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如何為數據集中器選擇合適的處理器?

發(fā)布時間:2020-07-29 責任編輯:lina

【導讀】隨著智能電網的快速發(fā)展,越來越多的住宅終端設備中,諸如智能電表和數據集中器,開始出現了各種智能分析功能。因此,智能電網越來越多的需要依賴各種通信方式來實時的獲取、分析電網狀態(tài),及時發(fā)現問題并報告問題。數據集中器在智能電網中作為終端用戶數據的集中器單元,發(fā)揮著非常重要的作用。
 
隨著智能電網的快速發(fā)展,越來越多的住宅終端設備中,諸如智能電表和數據集中器,開始出現了各種智能分析功能。因此,智能電網越來越多的需要依賴各種通信方式來實時的獲取、分析電網狀態(tài),及時發(fā)現問題并報告問題。數據集中器在智能電網中作為終端用戶數據的集中器單元,發(fā)揮著非常重要的作用。如今,隨著終端設備數量的不斷增加和大量數據交換需求的增長,對于數據集中器而言,在性能和接口方面將面臨新的需求和挑戰(zhàn)。因此, 為數據集中器選擇核心處理器單元時,需考慮其支持各種通信接口,并能夠提供可靠且精確的數據處理的能力。
 
電網通信的多接口支持
 
數據集中器通常需要功能強大的、集成多種外設的Arm®處理器,可與諸如電表、氣表和水表等各類終端設備或電網基礎設施中任何其他類型的監(jiān)控設備進行通信。
 
RS485作為一種廣泛使用的通信標準,廣泛用于數據集中器中,因此,設計選型時需考量多個UART(通用異步收發(fā)傳輸器)端口的支持。除RS485外,以太網作為一種更為高效可靠的通信手段,可以將電網數據實時快速更新到控制中心或云服務器,從而越來越普遍的使用在某些領域中。此外,低功耗藍牙(BLE),得益于其無線連通性以及對終端數量的限制較少帶來的良好擴展性,變得越來越普及。所有這些通信協(xié)議都可能成為當前或下一代設計的關鍵功能,因此,這也會對處理器選型、考量外設以及軟件操作系統(tǒng)時帶來更大的挑戰(zhàn),尤其是當諸如BLE等無線通信帶來堆棧移植等軟件開發(fā)任務時,擁有成熟且支持度較高的軟件操作系統(tǒng)(比如Linux)支持,有助于輕松移植BLE或其他所需的堆棧,就變得尤為重要。
 
圖1所示的Sitara™AM3352處理器擁有著非常豐富的接口資源(6個UART、2個以太網端口、3個SPI),使用主線Linux,且對軟件開發(fā)具有廣泛的社區(qū)支持,可滿足數據集中器的各類接口要求且擁有良好的可擴展性,是集中器平臺的上佳選擇。
 
 如何為數據集中器選擇合適的處理器?
圖1:Sitara Arm® Cortex®-A8 處理器
 
提高電網監(jiān)控效率
 
為了能及時獲取電網狀態(tài)的更新,確保電網實時監(jiān)控的效率,行業(yè)對通信的實時性需求越來越高。現階段,由于終端設備的采樣速度和精度的提升,終端的通信數據量也隨之增加,因此也帶來了更高的數據處理能力需求。此外,我們發(fā)現在國內的一些場景中,智能化電網的發(fā)展迅速,一些智能設備已經具備了如諧波分析等功能,以實現電能質量分析、管理檢測電網狀態(tài),并能夠檢測出未經授權的終端設備連接。這就使得除可靠性外,對處理器的性能提出了新的挑戰(zhàn)。Sitara AM3352設備可通過高達1GHz的高性能Cortex-A8內核來應對這些性能挑戰(zhàn)。與先前在市場上占據主導地位的ARM9設備相比,Arm Cortex-A8設備在相同頻率級別的DMIPS方面的性能幾乎提高了一倍。具有工業(yè)溫度范圍支持的AM3352可作為可靠且擴展性良好的平臺,以相同的硬件設計滿足不同級別的數據處理需求,因為它為同一封裝中提供了300、600、800和1000MHz的不同CPU頻率選擇。
 
用于保護電網設備的安全保護功能
 
與大多數Sitara處理器一樣,AM3352提供的安全功能可確保數據集中器在電網網絡中的通信安全。具體而言,AM3352內置AES、SHA、RNG的硬件加密加速器,為產品的通信安全方案提供了有效的實現方法。除加密功能外,AM3352還支持高級安全啟動,可保護您的軟件和系統(tǒng)安全,免遭黑客入侵。所有這些安全功能都提供了保護電網設備的可靠方法。
 
中國數據集中器2.0標準
 
智能電網應用在中國發(fā)展及其迅速。各種智能終端設備都能有效監(jiān)視電網、實時報告電網狀態(tài)并實現故障檢測功能。由此帶來的海量數據傳輸和處理,都對當前的數據集中器設計帶來更多挑戰(zhàn)。
 
在目前投入使用的數據集中器中,大多數設計都是基于內核性能在300MHz?400MHz左右的ARM9器件。在過去,常使用單通道交流采樣,采樣速度較為有限,且無需復雜的采樣處理。因此,在設計時僅采用諸如RS485的低速通信即可滿足設計需求,較差的設計可擴展性,及較低的存儲容量要求(通常小于128 Mb)等短板也并未凸顯出任何問題。
 
但是,為了滿足智能電網設備升級帶來的性能提升需求,國家電網很快會發(fā)布數據集中器2.0標準。這些升級需考量使用測量水、電、氣和熱的四合一儀表進行數據傳輸的趨勢,同時還需支持電能質量分析和管理功能,這些都需要采樣速度大幅提高。為了實時監(jiān)測,采樣間隔會縮短至1分鐘,從而導致數據量的大幅增加。而以往數據處理器上的DDR和閃存容量將不足以支持如此規(guī)模的數據量,因此需要進行處理器平臺的升級。此外,還需要考慮諸如M_BUS,CAN,WIFI等更有效的通信標準的支持,以符合未來數據集中器2.0標準的高速通信需求。
 
總之,在未來發(fā)布的數據集中器2.0標準中,將會需要更為強大的處理器。ARM的最低頻率為800MHz。一些性能指標也呼之欲出,如:當CPU負載<40%時,它應為系統(tǒng)提供足夠的性能并保證正常運行;內部總線速度也應高于100 Mbps,以確保實時功能;而存儲容量至少需要4 Gb才能存儲大數據流;為了在某??些情況下及時獲得狀態(tài)更新,目標采樣間隔的最小值為1分鐘。
 
AM3352處理器,以其高達1GHz的器件系列可成為您新一代集中器中的核心處理器平臺,輕松滿足數據集中器2.0標準中的高性能要求。除TI官方提供的參考設計之外,您還可以利用TI現有的第三方設計資源來創(chuàng)建基于AM3352的模塊系統(tǒng)(SoM)或整體解決方案。
 
結論
 
德州儀器的Sitara處理器AM3352提供可擴展性較高的可靠平臺,提供了豐富的外設資源,可滿足不同的性能需求、安全功能,作為處理器平臺而言,支持RS485、以太網、BLE等多種通信協(xié)議(包括SPI和CAN),是您數據集中器的良佳選擇。為幫您入門,德州儀器提供了TMDXEVM3358評估模塊(EVM),可輕松進行數據集中器開發(fā)設計。此外,Linux軟件開發(fā)套件(SDK)為評估板提供了相關的全套啟動鏡像,以便客戶可直接在EVM上測試CPU性能和外設接口功能。 
 
如何為數據集中器選擇合適的處理器?
圖2:Sitara TMDXEVM3358評估模塊
 
此外,另一個參考設計是Beaglebone Black 開發(fā)套件。該套件提供46管腳雙排擴展接頭,使客戶能夠靈活測試芯片上的任何功能。
 
其他資源:
 
● 了解有關Sitara AM3352處理器的更多信息
● 開始使用評估模塊開發(fā)數據集中器
● 使用低成本的Beaglebone Black評估模塊進行開發(fā)
 
 
 
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