代傳統MCU+MPU方案。

圖4 AW280系列核心板的評估板