一种基于CPCI总线的智能故障信息系统子站

3．6存储

配合子站的存储要求，本文装置可扩展固态硬盘作为数据后备，硬盘同样以板卡形式插接，方便用户更换。

子站装置可根据需要采用不同的操作系统，如Linux、Windows、VxWorks等，本文装置采用Linux操作系统，精简高效，同时提供串口终端供调试用。此外，为适应各种不同的变电站，本文装置还专门开发了可接入CAN总线、LAN总线等的扩展板。

4 装置性能测试

为了测试装置性能，针对子站可能遇到的情况进行了充分的测试，限于篇幅，现将对总线通信能力要求最高的网口板的测试情况说明如下。

以太网口是挂载在CPCI总线上的设备。设33 MHz CPCI总线能够挂载网口数目为N。由于装置扩展的其他设备如CPCI串口卡、IDE存储设备等也会占用总线带宽，设这部分设备总共占用总线2 M带宽，则

100M×N=(33 M一2M)×32 (1)

可得N≈10。即理论上33 MHz CPCI总线可承载10个100 M网口同时进行最大容量数据传输。需要注意的是，网络数据传输速度不仅与总线类型相关，而且与系统板资源及芯片类型、网口板芯片类型等都有密切关系。为降低生产成本，本文装置采用中档系统板。

对图1所示子站，其既要与变电站内的装置通信，又要与各级调度中心的主站和分站通信。根据实际工程经验，子站配置6个网口即可满足需求，其中2～3个用于子站与变电站内的装置通信，2-3个用于子站与各级分站和主站通信。子站与变电站内装置相连的网口一般为10 M／100 M自适应，而子站与主站和分站相连的网口数据传送速率较小，一般为2 M。作为准实时系统，子站装置各个网口不会同时达到最大数据传输速率，实际应用中对子站的网络传输速率要求并不如测试条件极端。

测试模拟现场设备与子站装置通信网口之间进行点对点通信，对被测子站装置的多个网口测试其满负荷工作时的吞吐量和系统开销。测试端在两台多网口的den服务器上运行专业软件IxChariot，子站装置运行对端软件endpoint和cpu占用率检测程序top。测试端运行测试脚本，使用TCP协议每次传输交易向所测试网口发送10 MB数据包，测试100次。

测试针对几种典型的子站应用情况，表1和图5、图6给出了在2网口、4网口、6网口、8网口满负荷情况下的网络传输吞吐量与CPU占用率曲线。

图4网络测试接线图

表1网络平均速度测试结果

图5网口吞吐量

图6网口测试中CPU占用率

从测试结果看，子站装置可以6个网口同时进行满负荷数据传输。但在8网口试图同时满负荷数据传输时，由于系统资源消耗已达极限，吞吐量曲线一致性变差，网络速度下降。综合起来，本文装置完全可以满足子站对网络数据传输的需求。

从测试结果还可看出，本文设计的以太网卡使用芯片是采用NAPI方式处理的网络芯片，能够缓解老式以太网芯片(如8139)通信消耗CPU资源的矛盾。图6中对网口的测试表明以100 M速率存取数据时CPU占有率仍较低，平均每个网口仅10％左右，相比老式网络芯片通信CPU占有率最大可达30％，性能提高两倍多。

5 结论

电力系统智能化的发展对装置硬件提出了更高的要求，具备采购方便、配置灵活、升级迅速、工程维护成本低、具备可互换性等特点的装置硬件是未来发展方向。本文提出的基于CPCI的嵌入式硬件平台不仅可应用于故障信息系统子站，也可以全面替换变电站中的工控机。对装置的实验结果验证了装置的传输速率、处理速度等性能指标。