DNP3.0在基于DSP的FTU中的實現(xiàn)

摘　要：饋線終端單元(FTU)是配電自動化系統(tǒng)中的重要組成部分,以DSP為核心構(gòu)成的FTU具有運算速度快和精度高等特點,而DNP3.0則是FTU與配網(wǎng)主站通信的主流規(guī)約。討論了在DSP平臺上實現(xiàn)DNP3.0的特殊性,介紹了DSP片內(nèi)異步串口的使用方法,給出了程序的主要流程圖和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及涉及串行通信的C語言源碼。
 
關(guān)鍵詞：分布式網(wǎng)絡(luò)規(guī)約 數(shù)字信號處理器 配電自動化 饋線終端單元 異步串行口

DNP(Distributed Network Protocol,分布式網(wǎng)絡(luò)規(guī)約)是HARRIS公司推出的一種遠動通信規(guī)約,是目前電力系統(tǒng)自動化產(chǎn)品市場上的一種主流通信規(guī)約。它既可作為FTU(Feeder Terminal Unit,饋線終端單元)與配網(wǎng)主站之間的規(guī)約,又可作為RTU與調(diào)度主站之間的規(guī)約。由于目前我國的大部分配電自動化(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(guī)約。
 
FTU作為配電自動化系統(tǒng)(DAS)中重要的組成部分,除擔(dān)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(shù)往往力不從心,導(dǎo)致實時性較差。雖然可以通過采用主-從結(jié)構(gòu)來解決,但這樣無疑要增加成本。DSP(數(shù)字信號處理器)恰恰以數(shù)學(xué)計算(如快速傅立葉變換)而見長,雖然它的控制功能遜于單片機,但由于FTU只負責(zé)監(jiān)控一路柱上開關(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(以下簡稱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DSP,可應(yīng)用于電機控制以及工業(yè)自動化和電力行業(yè)中,價格接近普通16位單片機。FTU以一片TMS320F206為核心,并輔以A/D轉(zhuǎn)換器等外圍器件,即可完成測控、參數(shù)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(shù)(BYTE字節(jié)),而F206中的數(shù)據(jù)總線是16位的,尋址時是以字(WORD)為單位,而且TI提供的C語言中也沒有8位整型數(shù),這樣在F206平臺上實現(xiàn)DNP3.0時就存在一個8位/16位轉(zhuǎn)換的問題。另外,大多數(shù)DSP利用外接UART(通用異步收發(fā)器)來實現(xiàn)串行通信。本文著重討論如何在保證程序清晰和高效的前提下利用F206片內(nèi)異步串口實現(xiàn)以DNP3.0為通信協(xié)議的串行通信。
 
1 DNP3.0簡介[4～5]

DNP3.0為純軟件的通信協(xié)議,其結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層,其結(jié)構(gòu)為增強協(xié)議結(jié)構(gòu)。這種分層結(jié)構(gòu)使得數(shù)據(jù)傳送的可靠性大大提高,同時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;為了滿足較長數(shù)據(jù)包的傳送,又增加了一個偽傳輸層。發(fā)送數(shù)據(jù)時它可以將較長的應(yīng)用層報文拆分為多個短幀然后多幀傳送,反之,接收時將短幀組裝成完整的應(yīng)用層報文。

2 系統(tǒng)硬件

2.1結(jié)構(gòu)框圖
　　
硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.2F206片內(nèi)異步串行口介紹[2～3]

F206片內(nèi)具有一個8位全雙工ASP(Asynchronous Serial Port,異步串行口),可以完成并行數(shù)據(jù)與串行數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)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: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)。

與編程有關(guān)的片內(nèi)16位寄存器共4個:異步數(shù)據(jù)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(shù)寄存器BRD,均映射至I/O空間。ADTR為讀/寫寄存器,高8位恒為0,向ADTR寫數(shù)據(jù)即可啟動串口發(fā)送。ASPCR用來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(shù)據(jù)準備就緒位DR。BRD用作波特率發(fā)生器,BRD值＝CLKOUT1頻率/(16