嵌入式系统在微机继电保护中的应用

引言

随着电力系统的日趋复杂，继电保护装置对软、硬件提出了更高的要求。目前，微机保护系统的处理器一般采用高性能单片机、数字信号处理器DSP和可编程逻辑器件PLD等来提高处理器性能。但是，随着继电保护系统向多功能、智能化、可视化及网络化方向的发展，这些芯片已经不能完全满足需求。因此，在设计新的微机保护装置时，有必要选用高性能、低成本的新型处理器。近年来，ARM处理器凭借高性价比、低功耗等特点，在嵌入式领域获得了广泛应用。而此μC/OS-Ⅱ作为一种免费的、性能卓越的嵌入式操作系统，为微机保护软件提供了统一的开发平台。本文结合工程实践，对上述二者在微机继电保护中的应用作些讨论。

1 微处理器与实时嵌入式操作系统的选取

1.1 微处理器

微处理器选择AT91RM9200，它是基于ARM920T内核、ARM/Thumb指令集的完整片上系统，工作在180MHz频率下其运算速度可高达200 MIPS，集成了丰富的应用外设及标准接口。该处理器包括一个高速的片上SRAM工作区和一个低延迟的外部总线接口(EBI)，其内置控制器可用于控制同步DRAM、突发访问模式FLAsH存储器和静态存储器;提供与SmartMedia、Compact Flash和NAND F1ash的接口，集成了USB2.0接口和媒体访问控制器(MAC)，扩展了外部器件应用的种类，使开发出来的产品可以工作在网络层，JTAG—ICE接口、UART通道(DBGU)和内嵌实时跟踪器提供的功能使受实时性限制的应用成为可能，适合作为继电保护装置单片机解决方案的硬件平台。

1.2 嵌入式操作系统

嵌入式操作系统选择此μC/OS-Ⅱ。早期这个系统叫做μC/OS-Ⅱ，是1992年编写的嵌入式多任务实时操作系统，后经过修改，1999才推出了μC/OS-Ⅱ，它符合RTCA DO-178B标准的认证，有足够的稳定性和安全性。μC/OS-Ⅱ是用C语言和汇编语言编写的。其中绝大部分代码都是用C语言编写的，只有极少部分与处理器相关的代码是用汇编语言编写的，只要稍加修改就可以把它移植到各类的嵌入式处理器上，因此可选择作为继电保护装置的软件开发平台。

2 保护装置的硬件系统设计

微机保护装置将待保护系统送来的电流、电压信号，经电流、电压互感器变换后产生低电压信号送入主模板。主模板内的AT91RM9200运行片内的保护软件，进行信号采样，完成各种数值运算、分析及处理，从而确定待保护系统的运行状态。如有故障，则由处理器经模板发出跳闸动作信号，以保护系统。同时通过各种通信方式将保护动作信息送入管理模板和上位机，记录和保存数据并报警。硬件系统采用模块化设计，可分为电流互感器/电压互感器模块、A/D转换单元、开入/开出单元、人机交互单元、存储器单元、对外通信单元及电源模块等，硬件主体结构如图1所示。

图1硬件主体结构图