基于RTOS与DSPs的微机保护装置
我们将要开发的系统功能进行分解，构造成几个不同的任务，每个任务负责完成系统应用要求的一部分功能，并根据其重要性，决定它的优先级，它们彼此独立运行。
RTOS的使用，可以提高系统的可靠性。传统的线性程序，在遇到强烈的干扰时，程序任何一处产生死循环或破坏，都会引起死机，只有靠硬件(看门狗)，进行复位、重新启动系统。在这种情况下，对于RTOS管理的系统，只会引起若干个进程中的一个破坏，并可用另外的进程对其进行修复。还可以提高产品的开发效率，缩短开发周期。一个复杂的应用程序，可以分解成若干个任务，每个任务的调试、修改几乎不影响其它模块。
使用RTOS，使得应用程序的设计、扩展变得容易，不需要大的改动，就可以增加新的功能;且能使系统资源能得到更好的管理。但需增加额外的ROM/RAM的开销，增加2～5个百分点的CPU额外负荷，以及开发成本的增加(RTOS的价格)。
当今市场上有许多RTOS商家生产面向8位、16位、32位，甚至64位的CPU的RTOS产品。如：VRTX、QNX、VxWorks、Nucleus PLUS、OS—9、PSOSys-tem、LynxOS、WindowsCE及国内的Hopen等。RTOS除包含实时多任务内核外，还包括输入输出管理、视窗系统、文件系统、网络语言接口库、调试软件，以及交叉编译平台等。RTOS已在各行各业应用，如：航空、军事、电力、通信及工业控制等领域。
3 关于DSPs(DiginalSignalProcessors)数字信号处理芯片
传统上，微控制器MCU和微处理器MPU是微机发展的两大分支，而DSPs是MCU的一种特殊变
形。它是一种具有哈佛结构，精简指令(RISC)的CPU。
DSPs片内有多条地址、数据和控制总线，可进行流水线操作，提高了CPU的处理能力;有硬件乘法器，乘法计算可由一条指令来完成;有专门的指令，进行数据处理;有DMA传输通道。其外部硬件部分和MCU相同，由地址、数据和控制三总线组成。在软件开发上，能更好地支持模块化编程。
市场上有多种DSPs可供我们选择。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，可极大地缩短数据处理的计算时间，不但可以完成数据采集、信号处理功能，还可完成运算、控制等功能。
我们采用美国ATI公司的Nucleus Plus实时操作系统，DSPs选用美国TI公司的TMS320C32，开发了一系列的中低压保护装置。
Nucleus Plus是实时、抢先、多任务的内核。大约95%的Nucleus Plus程序是用ANSIC编写的，容易移值。我们以Nucleus Plus为开发平台，采用C语言和汇编语言混合编程，进行软件开发。
我们针对保护装置的实际情况，把整个系统分成保护、自检、显示、通信等几个任务，并把保护任务设置成最高优先级。各任务间彼此独立运行，任务间的通信通过全局数据或发送消息来实现，任何一个任务出现运行异常，其它任务正常运行。任务程序的结构如下代码所示：
TMS320C32是32位的芯片，可进行浮点数运算。图3是以TMS320C32为核心构成的微机保护装置硬件系统原理图，在这个系统中，TMS320C32完成采样、计算、保护逻辑判断及控制等功能。
在保护装置开发中，通过使用RTOS，可进行并行开发，缩短了开发周期;任务间彼此独立，系统的可靠性得到了提高。DSPs的使用，提高了运算精度和速度。总之，保护装置的整体性能上了一个台阶。
5 结束语
计算机化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化是继电保护技术发展的趋势。RTOS和DSPs应用在继电保护装置中，会使保护性能更加完善、可靠，更有效地担当起确保电网安全的重任。
评论