基于IP核的智能化电器SOC设计与实现

提出了基于IP核的智能化电器系统芯片设计方法。在综合分析智能化电器内容的基础上 ,自行设计了构成微机保护芯片的数据采集、数据处理、保护算法、数据和任务调度等一系列模块。并将其组合实现了完成线路保护的系统芯片设计。通过在FPGA上的硬件仿真和对实际构成的保护单元的实际测试 ,验证了芯片设计的正确性。在现有设计基础上通过IP复用 ,只需改变保护算法模块和重新设置数据与任务调度模块就能设计用于其他电力设备保护的芯片。该芯片和微处理器结合构成了当今比较理想的智能化电器设计硬件平台。     

智能化电器的设计

智能化电器是在传统开关设备中引入计算机技术、数字处理技术和网络通信技术而形成的新一代开关电器，它具有微机测量、微机保护、网络通信以及在线监测等基本功能。文中介绍了智能化电器功能的实现方法，给出了智能化电器硬件系统的总体结构，简述了单片机系统、模拟量数据采集系统、开关量输入／输出、串行通信、硬件时钟与自复位、人机对话等功能模块的组成原理，并给出了微机测量和微机保护算法。     

基于片上系统的可配置微机保护硬件平台设计与实现

片上系统(SOC)的设计是以模块复用和软硬件协同设计为基础，基于平台的设计则以新产品开发中尽量减少模块的重新设计并尽量少增加新的模块为出发点。文中提出了基于SOC的可配置微机保护硬件平台的设计方法和具体实现，该平台由FPGA和微处理器以及相关接口构成。由于FPGA有可重复编程的特点，不仅芯片中的保护算法、通信模块等可以重新配置，构成SOC骨架结构的模块也可以重新配置。微处理器是F1ash结构，也支持在线修改，因此该平台的应用非常灵活，极大地缩短了新产品的开发周期。文中给出平台应用的3种典型配置方案，其应用领域涉及从基本的电流三段式保护到基于小波变换的变压器暂态保护等方法。     

面向应用的在线定制式就地化保护选配功能设计

介绍了国家电网推出高压电网继电保护装置标准化设计规范的初衷,分析了因标准化设计而衍生的选配功能。介绍了目前广泛采用的基于离线文件管理的选配功能方案设计,提出了该方案在应用于就地化保护时所带来的工程应用和管理方面的新问题。给出了基于远程定值整定模式的在线定制式选配功能实现方案,并结合保护装置的具体设计分别从人机交互模块定制、保护功能模块定制、通信建模定制、数据与量值的定制、在线重构过程中的特殊处理等几个方面对在线定制系统的功能设计进行了详细论述。最后论述了在线定制式选配系统相对于离线式配置文件在测试和管理方面的优势,并给出了该定制系统具体的测试方案。     

嵌入式系统中可重构器件在系统编程的实现

本文介绍了在嵌入式系统中实现JTAG接口的基本原理,并且详细分析了其在重构器件在系统编程中的具体应用,给出了基于片上系统SoC的测控装置远程重构的实现过程.该技术可以广泛用于各个测控领域,又可根据用户的需求远程重构装置的功能,由于通讯机制基于Internet,具有极高灵活性和通用性.     

基于互联网可软硬件重构的测控装置的设计

本文介绍了基于Internet的可分别进行软硬件重构的远程测控装置的特点和设计理念,分析了该测控装置的组织结构和实现软硬件重构的原理,着重阐述了实现远程软硬件重构的关键技术,介绍了一个由片上系统(SOC)和模拟可编程器件构成的测控装置,通过Internet进行远程软硬件重构的实例.     

基于FPGA的智能化电器改进设计

利用片上可编程系统设计方法,设计了基于FPGA的智能化电器.在综合分析智能化电器结构模块的基础上,设计了构成微机保护芯片的一系列IP模块,并充分利用NiosII软核处理器的宏功能模块,组合实现线路保护的系统芯片设计.在Altera公司的FPGA作硬件仿真和测试,验证了芯片设计的正确性.     

智能化电器和智能化开关柜现状与发展

智能化电器和智能化开关柜是在计算机技术、传感器技术、数据处理技术等新技术之上发展起来的新型电器产品。阐述了智能化电器的内涵和特点，介绍了国内外在此领域内的研究成果与发展方向；从网络化的角度出发提出今后以智能化电器构成的现代电力网将由电能传输和控制监测数据传输的两条通道构成，智能化电器将对电网安全、可靠、经济运行产生极大的影响。     

开关类装配CAPP系统研究

论述了一种开关类装配CAPP系统（SHACAPP），该系统是在应用机械桌面系统（MDT）软件基础上开发的，运行在Windows下，以VC 语言为开发工具，含有可视化、智能化、绘画、文字处理和数据库管理合一的性能。整个系统具有两个主要的子系统：装配过程设计和装配模拟。应用该SHACAPP系统平台，可提高开关类设计能力，缩短工艺周期，适应多品种要求，保证产品质量。该SHACAPP系统平台有重要的工程实用价值和很好的市场需求。     

EDA技术在数字保护继电器中的应用

在分析和回顾数字保护继电器硬件发展的基础上 ,指出微处理器自身固有的不足 ,介绍EDA技术的基本内容和优于CPU的特点。文章给出了CPLD FPGA在数字保护继电器中作为通用I O接口、作为协处理器、作为独立的保护CPU以及设计数字保护专用芯片和在系统编程等方面的具体使用方法。这一新技术的出现 ,必将给智能化电器的硬件发展带来新突破 ,片上系统将是数字保护继电器的发展方向     

基于SOPC的远程可重构系统设计方法研究

为解决基于FPGA的嵌入式系统远程重构问题,基于SOPC技术,提出了一种利用单片FPGA的嵌入式系统远程软、硬件资源重构的设计方法。同时,提出了一种软硬件镜像缓存机制,以有效地提高重构效率。实际测试证明,新方法是一种开发高性能、低成本远程可重构嵌入式系统的高效模式。     

基于ARM和FPGA的智能变电站全场景试验装置硬件平台设计

针对现有继电保护实验装置均不能对合并单元输出信号的分配、传输环节进行完整检验的缺陷,设计了一种新型基于高级RISC微处理器(advanced RISC machines,ARM)和现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)协同工作的智能变电站全场景试验装置硬件平台。结合软件仿真平台,该套系统可以实现模拟实际智能变电站内电子式互感器→采集单元→合并单元的数据传输全过程,将实验室进行的试验带到现场,从而方便、快捷、安全地模拟线路中各种故障,为智能变电站二次继电保护试验提供一种新型的试验装置。实验结果表明,硬件平台能正确发送数据并且同步精度达到20μs。     

新一代控制保护系统通用硬件平台设计与应用

为适应IEC 61850和IEEE 1588等新技术在变电站自动化系统中应用的不断发展,必须设计新一代高性能、高可靠性的控制保护系统通用硬件平台。文中总结了控制保护硬件平台发展的过程,分析了目前大多数控制保护装置硬件的内部数据交互方式以及存在的不足,提出了基于分布式多处理器和模块化硬件架构的硬件平台设计,设计了一种分布式总线的通信架构,介绍了CPU模块、DSP模块和I/O模块的功能特点。基于该硬件平台的交直流控制保护系统已成功应用到多个变电站和直流输电工程中。     

Teaching reconfigurable systems: methods, tools, tutorials, and projects

This paper presents an approach that has been used for teaching disciplines on reconfigurable computing and advanced digital systems, which are intended to cover such topics as architectures and capabilities of field-programmable logic devices; languages for the specification, modeling, and synthesis of digital systems; design methods; computer-aided design tools; reconfiguration techniques; and practical applications. To assist the educational process, the following units have been developed and employed in the pedagogical practice: animated tutorials, miniprojects, hardware templates, and course-oriented library of digital circuits. To stimulate the student's activity, an optional project-based evaluation technique has been applied. All the materials that are required for students are available on the university website (WebCT) and can easily be used for studying inside the university, for obtaining additional information during practical classes and for distance learning.     

面向中低压系统保护的嵌入式软硬件平台设计

为了简化面向中低压系统保护装置的开发过程,提高技术水平,提出了一种基于双CPU架构的硬件平台,并在该硬件平台的基础上,基于嵌入式实时多任务操作系统,实现了支持图形化编程的继电保护软件平台。该平台的使用提高了继电保护装置的可靠性、可复用性以及可移植性,并大大缩短了开发周期和降低了开发成本。文中重点介绍了本平台的软硬件架构和设计方案．     

自适应二进制算术编码的动态可重构实现研究

针对H.266/VVC视频编码标准下的上下文自适应二进制算术编码器编码速度慢、资源开销大的问题,面向可重构结构依据算法的内在并行特性优化了编码架构,并基于动态可重构阵列处理器设计实现了CABAC编码器常规编码模式下的并行映射方法,阵列结构能够根据编码输入对优化后的算法进行动态重构,在避免专用硬件编码器较高的资源开销情况下利用软件重构的方法实现熵编码过程,保证编码准确性的同时提高了视频数据流编码效率,为此类运算密集型算法的硬件实现提供了更为灵活高效的参考途径。仿真结果表明,映射实现的编码过程中每个编码周期完成5个二进制序列的编码,平均编码效率达到384.13Mbin/s。基于FPGA的测试结果表明,软件重构方法与专用硬件实现的编码器相比,资源开销降低且编码效率提升5.47%,与同类型可重构视频编码结构相比,编码效率提升7.03%。     

改进型A*算法的可重构机器人路径规划研究

路径规划是保证可重构机器人快速完成任务的关键技术之一。为提高可重构机器人的行驶效率，缩短行驶路径，首先，提出一种基于Bresenham直线算法思想的改进型A*路径规划算法，实现可重构机器人路径点数消减、拐点消除，提高路径平滑度。在此基础上，考虑可重构机器人本身体积以及机器人可重构的特性，建立可重构机器人构型库，讨论了可重构机器人体积与周围障碍物的关系，减少机器人行走过程中与障碍物的碰撞几率。利用MATLAB仿真平台对改进型A*路径规划算法进行仿真实验，验证了算法的有效性，可应用于复杂环境的机器人路径规划；分析了机器人重构后路径规划问题，利用可重构特性可缩短机器人运行路程，体现了可重构机器人的优越性。     

基于动态局部重构的自重构系统设计

基于EAPR(early access partial reconfiguration)动态部分重构(dynamic partial reconfiguration,DPR)方法,研究了在 FPGA上实现自重构嵌入式系统的设计方法。该方法运用 Xilinx的 ISE12.4开发工具,调用已有 IP 核,搭建包含用户定制IP核的自重构嵌入式系统硬件平台,并在Virtex5 FPGA上验证。设计中运用了二维重构技术,划分了3个可重构区域,每个区域包含4个可重构模块。本设计方法可以降低嵌入式系统开发复杂度、提高系统灵活性、降低开发成本、缩短开发周期以及减少系统功耗。     

一种基于嵌入式系统的线路保护新平台

目前线路保护装置的硬件平台种类繁多,文中介绍了当今几种流行的硬件架构。结合数字化变电站标准IEC 61850的应用,提出了一种基于嵌入式实时操作系统的线路保护新平台,重点介绍了保护模件和管理模件的软硬件框架。该平台采用了网络通信技术和光纤通信技术,能很好地满足线路保护发展的要求,且模件的软硬件架构得到了复用,极大地减轻了开发工作量。