处理器接口范文（精选8篇）
处理器接口 第1篇
在IPSec VPN设计实现时,需要采用身份认证及数字签名技术来保证信息的不可否认性。RSA是公认的最优秀的公钥密码体制之一,是实现身份认证及数字签名核心技术之一,而RSA的核心算法是一种模指数函数运算,运算过程中需要进行大量的大数模幂乘运算,导致在每次运算都要消耗大量的时间[2]。因此,在进行嵌入式IPSec VPN产品设计、特别是嵌入式VPN服务器设计时,如何提高RSA算法运算速度是提高产品性能的关键技术。嵌入式VPN服务器设计采用RSA协处理器作为RSA运算核心部件及其与主处理器F2812接口的软硬件设计可以提高运算速度,满足服务器要求。
1 RSA协处理器SSX26简介
SSX26是由北京芯光天地集成电路设计有限公司自主设计开发的一款具有完全自主知识产权的专用集成电路,主要功能是实现大数模幂/模乘的加速运算,可作为RSA、DSA、ECC等公钥密码算法的协处理器[3]。其具有如下的特点:内核电压为1.8 V,I/O电压为3.3 V;外部时钟频率范围为5～10 MHz,内核工作频率范围为40～100MHz;硬件支持模长最高为1024 bit的模幂运算,对于模长和幂长均为1 024 bit的模幂运算速度大于1 400次;硬件支持模乘运算。其引脚定义如表1所示,内部寄存器定义如表2所示。
注意:数据/地址复用总线没有高阻态。
2 SSX26与F2812硬件接口设计实现
2.1 接口时序分析
从表1可知,SSX26与外部控制器是采用并行总线连接的方式,如果将SSX26直接接在F2812的外部总线上,则需要对SSX26的数据读写时序与F2812总线的读写时序进行分析比较。图1所示为SSX26的写时序图,图2所示为F2812的写时序图[4]。
从图1中可知,SSX26的写信号RnW、数据选通nDS及数据D[0:15]需要在片选信号nCS之前至少需要一个内部时钟周期的建立时间。虽然F2812外部总线相对于写信号nXWE其前导时间、有效时间及保持时间可以通过软件配置,但从图2可知,其读写信号XR/W#、地址信号XA[0:18]及片选信号nXZCS01几乎同时在nXWE信号之前输出有效,而数据信号XD[0:15]在nXWE信号之后才有效。从上面时序分析可知,F2812总线的时序关系显然不符合SSX26的时序要求,因此SSX26不能直接接在F2812的外部总线上。为解决其时序问题,一种方案是采用FPGA或CPLD进行时序转换,但这会导致硬件设计比较复杂,同时增加软件工作量;另一种方案是采用F2812的I/O口来进行连接,由于F2812具有多达56个通用I/O口,且输出频率可高达20 MHz,因此采用此方案可以有效地解决时序问题[4]。
2.2 接口硬件设计
SSX26与F2812接口连接及SSX26的外围电路示意图如图3所示,图中未给出F2812的外围电路。数据/地址复用双向总线D[15:0]接在F2812的GPB[15:0];芯片的控制引脚及状态引脚接到F2812的GPF[3:0]及GPF[13:8]。外部输入时钟为5 MHz,时钟的电源引脚通过一个磁珠BLM21PG221接到VCC3.3 V,另外接1个0.1μF的陶瓷电容去藕;倍频选择引脚通过电阻接到VCC 3.3 V,设置的倍频关系为20倍频,因此内部工作时钟为100 MHz。芯片PLL+1.8V模拟电源及芯片PLL+3.3V模拟电源分别通过磁珠接到内核电源CORE1.8 V及I/O电源Vcc 3.3 V,另外接一个0.1μF的陶瓷电容去藕,以达到更好的信号质量。
2.3 SSX26的电源系统设计
F2812的供电电压分为内核电压+1.8 V和I/O电压+3.3V,且其上电有时序要求,因此采用的电源管理芯片为TPS767HD301,内有两路输出,一路为+3.3 V,另一路通过外部电阻调节输出+1.8V,其输出的电流都为1A。
SSX26的供电电压也分为内核电压+1.8V和I/O电压+3.3 V,I/O电压+3.3 V可以与F2812共用。由于SSX26在运算时具有较大的内核功耗,在100MHz内核时钟时,1.8 V峰值电流可达1A,而TPS767HD301输出的电流为1A,显然不能满足其要求,因此需要设计单独的内核供电电路,如图4所示。电源管理芯片采用Micrel公司MIC29302BU,输出电流可高达3A,输出电压可以通过外部电阻进行设定,其输出电压计算公式为VOUT=1.240(1+R13/R14)=1.240(1+14.7 kΩ/33kΩ)=1.79 V。
SSX26内部工作时钟高达100MHz,且在运算时其峰值电流高达1A。为防止瞬间的大电流引起电压跌落,放置了2个220μF的电解电容。为了保证电源系统的稳定,放置了较多的去藕电容,在进行PCB设计时,这些去藕电容都在靠近芯片电源引脚放置。
3 软件模块设计实现
软件开发在TI公司集成化DSP开发工具CCS3.3环境下完成,在TI公司提供的程序开发例程spra958g.zip下进行编程工作。软件设计采用分层化、模块化的设计思想,可分为硬件相关层、功能模块层及应用层。硬件相关层包括F2812相关I/O设置、复位、SSX26写地址操作、SSX26写数据操作及SSX26读数据操作;功能模块层包括载入模幂对、启动模幂运算及启动模乘运算。
3.1 F2812相关I/O设置
F2812的I/O口具有多个功能,在本设计中所使用的I/O口都作为通用I/O口来使用,根据信号的要求设置I/O口的方向,GPF0～1、GPF8～11设置为输出,其他设置为输入;GPB口初始状态设置为输入,在需要输出时变更其方向。
3.2 总线操作子程序
由于SSX26数据、控制及状态总线通过通用I/O口与F2812进行连接,因此需要通过软件按照总线控制时序要求来完成总线的操作。总线操作分为写地址操作、写数据操作及读数据操作。下面按照图1的写时序给出参考代码。
3.3 复位
SSX26在进行操作前需要进行可靠的复位,其复位时序如图5所示。复位完成后,同时进行模式配置,SSX26总线宽度可以通过模式寄存器配置成
8 bits或16 bit方式,本设计中配置成16 bit方式。
void SSX26_Reset(void)
3.4功能模块子程序设计
SSX26可以完成模幂运算和模乘运算,如下所示。
R1=AE mod M,R2=A*B mod M
执行一次完整的模幂运算或模乘运算,需要分2个步骤进行操作,载入模幂对和启动模幂运算(或启动模乘运算),每个操作都要按照一定顺序进行,因此需要有3个功能模块与其相对应,分别为载入模幂对、启动模幂运算及启动模乘运算。载入模幂对的处理流程如图6所示。
本文介绍的接口设计方法,经测试,符合实际的要求,能够实现预期的功能,其RSA运算速度可以达到1100次/s,可以满足高速RSA运算的需求。采用该芯片作为RSA协处理器所设计的接口系统,可以广泛应用于嵌入式VPN网关及嵌入式VPN服务器中。
参考文献
[1]于晓,高安全VPN的嵌入式PPPoE接入研究[J].光学精密工程,2008,16(11):2252-2256.
[2]STALLINGS W著.密码编码学与网络安全:原理与实践(第二版)[M].杨明等译.北京:电子工业出版社,2001.
[3]北京芯光天地集成电路设计有限公司.SSX26用户手册v2.2[M],2005.
处理器接口 第2篇
目前，在已投入使用的地铁矿山法隧道中．除地 铁正线隧道断面外，其服务隧道断面的尺寸由使用 功能决定。它们大小各异，如施工横通道的截面尺 寸就受到排风、限界及拱顶土层状况的影响。由于 施工顺序的不同，就会在竖井、正线隧道、横通道和 联络通道之间形成各种不同的接口形式，以及产生 不同的接口结构处理方法。矿山法隧道接口一般分为：由施工竖井破洞，施 工横通道的接口；由横通道破洞，施工正线隧道的接 口及由正线隧道破洞，施工联络通道的接口。三种 接口形式中前两种在地铁施工过程中较为常见，第 三种情况比较少见，经常出现在矿山法暗挖车站内。
1.从施工竖井破洞，施工横通道的接口
矿山法隧道施工时，一般先要做一个竖井，再在竖井内破墙，施工一条垂直于正线隧道的施工横通道。施工竖井一般采用钻孔桩（或人工挖孔桩）加拉锚或内支撑的形式进行基坑支护（少数竖井所处 地层地质情况较好，基坑围护可采用喷锚钢架支护＋浅部软弱土层搅拌桩加固止水帷幕或采用吊脚桩 的围护形式）。对于在岩层中的拉锚，在需要破洞门的范围内不施作预应力锚杆（索），而为方便日后施工横通道时的截桩、破洞，破洞门范围内几根围护桩的桩内钢筋只需在洞门的上方布置，没有钢筋的下部桩体全部填充素？昆凝土。当岩层为泥质粉砂岩时，不适宜采用吊脚桩。
根据广州地铁的作法，施工竖井在完成施工阶段的 任务后，通常需要
施作竖井二衬，作为风井来使用。如果没有通风要求，横通道的净高度无需加高，它和竖井也不用做二衬，隧道施工完毕后进行回填即可。
施工时，竖井基坑向下开挖至洞门内一定深度时（一般至横通道能拼出上半环拱顶钢架的高程），就开始破墙施工横通道的上台阶。如果横通道高度较大，或岩层本身自稳性不强，需要在拼出初支钢架后施工横联或在拱脚部位垫设槽钢及施工锁脚锚杆，避免钢架变形过大。两种方式的选取 主要根据岩层的具体情况，因为在Ⅳ、Ｖ、Ⅵ级围岩中锚杆能起的作用是有限的。在地层较差的地区也有将竖井内部结构全部施工完毕后，再搭建平台施工上台阶的作法。
破洞后，横通道在进口3m范围内的初支钢架间距较密，一般是每0.5m一榀，并在洞口处（围护桩桩径范围内）施作几榀并排钢架。该处钢架内、外侧纵 向联系筋（０２２）的环向间距为0.5m，具体接口处理形式见图３。为保证破洞门后的施工安全，初支钢架的纵向联系筋必须与围护桩的竖向钢筋进行焊接。此时，纵向联系筋一般放在钢筋的内侧），两者的选择主要取决于横通道拱顶处岩层的情况。工字钢钢架先期强度比格栅钢架高，格栅钢架只有在施工的喷射｝昆凝土达到一定强度后其整体强度才能体现出来。但是工字钢钢架在喷射？昆凝土时不易密实，它的加工相对比较麻烦，冷弯时容易造成工字钢强度的降低。因此，当横通道高度较大、且拱顶为Ｖ、Ⅵ级围岩时建议采用工字钢钢架。
横通道施工，待上台阶施工完一段距离并喷射混凝土后再开挖横通道下部围岩。开挖时，应根据现场岩层的实际情况，采取有针对性的方式进行施工。
避免下台阶一次性掘进纵向长度过大，应使初支钢架尽快封闭成环。只有在岩层自稳性较好，且裂隙水较少时才可以适当增加下台阶掘进的纵向长度.2.从横通道破洞，施工正线隧道的接口由横通道施工正线隧道时，会出现下列两种情况：一是横通道的顶标高低于正线隧道的顶标高；二是横通道的顶标高高于正线隧道的顶标高。一般来说，横通道与正线隧道的截面形式是不同的，横通道的截面大多为直墙拱形式，正线隧道的截面基本为马蹄形。当它们相交时只要横通道拱顶标高高于正线隧道拱顶标高一定距离，那么相交所产生的交线就位于同一竖平面内。这类接口在施工时，由于正线隧道范围内的横通道初支在没有全部拼装成环的情况下，要向外拆除钢架，施工正线隧道初支，因此施工风险相对要大。若横通道内的围岩按台阶法分上下两次开挖后才能将钢架完全拼接成环，则在开挖了上半部分围岩后，应立即拼接上半环初支钢架并绑扎上半环正线洞口环框梁的钢筋，待此部分初衬及环框梁施工完毕后，拆除钢架（须拆除的局部钢架可以不喷射混凝土，日后也不施作其下半部分钢架，但对横通道下台阶开挖后暴露出的岩面须作喷｝昆凝土封闭），开挖正线隧道上部围岩并安装上半环钢架。应注意 在该类接口处正线隧道的初支钢架也需要加密布置。待正线隧道上半环围岩开挖了一定纵向长度 后，再开挖横通道内下半部分围岩，此时上半环初支及正线环框梁已经全部施工完毕。因为开挖下部围 岩后，已经喷｝昆凝土完成的上半环环框梁及其上部初支会局部失去下部围岩的支承作用，所以需要根据实际地质情况确定纵向一次性掘进长度，确保横通道初支变形在控制范围以
内（在施工过程中，已完成的上半环环框梁及其上部的初支有一段时间是局部悬空的，此时横通道初支主要靠背后的系统锚杆、岩石的摩擦力及初支壳体的纵向空间受力来保持稳定）。下部岩层掘进一定深度后，立即绑扎正线下半环环框梁的钢筋及拼装横通道下半环初支钢架，使其尽快封闭成环。上、下半环环框梁的受力主钢筋可以用接驳器进行连接。
当横通道的高度小于正线隧道的时候（因为有些施工竖井只在施工时作出土用，此时横通道只须满足施工要求即可，所以截面尺寸较小，日后也不施作二衬），需要在正线隧道附近挑高横通道截面高度（见图４），从而由大隧道施工小隧道。破洞门时按上述第二种情况的方法进行施工，但挑高横通道截面时会直接遇到地质较差的拱顶围岩。此时，施工中需要对初支拱顶的变形进行仔细的观测，若初支变形超过了一定界限，需要加１～２道横撑来稳定变形，在初支全部完工后须及时施工二衬。在实际的工程中，也有因为拱顶岩层强度很高，而不挑高横通道断面直接破洞的做法。这时，接口位置被打断的钢架只能靠洞口密集型加长锚杆的悬吊支承来自 稳。该法适用的情况较少，故不推荐使用。
在有些设计中，正线隧道洞门环框梁的放置位置受力明确，环框梁基本没有偏心受力。但在实际施工过程中该方式较难实施，尤其是在横通道初支使用工字钢钢架时，环框梁的受力主钢筋在钢架内很难布置安放成环，需要对工字钢进行一部分切割，且大多数施工单位在施工该环框梁时采用喷射混凝土的办法，而不是模筑。一般来说，横通道底面比正线隧道底面略高，这主要是因为通道底
板面高程受正线隧道轨面高程的制约，在实施时只需要在横通道初支的拱脚部位进行一定量的超挖，使横通道下部的正线隧道环框梁得以施工。最终需要将横通道中正线隧道范围内高于正线隧道底面的围岩全部挖除，然后再施工两隧道十字交叉处的一块筒形曲面底板（初支及二衬），但是这个过程要等到相邻的横通道二衬及左右两侧正线隧道二衬施工完以后才能实施。
3.从正线隧道破洞，施工联络通道的接口
这种情况比较少见，一般发生在暗挖的地铁车站中，由各人口进站的乘客选择乘坐上、下行的列车 及下车的乘客选择不同的出口，所以必须设置联络通道以满足客流疏散。
在这种类型的接口形式中，由于正线隧道截面为马蹄形，导致与联络通道（一般联络通道为直墙式截面，其尺寸小于正线隧道截面）接口的交线为一条空间三维曲线，按此曲线施工环框梁难度较大。施工中一般是由一条正线隧道破洞后施工联络通道，再由联络通道施工另一条正线隧道，所以这种接口又分两种形式：一种是由正线隧道施工横通道的接口。
在由正线隧道破洞施工联络通道的接口中，采取何种施工方式主要取决于岩层的好坏。如果开挖面岩层自稳能力较强（围岩级别≤Ⅲ级），可以在正线隧道初衬施工完毕后直接破洞施工联络通道。此时，在洞口不施作环框梁仅施作纵、向直过梁，接口处的安全完全靠岩石自稳及初支拱顶加密、加长系统锚杆的作用。在强度不高的残积层、全风化层及强风化层中，特别是裂隙水发育比较严重的地
方，则不宜采用上述方法。为保证正线隧道及联络通道拱顶的安全，较为普遍的一种方式是先浇筑正线隧道二衬，在接口处的二衬上预留 一个施孔洞，将来由此破洞施工联络通道。隧道二衬在此可起到支承接口处松散岩层的作用。采用 该法施工时，需保证正线隧道二衬达到设计强度后才能进行破除初支的工作。
在由联络通道施工正线隧道的接口中，由于正线隧道的截面大于联络通道截面，施工时也是由小截面施工大截面。这种接口有多种设计、施工的方法。
总的施工过程首先要挑高联络通道横截面，施工时做到以大吊小。为了将来方便施工，安装正线隧道的初支钢架，挑高的临时联络通道初支钢架做成门式，并在两支脚处打设锁脚锚杆，确保门架变形在控制范围以内；其次是架设正线隧道的上部初支钢架（此时初支钢架的自重均悬吊在门式初支钢架上），将来，在下部初支钢架拼装完成后，再将门式框架破除。因为在接口处正线隧道的上部初支无法成环受力，所以在开挖正线隧道上半环围岩时临时做一个门式支架，对不能成环的上部初支起到支承作用。待上半环正线隧道初支安装完毕，然后喷射混凝土；对先前安装门式钢架超挖的部分也用混凝土填实。等上半环初支达到强度后，再进行下部围岩的开挖。下部开挖不宜一次性开挖较多围岩，应少量多次的开挖，开挖后立即安装下部初支。需要注意的是，门式框架柱脚下部的围岩需等到门式框架中正线隧道下部的初支钢架拼接完毕后才能凿除，开挖下部围岩时，要保留门式框架基座下的围岩。开挖后上部初支变形较大，还需要增加临时施工措施对初支进行支撑，钢架全部拼接完毕及喷混凝土后立即浇注接口处的二
衬。
4.结语
传感器与微处理器接口技术 第3篇
1 传感器的接口类型
传感器输出的信号种类是各种各样的, 因此, 其输出的信号种类以及信号大小决定了传感器借口的类型。
1.1 模拟信号
当传感器的输出信号是较大的模拟电压信号时, 需要对其限伏后, 在通过、A/D转换电路转换成数字量后送与微处理器进行处理;也可以利用V/F变换电路变换后送与微处理器进行处理, 采用该方法会降低响应速度, 但同时可以提高抗干扰能力, 适用于非快速远距离检测系统。对于传感器输出信号较小时, 要先进行信号的放大处理后, 在采用A/D或者V/F变换电路变换后送与微处理器进行处理。
当当传感器的输出信号是电流信号时, 首先进行I/V转换, 然后再按照电压信号的方式进行处理。
1.2 开关量或者频率信号
对于满足TTL电平要求的开关量, 可以直接送入微机处理;对于不符合要求的开关信号, 要通过放大、整形和变换后才能送入微机处理。
对于满足TTL电平要求的频率信号, 可以直接送入微机处理;对于不符合要求的频率信号, 要通过放大、整形后才能送入微机处理。
无论是开关量信号还是频率信号, 在送入微机前, 最好采用隔离变压器或者光电耦合器与微机隔离, 防止被测信号对检测系统造成干扰。
2 信号采集与处理
2.1 采样技术
采样是将随时间连续变化的模拟信号按照一定时间间隔抽取其瞬时值, 从而将一个连续时间函数信号变成每隔一定时间间隔才有函数值的离散信号样本集。典型的数据采集/采样系统如图2-1所示。
采样是以离散时间间隔为基准对连续信号进行测量。采样器可以看做一个采样开关只在开关闭合的短时间内允许输入信号通过。可以设想开关的作用相当于用1去乘以信号, 输出函数值等于此刻相应的输入函数值, 也就是采样器的输出函数是一系列的窄脉冲, 它的包络与输入信号相同。所以, 采样可以想象为将连续信号变换为窄调幅脉冲列的脉冲调制过程。采样函数具有单位幅度的等时间间隔窄脉冲序列。两个相邻脉冲的时间间隔T称为采样周期, fs=1/T称为采样频率, 采样频率不小于信号频率的2倍。
2.2 量化与编码
输入信号经过采样以后需要将其变换为数字形式。故将连续模拟信号变换为一组离散值的过程称为量化。
假设, 输入模拟电压在0到满刻度VFS之间可任意取值, 而量化器只能取0~15共16个离散数值中的某一值。因而传递函数程梯形, 每个台阶“面”及其相应的数字输出码称为量化层。任意两个电平之间的距离称为量化间隔。以二进制为基础的量化器, 其量化间隔a定义为a=VFS/2n, 式中, VFS为满刻度输入电压;2为二进制基数;n为位数;2n为量化间隔数。
2.3 测量放大器
测量放大器是信号采集与调节系统输入端的第一个电路, 其主要功能是高精度放大、测量信号、抑制共模干扰、提高信噪比和信号质量。它的主要性能指标为:高输入阻抗、低偏流、高共模抑制比、对称差分输入、工作稳定、单相输出。
2.4 模拟多路开关
在进行检测工作时, 会有多个被测模拟量进入到微机检测和控制系统中。当对对多个被测量进行循环检测时, 为了提高A/D转换器和I/O接口的利用率, 通常选用准换开关。
多路模拟转换开关按结构分为机械触点式和电子开关式两大类。对于机械触点式开关优点是, 接通电阻小, 断开电阻大, 驱动部分与开关元件分离;缺点是动作速率低, 触点在接通和断开时容易产生抖动, 使用寿命短。对于电子式开关优点是, 开关速率高, 体积小, 功耗低;缺点是有高通电阻, 驱动部分与元件不能实现完全分离。
常用的电子开关是COMS型集成电路, 有8选1、16选1等, 如:AD7501、CD4066。
2.5 采样保持电路
当检测参数为模拟量时, 为了完成与微机的信息交换, 需要对数据进行模-数转换, 但是, A/D转换芯片进行转换是需要固定的时间。当被测量变化频率高时, 为了使A/D转换器工作在转换周期上而不发生改变, 那就需要采样保持器, 其工作示意图如2-2。
采样保持器主要由缓冲放大器A1、A2, 保持电容CH和开关S组成。采样保持器在工作过程中可以分为采样状态和保持状态两种形式。第一步, 通过控制信号使开关S闭合, 进行数据采样, 被测信号进过放大器A1放大后对CH快速充电, 使CH两端的电压与放大电压相等;第二步, 因为A2放大器的增益为1, 在S闭合期间输出电压跟随输入电压变化;第三步, 当S断开时, 由于A2的输入电阻成高阻态, CH两端的电压开始放电, 保持住输入电压的值。周而复始使输出电压跟随输入电压变化。
2.6 选择ADC和DAC
对于A/D转换器实际上就是把模拟信号进行量化、编码, 转换成n为位二进制数的集成电路。在工作过程中量化和编码是在转换过程中同时完成的, 没有明显的界线。根据A/D转换的特点和原理的不同, 分为直接A/D转换和间接A/D转换。直接A/D转换是将模拟电压直接转换成数字代码, 较常用的有逐次逼近式ADC、计数式ADC、和并行转换ADC等。间接ADC是将模拟电压先变成中间变量, 如脉冲周期T、脉冲频率f、脉冲宽度等, 在将中间变量变成数字代码。较常见的有单积分式、双积分式ADC、V/F转换式ADC等。上述各种ADC, 以计数式ADC最简单, 但转换速度慢。并行转换式ADC速度快, 但成本较高。逐次逼近式ADC转换速度和精度都比较高, 且比较简单, 价格较低, 所以在微机采集系统中最常用。积分式特别是双积分式ADC转换精度高, 抗干扰能力强, 但转换速度慢, 一般应用在要求精度高而速度较低的场合。V/F转换式ADC在转换线性度、精度、抗干扰能力和积分输入特性等方面有独特的优点, 且接口简单, 占用计算机资源少, 缺点是转换速度低。目前在一些输出信号动态范围较大或传输距离较远的低速模拟通道中, 得到了越来越多的应用。
3 通用接口
标准接口总线是控制器与测量仪器之间进行信息互换而建立的连接设备, 从而解决各设备接口不统一的问题。目前广为应用的是RS-232C和HP-IB两种标准接口。
HP-IB标准接口总线具有如下功能: (1) 可以用一条总线互相连接若干台装置, 以组成一个自动测试系统。系统中装置的数目最多不超过15台, 互连总线的长度不超过20m。 (2) 数据传输采用并行比特、串行字节双向异步传输方式, 其最大传输速率不超过1兆字节每秒。 (3) 总线上传输的消息采用负逻辑。低电平 (≤0.8V) 为逻辑“1”, 高电平 (≥2.0V) 为逻辑“0”。 (4) 地址容量。单字节地址:31个讲地址, 31个听地址;双字节地址:961个讲地址, 961个听地址。 (5) 一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。
RS-232C标准接口性能: (1) 当所有的电子设备都具有单独的公共信号地, 通过接口互相连接时, RS-232C标准接口可以用来交换数据、定时信号和控制信号。 (2) 可用于同步或非同步的串行二进制数据通信系统。 (3) RS-232C标准接口允许数据传输速率为0到额定值。通常使用下列标准速率中的一种:192000、9600、4800、2400、1200、600、300、150、110、75、50。 (4) 数据设备可以包含发送和接收信号的转换器及控制装置。
摘要：传感器的接口类型主要由传感器输出信号的类型和大小决定。由于传感器的输出信号具有多样性, 因此, 传感器接口的结构也是多样性的。常见的有模拟信号接口、开关量接口、频率信号接口。另外传感器输出信号以小信号为主, 所以在进入接口电路前要进行信号放大处理, 对于模拟量信号还要进行A/D转换, 才能与微处理器相连, 而微处理器在处理测量信号时会处理不止一种信号, 因此在接口设计时还要进行数据的采集和处理。
关键词：传感器接口,信号放大处理,数据采集,数据处理
参考文献
[1]金发庆.传感器技术与应用[M].机械工业出版社, 2004.
[2]林玉池, 曾周末.现代传感器技术与系统[M].机械工业出版社, 2009.
处理器接口 第4篇
在雷达和声纳信号处理中,高采样率、多通道、宽频带、大动态范围实时信号处理需要多个DSP和多个上位机联合协同工作。基于信号处理平台可靠性、可扩展性要求,本文用VME总线实现多上位机(自导上位机、控制上位机)和多DSP之间的接口设计。由于TI系列DSP主机接口(HPI)具有访问方法简单、访问速度快等特点,本项目用FPGA实现了VME总线与多个DSPHPI之间通信接口。基于VME总线的多个上位机、多DSP系统如图1所示。
2TI系列DSP芯片HPI的接口时序
C6201HPI是一个并行接口,上位机能通过它直接访问DSP的存储空间。HPI结构如图2所示。
上位机通过16位数据通道HD[15:0]设定HPI控制寄存器HPIC,HPI地址寄存器HPIA;当上位机按一定时序与HPI数据寄存器HPID交换数据时,DMA辅助通道访问DSP存储空间。HCNTL[1:0]决定上位机正访问HPIC,HPID,HPIA中的哪一个寄存器以及访问方式。由于数据总线16位总线,三个寄存器时32位寄存器,HHWIL决定访问32位寄存器的低半字或高半字。HHWIL与undefined:0]相结合可以决定访问DSP存储空间的哪一个字节。undefined、undefined、undefined:0]是数据和地址锁存引脚。undefined是访问准备引脚。undefined为中断引脚。undefined是读写控制引脚。
HPI读写时序如图3和图4所示【4】。
3VME总线接口芯片UNIVERSE2结构及VME总线接口时序
VME总线共分四组:数据传送总线、数据传送仲裁总线、中断总线及公用总线。采用两个D型连接器,分别称为P1、P2连接器。VME总线共有126个总线信号,现主要介绍与本项目相关的信号(#表示低有效)。
(1)A[31:0]。
32位地址总线。由总线主控或中断控制器驱动,用于数据传送周期产生短地址(16位)、标准地址(24位)、扩展地址(32位)。地址线有效宽度由地址修改码AM[5:0]确定。
(2)AM[5:0]。
地址修改码,由总线主控驱动,用以说明本次寻址类型及总线宽度。目标可以由地址修改码决定地址译码宽度。
(3)AS#。
地址选通信号,由总线主控驱动。有效时说明地址修改码AM[5:0]及地址线上带有有效数据。
(4)LWORD#。
长字传送控制。与A01及DS[1:0]#一起表示总线传送的宽度。由总线主控驱动。
(5)IACK#、IACKIN#、IACKOUT#。
IACK#为中断型响应,由中断控制器驱动,响应中断请求。IACKIN#、IACKOUT#为中断响应菊花链输入输出。用于表示中断响应正在进行,并且决定由哪个中断发生器送回状态识别字。
(6)D[31:0]。
数据总线。
(7)IRQ#[7:1]。
中断请求线。由中断发生器驱动。IRQl#级别最低,IRQ7#级别最高。
(8)DS[1:0]#。
数据锁存线。由总线主控或中断控制器驱动。在写周期,表示数据线上数据有效;在读周期,通知目标把数据放入数据总线。
(9)DTACK#。
数据传送应答。由目标或中断发生器驱动。在写周期, 目标锁存数据总线上的数据后使该信号有效;在读周期或中断响应周期, 目标或中断发生器把数据放入数据总线后使该信号有效。
(10)WRITE#。
读写信号,由总线主控驱动,低表示写,高表示读。
4VME总线与HPI逻辑接口
4.1一般情况下访问HPI口的方式
根据2所描述的DSPHPI时序,指定三条地址线,结合一定的控制逻辑,就可以访问DSP的所有存储空间,访问方法如下:
4.2VME总线DMA操作特点
VME总线上的DMA操作有两种方式:地址自增方式和地址不变方式。所谓地址自增方式是指上位机执行DMA操作时VME总线上的总线地址是自增的:所谓地址不变方式是指上位机执行DMA操作时VME总线上的总线地址是不变的,这意味着上位机总是从某一不变的地址读取或写入数据。
4.3DMA方式访问HPI接口逻辑设计
为了使上位机能以DMA方式访问HPI的三个32位寄存器,这里建立一个新的地址映射关系。当上位机访问HPI时,一方面VME总线地址自增,另一方面HPI的HCNTL(1:0)两位控制线不变。
根据VME总线信号及HPI接口信号定义,用VHDL语言实现的逻辑连接如下:
如果再考虑DSP复位操作,上位机访问DSP的地址分配如下:
5VME总线访问HPI状态图
根据VME总线读写时序图及HPI读写时序图,可设计访问HPI三个寄存器的状态图如图7所示。
其中:
6工程实践和结论
工程实现上应注意的问题:
(1)对于一个实际的接口设计,时钟信号、复位信号和中断信号也是必不可少的。虽然VME总线是异步总线,状态转换必须要由时钟驱动,这里我选择了20M的时钟作为驱动。
(2) HPI的中断信号和VME的IRQ[7:1]中的一条中断线直接相连,中断的时序和状态转换遵循VME总线中断发生器和中断控制器的时序和状态转换[1],这里省略。
(3) 上位机采用vxWorks操作系统。UNIVERSE2接口组件提供了VME总线操作所需要的驱动函数[6]。如:
sysVmeDmaL2VCopy() //DMA方式向VME总线写数据
sysVmeDmaV2LCopy() //DMA方式从VME总线读数据
(4) 由于UNIVERSE2芯片的结构要求,DMA方式传输数据,源地址和目的地址低3BIT对齐[2]。
(5) 当采用DMA方式传输数据时,VME总线上的地址是自增的,而HPI必须保证HCNTL[1:0]=10B,也就是说VME总线A[23:22]=10B不变。所以一次DMA传输的最大数据量为2^22byte,即4Mbyte。
7结束语
为了使上位机能以DMA方式访问DSP存储空间,本文对VME地址线和HPI三个积存器访问地址线进行了对应。对应后的设计使总线上的任何一个上位机既能以DMA方式访问,又能以普通读写方式访问DSP存储空间。经测试,当采用普通方式访问时,数据传输速度为1.7Mbyte/s;而采用DMA方式访问时,数据传输速度为7.2Mbyte/s。所以,经过地址线对应并以DMA方式访问DSP存储空间,数据传输速度得到了很大提高,满足了实际工程需要。
参考文献
[1]American National Standard for VME64.VMEbus International Trade Association.
[2]UNIVERSE II VME-TO-PCI Bus Bridge Manual.www.tundra.com.
[3]PCI Local Bus Specification.www.pcisig.com.
[4]TMS320C6000Peripherals Reference Guide.www.ti.com.
[5]VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计.西安:西安电子科技大学出版社,1999.
处理器接口 第5篇
关键词：机场,行李处理系统,接口,功能设计
行李处理系统 (BHS) 是机场中非常重要的系统, 它的主要功能是把旅客在值机柜台处托运的行李自动输送到行李处理房的离港转盘处, 然后再由航空公司或地服人员通过拖车将行李运抵飞机。行李处理系统不是单独的孤立系统, 它与机场内很多弱电信息系统具有接口。行李处理系统通过与外部系统的信息交互获得必要的信息, 如航班信息、离港信息等, 然后根据获得的信息并依照既定的规则来进行行李在输送机上路由规划, 最后将行李分拣到目的离港转盘。
1 机场行李处理系统的外部接口系统
行李处理系统与机场内很多弱电信息系统具有信息交互, 以实现其行李输送、分拣功能。在不同的机场中, 由于其旅客量有大有小, 其行李处理系统亦有简单及复杂之别, 从而行李处理系统的外部接口也有多有少。但一般来讲, 不论行李处理系统规模大小, 以下几个外部系统为必要系统:
离港系统;航班信息集成系统;资源分配系统;安全检查系统;消防报警系统。
而以下几个外部系统将会根据不同机场行李处理规模或不同业主需求而确定:
时钟系统;海关系统;CCTV系统;行李再确认系统。
图1为行李处理系统与外部系统接口示意图。图1中表明了行李处理系统的外部系统及相互交互的信息。
下边将介绍机场行李处理系统必要外部系统的接口功能。
2 与离港系统的外部接口功能
离港系统 (DCS) 是主要提供办理登机、航班控制和配载平衡三大功能的系统。行李处理系统从离港系统获得BSM报文, 并反馈BCM报文给离港系统。
通常, 行李处理系统与离港系统接口的低端是基于SITA BagMessage协议。接口的高端是基于IATA操作规程建议1745以及IATA操作规程建议1718b中的部分内容。图2为上海浦东机场行李处理系统与离港系统的接口示意图:
3 与航班信息集成系统的外部接口功能
航班信息集成系统 (FIS) 是机场航班营运系统的核心, 承担了主要的机场航班营运业务的处理工作, 并通过集成信息平台向各子系统发布信息, 同时, 作为核心存储中心存储来自各应用系统的航班营运信息。在有些机场应用中, 资源分配系统不是单独独立系统, 而是纳入了航班信息集成系统中纳。本文介绍的航班信息集成系统即纳入了资源分配系统的功能。行李处理系统一般与航班信息集成系统的接口功能包括如下:
1) 航班信息 (包括计划、动态信息) , 应包括航班号、始发站、目的地、中转站、航班开放时间、预计起飞时间、预计到达时间、登机开始、登机结束信息、实际起飞时间、实际到达时间、行李提取转盘第一件/最后一件行李时间等。
2) 资源计划、动态信息, 应包括值机柜台分配、进港提取转盘分配、离港装运转盘分配信息等。
3) 值机柜台开放、关闭信息。
4) 登机开始、结束信息。
5) 基础数据信息, 包括航空公司、机号、机型、航班性质、机桥位、值机柜台、离港装运转盘、进港提取转盘、延误代码、机场代码等。
图3为上海浦东机场行李处理系统与航班集成信息系统的接口示意图。
4 与安全检查系统的外部接口功能
本文中的安全检查系统是指与行李处理系统有关的托运行李得安全检查系统。该安全检查系统负责检查旅客的托运行李是否安全, 是否有违禁物品, 如爆炸物、易燃物等。无论安全检查系统检查的结果是行李安全或可疑, 安全检查系统均会发送信号告知行李处理系统。行李处理系统根据收到的信号将行李输送到行李处理房或进行扣留。
行李处理系统接收安全检查系统发送的行李安全、可疑信号及X光安检机的状态信息。
行李处理系统通过24VDC信号与安全检查系统进行通讯。通常在采用PLC控制器和交互基本信息的情况下, 双方采用5根控制信号线来进行通讯。图4为上海浦东机场采用双通道X光安检机时, 行李处理系统和安全检查系统的交互信号时序图:
5 与消防报警系统的外部接口功能
消防报警系统 (FAS) 负责在发生火灾时提供火警信号, 通常消防报警系统以干接点方式提供信号。通常行李处理系统的输送机会穿越防火门, 将行李输送到隔离区内。当发生火警时, 消防控制系统会关闭相关防火门, 这时, 行李处理系统应在接收到消防报警系统发送的火警信号后排除相关防火门下的行李并关闭相关区域设备的电源。
6 结语
基于接口的性能测试数据自动化处理 第6篇
关键词：Loadrunner,Analysis,API,数据采集,自动处理
近年来随着现代互联网、电子商务和企业信息化建设的快速发展和广泛应用, 软件应用系统在满足用户复杂功能需求的同时, 系统架构和实现上也变得更加复杂, 系统在运行过程中也可能出现各种问题, 特别是在高用户并发和大数据规模的情况下, 系统的运行性能问题就慢慢暴露出来了, 系统资源占用高、系统运行不稳定甚至出现系统崩溃、业务操作响应慢甚至无法响应, 最终导致系统的用户使用体验越来越差, 用户抱怨强烈, 从而造成直接或间接经济损失。一般情况下, 需要对应用系统开展软件性能测试和调优测试, 通过性能测试验证和掌握应用系统的整体性能状况, 定位应用系统的性能瓶颈, 更进一步地进行应用系统的性能诊断分析和性能调优。性能测试最常采用Loadrunner性能测试和监控工具, 一个完整的性能测试通常会产生大量的结果数据和监控数据, 给后续的结果分析和数据整理带来困难, 该如何解决这个问题, 能不能对性能测试的结果数据进行自动化采集和处理, 本文将基于这样的问题展开探讨。
1 自动化性能测试数据采集和处理
1.1 数据采集和处理的困境
Loadrunner工具在性能测试过程中会产生大量的测试结果和监控数据, 所涉及的指标数据包括并发用户数、事务响应时间、吞吐量、事务交易数、事务点击率、事务执行情况 (执行成功、失败、停止等) 、页面组件大小和执行情况、服务器资源监控情况 (CPU利用率、CPU等待队列、内存利用率、剩余内存、内存页交换率、磁盘使用情况、网络利用率、网络传输速率) 等。如果都通过手工方式进行性能测试数据采集, 会存在几个问题: (1) 在结果数据整理和编制测试结果报告过程中需要人工摘录大量的性能指标结果数据, 数据摘录繁锁。 (2) 因为需要采集和处理的数据量较大, 需花费大量时间, 直接导致处理周期较长, 不好控制进度。 (3) 因数据量较大, 过程繁锁, 需要投入相应人员开展工作, 数据整理人力成本增加。 (4) 在摘录数据过程中较容易出错, 导致数据不准确, 事后难以检查, 评审出数据方面的问题, 难以确保数据准确性。
1.2 自动化数据采集和处理现实需求
如果能通过自动化的方式获取性能测试数据, 直接导出和生成所需要的相关格式化数据, 就会给数据整理和分析工作带来极大的便利。基于这样的考虑, 自动化采集和处理主要包括以下现实需求:能快速并自动化处理采集Loadrunner结果数据;自动生成格式化的测试分析结果报告;能对性能数据进行精细化分析。
1.3 自动化数据采集和处理设想
Loadrunner是一款商用性能测试工具, 通过模拟实际用户的操作行为和监测实时性能数据, 综合分析评估被测系统的综合性能状况以及可支撑的并发用户数和业务吞吐量, 并定位和诊断被测系统可能存在的性能隐患等;该工具支持广泛的通讯协议, 可以为某些特殊的环境提供特殊的性能测试解决方案, 主要包括Virtual User Generator, Controller, Analysis三大功能模块, 其中Virtual User Generator用于录制用户业务流程并创建自动化性能测试脚本, Controller用于组织、驱动、管理并监控负载测试, Analysis用于查看、剖析和比较性能结果。
Loadrunner性能测试结果数据存储在扩展名为.lrr的结果文件中, 并将活动图的显示信息和布局设置存储在扩展名为.lra的文件中。Analysis是Loadrunner测试结果的数据分析实用程序, 可以处理收集的结果信息并生成统计图表和统计结果, 可以查看详细的事务图、用户执行图、错误信息图、Web资源细分图、系统资源监控图等。
Analysis API是Loadrunner分析模块的接口, 可以利用该接口编写程序来执行Analysis用户界面的某些功能, 提取数据以供外部应用程序使用, 此外还允许使用测试结果创建Analysis会话、分析Analysis会话的原始结果并提取关键会话度量以供外部使用。
HP Loadrunner被广泛应用于性能测试, 但从测试结果和测试报告的数据转换是一个繁杂的过程, 设想能通过Analysis API接口按实际需求进行个性化二次开发, 使得能够快速地把测试结果数据自动化生成格式化的测试报告。
1.3.1 Analysis API动态链接库的引用
Analysis API是基于.NET平台的动态链接库, 要通过接口访问测试结果数据, 需要引用Analysis.Api.dll, Analysis.Api SL.dll, Analysis.Api SL.dll等链接库, 可以用VB和C#语言进行访问。
1.3.2 Analysis API接口对象模型
Analysis API核心对象模型为Session类 (见图1) 。
1.3.3 Analysis API接口命名空间
Analysis API包含多个命名空间, 其中最重要的是Analysis.Api, 该命名空间包含了应用程序的主要类:如Lr Analysis, Session, Graph, Run和Log等, 通过该命名空间下的接口就可以访问性能测试结果数据。
1.3.4 Analysis API接口数据访问流程
Analysis API访问和处理流程: (1) 通过Lr Analysis创建一个对象。 (2) 通过Lr Analysis.Options设置会话参数选项。 (3) 通过Lr Analysis.Session和graphs访问监控数据。
1.3.5 Analysis API接口功能分析
通过对Analysis API接口进行分析, 该接口可设置或提供以下的功能: (1) 可以访问Controller运行结果的基础数据文件。 (2) 可以创建、修改和应用全局变量和选项。 (3) 可以统计结果数据中的每一个指标项。 (4) 可以访问运行情况错误信息等。
1.4 自动化数据采集和处理的实现
1.4.1 应用系统性能测试指标梳理
结合Loadrunner测试结果, 收集和整理影响和评价应用系统的性能指标, 从应用系统应用层、中间件层、数据库层、服务器层和网络层等, 逐层分析影响系统性能的关键性能指标, 最终形成一套完整的应用系统性能指标体系。
1.4.2 性能指标量化评价
明确指标体系下每个性能指标的准确描述、意义表征、合理区间指导值域等, 为应用系统性能状况评估提供理论支撑, 并为性能指标数据采集提供依据和参考。
1.4.3 性能指标自动化采集和处理实现
采用.NET技术, 调用Analysis API接口, 应用面向对象的设计开发方法, 结合性能指标体系和性能测试结果, 开发性能指标自动化采集和处理工具, 可以实现性能测试数据的自动化分析、自动化采集、按需进行格式化生成等功能。
1.5 自动化数据采集和处理的应用
1.5.1 测试结果数据分析
测试结果数据分析主要包括并发用户数、事务响应时间、吞吐量、事务交易数、事务点击率、事务执行情况 (执行成功、失败、停止等) 、页面组件大小和执行情况、服务器资源监控情况 (CPU利用率、CPU等待队列、内存利用率、剩余内存、内存页交换率、磁盘使用情况、网络利用率、网络传输速率) 等指标, 结果分析如图2所示。
1.5.2 数据自动化采集和处理
在实现数据分析的基础上, 结合工作中的实际需要, 研发了自动生成结果数据和测试结果报告, 把繁锁工作简单化, 简单工作标准化, 标准工作自动化, 最大程度地提升工作效率。自动化生成测试结果报告如下所示, 其格式可以根据需要进行个性化设计。自动化生成的测试结果报告包括并发用户数、事务响应时间、吞吐量、事务交易数、事务点击率、服务器资源监控情况 (CPU利用率、CPU等待队列、内存利用率、剩余内存、内存页交换率、磁盘使用情况、网络利用率、网络传输速率) 等指标, 如图3所示。
2 结语
本文所论述和研发的性能测试数据自动化处理工具, 可以普遍适用于采用Loadrunner所开展的软件应用系统性能测试的结果自动化采集和处理, 解决了性能测试过程中数据整理工作繁杂、工作周期长、人力成本高、数据的准确性难以保证的问题, 提高了工作效率和工作质量, 具有较好的应用前景。
参考文献
海量数据处理接口中的关键技术分析 第7篇
1 接口设计关键技术
本篇文章所谈及的接口设计, 是根据制造企业在进行信息化基础建设而设计的, 数据资源中明确显示所涉及到的各种生产设备。仓库统计的数据会与企业所记录的数据相符合, 这样在上层决策系统中就会有一个数据处理的痕迹。
首先, 要规定一块特定的智能识别板块, 它的主要工作内容是要识别所有系统中的数据来源及该数据所服务的企业部门;其次, 还要设有专门的标准化模版, 这个设置主要是为了可以把所有系统中的数据进行规范性格式, 有些数据可能在根源上就会出现识别排斥, 由于格式的不同造成海量数据接口难以识别;最后, 还会有一个专门的数据接收模块, 他的工作主要是服务于企业各个系统的数据, 在此之上可以智能的接收并且智能的对这些操作口令加以处理。
2 数据接口必须具有如下特点
2.1 海量处理能力
数据接口会具有以下许多特点, 其中最主要突出的就是数据的海量处理能力, 许多大公司所设置的信息系统都是每天进行更换, 这些数据会在一天结束以后进行更新处理。如果要对系统中的数据互相交流, 就需要提高数据接口的处理能力, 这样数据就可以在短时间内得到合理性、规范性和系统性的处理。
2.2 智能识别性
大多数数据来源于不同企业的不同系统, 每一个企业为了保护自身的安全, 会设置一套独特的信息识别系统。这样虽然给自身企业提高了安全, 但是同时也给数据处理增加了难度, 当不同的企业不同的数据进行规范性统一时, 由于数据格式的不同, 这些数据很难在短时间内相融合。因此, 这就需要海量数据接口要具有很强的智能识别能力, 会在短时间内对这些数据进行融合性处理。
2.3 数据结合性
数据处理中最重要的就是数据接口要具有一定的数据结合性, 在企业的内部和外部都会设有许多的信息化系统, 这些信息格式相异的信息系统保障着整个企业的安全运行, 可见数据结合性这一性能对海量数据接口来说是十分重要的。
2.4 实时性
数据处理不仅需要在短时间内完成, 还需要具有一定的实时性, 如果数据处理缓慢, 就会跟不上信息系统内数据的整体变换。这样就可以在短时间内确定数据的准确性、系统性及完整性, 但是最重要的一点就是信息数据处理的实时性。
3 海量数据处理技术
3.1 实时、定时队列
海量数据处理技术多种多样, 其中最重要的一项就是实时、定时队列技术, 简单来说就是对一些企业特殊需求进行数据队列服务。这些数据会通过统一的数据处理接口, 在进行系统性的智能识别, 将数据在系统中放置到队列当中, 这样可以快速的将任务插入在海量数据之中。插入的任务数据就会在其他的系统中显示出来, 如果是定时队列所排列的海量数据, 这样系统就可以在工作闲余之后进行处理。
3.2 多维数据库技术
多维数据库采用的是统一的端口服务, 这样可以在短时间内高效地整合各企业的共享数据资源, 这种多维的数据库一般较为集中, 所建设的目的也只是为了提高工作的效率。这样可以在短时间内将分散的数据资源集中在一起, 将需要共享的资源集中在数据库进行统一的处理。并且多维的数据程序采用的是继承的概念, 这样可以有效规避海量数据处理时所出现的一些问题。
3.3 列表技术
列表技术简单来说就是利用储存功能, 提高信息数据传递的服务水平, 首先, 我们需要将所有的信息存放于计算机内存条中, 然后通过专门的快速搜索方法, 进行不间断的计算机内部储存扫描。通过列表技术这种方式, 可以系统性的建立一套完整的多线程数据系统, 多线程数据系统最大的优势就是通过片段的时间轮轴运转。这样就可以在短时间内充分的利用计算机的内部储存空间, 提高海量数据资源的共享效率, 并且还可以在一定程度上提高数据处理的总量。
4 结语
本篇文章主要依据制造企业之间信息共享的特点, 简单来说就是数据共享及数据之间的互相传递, 我们可以将所有的数据进行一个统一的处理, 然后再对这些数据专门设定一个接口程序。这样就可以在短时间内将这些动态的数据进行传递, 并且在短时间内实现高效共享数据资源, 为了确保该项技术的顺利实施, 我们可以通过大量的实践加以证明。
参考文献
[1]张文生, 丁辉.基于邻域原理计算海量数据支持向量的研究[J].软件学报, 2001.
[2]任力安, 何清.一种新的海量数据分类方法[J].计算机工程与应用, 2002.
[3]卓桂荣, 袁剑雄.并联机床海量数据文件的处理[J].哈尔滨理工大学学报, 2002.
处理器接口 第8篇
本文所述故障分析和处理方法具有一定的典型性, 可在其它类似故障分析处理中予以借鉴。
1 系统简介
某换流站直流系统解锁运行时, 极控制系统 (以下简称PCP) 通过阀控装置 (以下简称VCP) 向换流阀接口设备 (以下简称VCU) 发送控制脉冲 (CP) , 换流阀接口设备 (以下简称VCU) 将控制脉冲转换为触发脉冲 (FP) , 再通过高压光缆发送至换流阀每个晶闸管级的控制单元 (以下简称TCU) , 触发每个晶闸管, 实现交直流转换, 其结构如图1:
如图1所示, 直流系统解锁后, PCPA、PCPB均向VCU系统发出频率为1MHz的控制脉冲 (CP) , 不同的是, 处“Active”状态的VCU系统收到控制脉冲 (CP) 后, 在PS900内, 将PS906板发回的TCU板回报信号 (IP) 与1.25MHz的高频信号调制后作为回报信号 (FP) 发回PCP, 而处“备用”状态的VCU在接收到PCP发送的控制脉冲 (CP) 后, PS900板将不接收PS906发回的IP信号, 但自产一个周期为20μs的单脉冲, 与1.25MHz的高频信号调制后作为回报信号 (FP) 发回PCP。VCU冗余的触发系统的工作原理图如图2:
2 故障征象及分析
2.1 故障征象
2016年6月3日, 某换流站单元Ⅰ备用极控系统PCPB频繁报出“330k V侧VCU接口故障, 故障编码12290”事件, 并退出备用。主要事件列表如下:
01:49:25:379 PCP B 330k V侧VCU接口故障编码12290
01:49:25:379 PCP B紧急故障出现
01:49:25:380 PCP B退出备用
01:49:25:380 PCP B 330k V侧VCU接口正常
01:49:25:380 PCP B紧急故障消失
01:49:55:383 PCP B备用
2.2 故障分析
经查询极控制系统逻辑, 在系统解锁后, 若备用VCU系统PS900板产生的单脉冲宽度超过80μs时, 系统即报出“330k V侧VCU接口故障, 故障编码*****”事件。
故障编码为一个十进制数, 转换为二进制数后, 低12位表示PCP监视的12个阀组的回报信号的状态, 自低位至高位对应阀组为:Y1-Y6, D1-D6, 其中:“1”表示回报信号故障;“0”表示回报信号正常。自第13位起, 表示阀组触发状态, 其中:“1”表示阀组触发, “0”表示阀组未触发, 对应阀组与低位对应阀组相同。针对故障编码“12290”, 转换为二进制数为:“11 000000000010”, 表示在Y桥1号阀、Y桥2号阀触发时, 发生Y桥2号阀回报信号故障。
全部故障事件有共同特征如下:
a.故障事件均由处于“备用”状态的PCP B报出, 即由VCU B回报信号异常导致;
b.所有故障均由Y桥2号阀回报信号异常导致;
c.故障事件从产生到消失为1ms, 加上事件延时时间5ms, 故障存在总周期总计约为6ms。
根据上述故障征象, 推断与回报信号 (FP) 相关的故障点有如下:
a.PCPB DSP板 (PS801) 、接口板 (PS930) ;
b.VCPB Y桥2号阀所在脉冲转接板 (PS871) 、光电转换板 (PS877) ;
c.VCUS Y桥2号阀所在转接板 (SWIUP) 、光通讯板 (PS877) 、脉冲转接板 (PS871) ;
d.VCUB阀控中央单元板 (PS900A) ;
e.上述板卡间通信电缆或光纤。
2.3 故障排查
2.3.1 控制脉冲 (CP) 异常排查
由控制脉冲 (CP) 异常导致回报信号 (FP) 异常。现场从2个电信号接口即PCPB柜内接口板 (PS930) 、VCU柜内Y桥2号阀所在脉冲转接板 (PS871) 接入CP/FP电接口专用测试线进行录波, 录波显示PCPB能够正确对Y桥2号阀发出控制脉冲 (CP) , 并能够下达至VCUB Y桥2号阀所在脉冲转接板 (PS871) , 排除了控制脉冲 (CP) 下发回路及板卡故障, 如图3:
2.3.2 板卡间通信电缆或光纤故障排查
现场对VCU柜内对调VCPB Y桥2号阀、Y桥5号阀所在光电转换板 (PS877) 回报信号 (FP) 光纤。光纤对调后故障发生转移, 基本上排除了PCP至VCUS之间的故障点, 现场对VCPB光电转换板 (PS877) 与VCUS转接板 (SWIUP) 之间Y桥2号阀回报信号光纤进行了更换, 故障仍存在, 排除了此段光纤故障可能性。
至此, 排除了VCU系统之外的板卡、板卡间通信电缆或光纤故障, 故障点应在VCU柜内。
2.3.3 VCUB阀控中央单元板 (PS900) 故障排查
由于Y桥2号阀回报信号 (FP) 由VCUB阀控中央单元板 (PS900) 自产一个周期为20μs的单脉冲, 与1.25MHz的高频信号调制后发回PCPB, 可能与阀控中央单元板 (PS900) 相关, 现场在其回报信号 (FP) 输出端接入CP/FP电接口专用测试线进行录波, 波形显示VCUB阀控中央单元板 (PS900) 发回的回报信号 (FP) 正常, 如图4:
测试结果排除了VCUB阀控中央单元板 (PS900A) 板卡故障。至此, 除VCUB Y桥2号阀所在光通讯板 (PS877) 外, 所有故障点可能性均已排除, 可确定该光通讯板故障。
3 故障处理
现场对VCUB Y桥2号阀所在光通讯板 (PS877) 进行了更换, 更换后故障消除, 运行至今未再次报出。
4 反措及建议
(1) 对板卡类备件进行清查, 确保备品备件齐全并处于可用状态, 清查重点为:板卡程序是否正确下载;板卡跳线针脚是否完好, 跳线模块是否齐全;
(2) 直流系统停运检修期间对阀控系统备用光纤进行维护和测试, 确保备用光纤处可用状态。
5 结束语
该起故障处理涉及环节多, 分析定位较为困难, 通过对各个环节的测试和排除最终查明了故障原因并进行了进一步测试, 该故障具有一定的典型性, 可在其它类似故障分析处理中予以借鉴。
参考文献
[1]韩伟, 徐玲玲.灵宝换流站控制/直流保护系统与阀的接口设计[J].高电压技术, 2005, 31 (02) .
[2]徐玲玲.直流输电换流站电容器运行情况分析及改进措施[J].高电压技术, 2004, 30 (11) .