基于RTOS與DSPs的微機保護裝置

　　我們將要開發(fā)的系統(tǒng)功能進行分解，構造成幾個不同的任務，每個任務負責完成系統(tǒng)應用要求的一部分功能，并根據(jù)其重要性，決定它的優(yōu)先級，它們彼此獨立運行。

　　RTOS的使用，可以提高系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的線性程序，在遇到強烈的干擾時，程序任何一處產(chǎn)生死循環(huán)或破壞，都會引起死機，只有靠硬件(看門狗)，進行復位、重新啟動系統(tǒng)。在這種情況下，對于RTOS管理的系統(tǒng)，只會引起若干個進程中的一個破壞，并可用另外的進程對其進行修復。還可以提高產(chǎn)品的開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。一個復雜的應用程序，可以分解成若干個任務，每個任務的調試、修改幾乎不影響其它模塊。

　　使用RTOS，使得應用程序的設計、擴展變得容易，不需要大的改動，就可以增加新的功能;且能使系統(tǒng)資源能得到更好的管理。但需增加額外的ROM/RAM的開銷，增加2～5個百分點的CPU額外負荷，以及開發(fā)成本的增加(RTOS的價格)。

　　當今市場上有許多RTOS商家生產(chǎn)面向8位、16位、32位，甚至64位的CPU的RTOS產(chǎn)品。如：VRTX、QNX、VxWorks、Nucleus PLUS、OS—9、PSOSys-tem、LynxOS、WindowsCE及國內的Hopen等。RTOS除包含實時多任務內核外，還包括輸入輸出管理、視窗系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡語言接口庫、調試軟件，以及交叉編譯平臺等。RTOS已在各行各業(yè)應用，如：航空、軍事、電力、通信及工業(yè)控制等領域。

　　3　關于DSPs(DiginalSignalProcessors)數(shù)字信號處理芯片

　　傳統(tǒng)上，微控制器MCU和微處理器MPU是微機發(fā)展的兩大分支，而DSPs是MCU的一種特殊變

　　形。它是一種具有哈佛結構，精簡指令(RISC)的CPU。

　　DSPs片內有多條地址、數(shù)據(jù)和控制總線，可進行流水線操作，提高了CPU的處理能力;有硬件乘法器，乘法計算可由一條指令來完成;有專門的指令，進行數(shù)據(jù)處理;有DMA傳輸通道。其外部硬件部分和MCU相同，由地址、數(shù)據(jù)和控制三總線組成。在軟件開發(fā)上，能更好地支持模塊化編程。

　　市場上有多種DSPs可供我們選擇。如：TI公司的TMS320系列、ADI公司的ADS系列、MOTOROLA公司的DSP系列等。

　　DSPs的使用，可極大地縮短數(shù)據(jù)處理的計算時間，不但可以完成數(shù)據(jù)采集、信號處理功能，還可完成運算、控制等功能。

　　4　RTOS與DSPs在微機保護裝置中的應用

　　我們采用美國ATI公司的Nucleus Plus實時操作系統(tǒng)，DSPs選用美國TI公司的TMS320C32，開發(fā)了一系列的中低壓保護裝置。

　　Nucleus Plus是實時、搶先、多任務的內核。大約95%的Nucleus Plus程序是用ANSIC編寫的，容易移值。我們以Nucleus Plus為開發(fā)平臺，采用C語言和匯編語言混合編程，進行軟件開發(fā)。

　　我們針對保護裝置的實際情況，把整個系統(tǒng)分成保護、自檢、顯示、通信等幾個任務，并把保護任務設置成最高優(yōu)先級。各任務間彼此獨立運行，任務間的通信通過全局數(shù)據(jù)或發(fā)送消息來實現(xiàn)，任何一個任務出現(xiàn)運行異常，其它任務正常運行。任務程序的結構如下代碼所示：

　　TMS320C32是32位的芯片，可進行浮點數(shù)運算。圖3是以TMS320C32為核心構成的微機保護裝置硬件系統(tǒng)原理圖，在這個系統(tǒng)中，TMS320C32完成采樣、計算、保護邏輯判斷及控制等功能。

　　在保護裝置開發(fā)中，通過使用RTOS，可進行并行開發(fā)，縮短了開發(fā)周期;任務間彼此獨立，系統(tǒng)的可靠性得到了提高。DSPs的使用，提高了運算精度和速度。總之，保護裝置的整體性能上了一個臺階。

　　5　結束語

　　計算機化，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化是繼電保護技術發(fā)展的趨勢。RTOS和DSPs應用在繼電保護裝置中，會使保護性能更加完善、可靠，更有效地擔當起確保電網(wǎng)安全的重任。