基于RTOS與DSPs的微機保護裝置

1　引言

　　我國電力系統(tǒng)的微機型保護得到迅速發(fā)展，已在電力系統(tǒng)得到了廣泛應用。從早期的8位機，到現在16/32位機，性能得到了提高，運算能力也大大加強了。

　　微機保護的性能及其可靠性取決于軟、硬件，因此軟件的編寫和硬件的選擇是一項關鍵性的工作。我們在編寫軟件時，通常先畫好流程圖，然后按著流程圖來編程，一般是一個無限循環(huán)，循環(huán)中調用相應的函數(子程序)完成相應的操作(稱為后臺行為或任務級);用中斷來處理隨機事件(稱為前臺行為或中斷級)。程序流程如圖1所示。任務的響應時間取決于后臺循環(huán)執(zhí)行的時間(在不同的狀態(tài)或運行方式下，執(zhí)行時間不同)，程序經過某一點的時間不能確定，程序修改了，循環(huán)時序就受到影響。這種編程方法，使得程序開發(fā)周期長，修改困難，任何一處受到破壞，就會死機。在8位機時代，還不算明顯，隨著16/32位機的使用及系統(tǒng)復雜性的增加，表現的越來越明顯了。這種傳統(tǒng)的前臺/后臺程序開發(fā)機制已不能滿足日益復雜和多樣化的微機保護的應用需求，采用RTOS來開發(fā)微機保護應用程序，現已成為開發(fā)人員的發(fā)展方向。

　　目前運行的微機保護裝置大多數為16位單片機，對于常規(guī)的保護其性能基本能滿足。但16位單片機往往受到運算速度等因素的影響，不易實現更復雜的算法和更高采樣速率。隨著微電子和半導體技術的發(fā)展，DSPs已運用在了眾多領域。由于DSPs的強大數字信號處理能力，越來越受到開發(fā)人員的青睞。

　　2　關于RTOS(Real Time Operating System)實時操作系統(tǒng)

　　實時操作系統(tǒng)是一段在系統(tǒng)啟動后，首先執(zhí)行的背景程序。用戶的應用程序是運行于RTOS之上的各個任務，RTOS根據各個任務的要求，進行資源管理、消息管理、任務調度，異常處理等工作。實時多任務內核是RTOS的關鍵部分，基本功能包括任務管理、定時器管理、存儲管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理等。RTOS與其它OS相比主要特征是規(guī)模小、可裁剪、微內核。

　　在RTOS機制下開發(fā)多任務程序，CPU的運行時間被劃分為許多小的時間片，RTOS按照某種調度算法分別分配給不同的任務，多個任務分別在自己的時間片內訪問CPU，達到微觀上輪流運行，宏觀上并發(fā)運行的多任務效果。程序流程如圖2所示。

　　任務是單線程序列指令形成的一個無限循環(huán)，它有五種狀態(tài)：休眠、就緒、運行、等待和中斷。實時內核是通過任務控制塊(TCB)來管理任務的。程序調用內核服務創(chuàng)建任務，并在任務中分配一個任務控制塊，進行初始化，使任務進入就緒狀態(tài)。實時內核以事件為基礎，根據任務執(zhí)行的狀態(tài)，對任務進行切換，狀態(tài)也隨之變化。在實時任務中，內存中存在多個任務控制模塊，以及各個任務獨立的私有堆棧。

　　任務進行切換，首先要保存CPU寄存器內容到當前任務的任務控制塊中，然后從新任務的任務控制塊裝載堆棧指針，并將新任務的上下文裝載到CPU寄存器中，這樣就從一個任務切換到另一個任務運行。