任 輝，姚志強(qiáng)，邢文紅，徐 歆，李松濤

（1.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司南京分院，江蘇南京 210003；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

變電站自動(dòng)化是電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制的基礎(chǔ)，匯聚了大量現(xiàn)代信息、通信和控制技術(shù)成果，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站一二次設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能[1]。自動(dòng)化設(shè)備采用了平臺(tái)化和模塊化開發(fā)模式，大量應(yīng)用高性能中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、數(shù)字信號(hào)處理芯片（Digital Signal Processor，DSP）、復(fù)雜可編程邏輯器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）、SOC（System-on-a-Chip）、高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線交換（Peripheral Component Interconnect Express，PCIe Switch）等先進(jìn)技術(shù)[2-9]，這些半導(dǎo)體芯片嚴(yán)重依賴進(jìn)口，每年我國(guó)進(jìn)口需要消耗3 000 多億美元外匯[10]。2018 年至2019 年，中興、華為事件相繼爆發(fā)，暴露出我國(guó)在核心半導(dǎo)體領(lǐng)域的重大短板，給電力自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)和維護(hù)帶來嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)廠商雖然備有一定數(shù)量的芯片，但無(wú)法從根本上解決問題，應(yīng)用自主可控國(guó)產(chǎn)芯片是自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展的必然趨勢(shì)。

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)是智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)變電站與調(diào)度、生產(chǎn)等主站系統(tǒng)之間通信的工控裝置，可以為主站系統(tǒng)提供監(jiān)視控制、信息查詢和遠(yuǎn)程瀏覽等功能，提供數(shù)據(jù)、模型和圖形服務(wù)[11]。網(wǎng)關(guān)機(jī)是一種用作代理的典型工控裝置[12-15]，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，其硬件配置接近于或超過個(gè)人電腦，但采用無(wú)風(fēng)扇、無(wú)旋轉(zhuǎn)部件硬件設(shè)計(jì)，且在電磁兼容和機(jī)械性能方面有嚴(yán)格的要求。

近些年，隨著我國(guó)半導(dǎo)體芯片企業(yè)的發(fā)展，我國(guó)CPU/SOC 取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，然而外圍電路芯片難以全部國(guó)產(chǎn)化。降低對(duì)進(jìn)口元器件依賴程度是循序漸進(jìn)的過程，核心CPU 采用國(guó)產(chǎn)芯片、外圍電路適當(dāng)采用進(jìn)口芯片，是目前較為可行的實(shí)施方案。

該文采用國(guó)產(chǎn)CPU 作為核心芯片，適當(dāng)選用進(jìn)口芯片，設(shè)計(jì)了一款變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)設(shè)備，以降低電力自動(dòng)化設(shè)備對(duì)進(jìn)口芯片的依存度。

1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)簡(jiǎn)介

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)種類較多，變電站站控層的代理設(shè)備均可以認(rèn)為是一種通信網(wǎng)關(guān)，根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用可以分為Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)（遠(yuǎn)動(dòng)）、保信子站、PMU集中器、電能量采集終端、輔助通信網(wǎng)關(guān)機(jī)等，各類業(yè)務(wù)采用的通信協(xié)議不同，對(duì)于接入的數(shù)據(jù)、設(shè)備等方面的要求也有較大差異，如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)類型及上送的數(shù)據(jù)

以Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)（遠(yuǎn)動(dòng)）為例，Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)是變電站內(nèi)最重要的通信網(wǎng)關(guān)機(jī)。智能變電站內(nèi)采用IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)，而變電站與調(diào)控中心之間通信采用IEC 60870-5-104 標(biāo)準(zhǔn)，且站控層網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)不在同一網(wǎng)段，站內(nèi)間隔層設(shè)備不能與調(diào)控中心直接通信，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)作為代理網(wǎng)關(guān)，首先需接收間隔層設(shè)備上送的信息，再把IEC 61850數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為很多個(gè)測(cè)點(diǎn)，挑取重要的測(cè)點(diǎn)或合并信號(hào)以IEC 60870-5-104 規(guī)約上送至調(diào)控中心。在這個(gè)過程中，網(wǎng)關(guān)機(jī)要同時(shí)完成數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、信號(hào)合并和挑取信號(hào)發(fā)送的任務(wù)，這些要求對(duì)采用國(guó)產(chǎn)芯片的網(wǎng)關(guān)機(jī)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。其他網(wǎng)關(guān)機(jī)，如保信子站、輔助通信網(wǎng)關(guān)機(jī)等也有類似的功能要求，因此，網(wǎng)關(guān)機(jī)的硬件設(shè)計(jì)尤為重要。

2 國(guó)產(chǎn)芯片調(diào)研分析

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)應(yīng)用的主要芯片有CPU、PCIe Switch、CPLD、PCIe 轉(zhuǎn)USB、PCIe 轉(zhuǎn)通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter，UART）、PCIe 轉(zhuǎn)串口硬盤（Serial Advanced Technology Attachment，SATA）、晶振等。

1）CPU/SOC 芯片

我國(guó)CPU/SOC 芯片生產(chǎn)廠家相對(duì)較多，取得了一定的技術(shù)突破，多款CPU 器件跨越了從不可用到可用、可用至可以商用的階段，以華為麒麟芯片為代表，如表2 所示，已在辦公電腦、中低端服務(wù)器、物聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)、車載電腦等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，特別是智能手機(jī)領(lǐng)域，麒麟芯片的性能達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

2）CPLD 芯片

CPLD 誕生于20 世紀(jì)70 年代，是一種支持用戶根據(jù)需求自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路，CPLD編程靈活、集成度高、適用范圍寬，容易控制時(shí)延，被廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的通用數(shù)字集成電路，主要生產(chǎn)廠家有Xilinx、Altera 等。

表2 CPU芯片國(guó)內(nèi)主要廠家和性能

我國(guó)CPLD 技術(shù)水平相對(duì)較弱，生產(chǎn)廠家主要有西安智多晶和紫光國(guó)微兩家，如表3 所示。Seagull 1000 系列海鷗1256C/V 最大支持256 個(gè)宏單元，36個(gè)輸入，與Xilinx CoolRunner-ⅡCPLD 芯片的512 個(gè)宏單元，270 個(gè)I/O 有較大的技術(shù)差距。

表3 CPLD芯片國(guó)內(nèi)主要廠家和性能

3）外圍電路芯片

外圍電路芯片種類多，如PCIe Switch、PCIe 轉(zhuǎn)USB、PCIe 轉(zhuǎn)UART、PCIe 轉(zhuǎn)SATA、以太網(wǎng)控制器芯片等都可以認(rèn)為是外圍電路芯片。

由于技術(shù)、市場(chǎng)份額占有率、行業(yè)生態(tài)等各方面原因，國(guó)內(nèi)（不包括中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)）廠商在PCIe Switch、PCIe-USB、PCIe-SATA 等領(lǐng)域少有產(chǎn)品投放市場(chǎng)，現(xiàn)階段外圍電路部分需要采用進(jìn)口芯片。

如表4 所示，這些芯片國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家有南京沁恒、廣東網(wǎng)訊、西安紫光等，而PCIe Switch、PCIe-USB、PCIe-SATA 等芯片暫無(wú)廠商發(fā)布，制約了國(guó)產(chǎn)核心芯片的應(yīng)用。因此，為規(guī)避這一缺陷，電力自動(dòng)化設(shè)備廠家國(guó)產(chǎn)設(shè)備多采用SOC 芯片方案。

表4 外圍電路芯片國(guó)內(nèi)主要廠家和性能

國(guó)內(nèi)芯片廠家采用套片等形式將PCIe Switch、PCIe-USB、PCIe-UART、PCIe-SATA、GPU 等芯片集成，以彌補(bǔ)在這些領(lǐng)域的技術(shù)短板。

內(nèi)存芯片領(lǐng)域，西安紫光已量產(chǎn)4 GB 同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM），應(yīng)用在電視、機(jī)頂盒、平板等設(shè)備中。固體硬盤（Solid State Disk，SSD）方面，?？低曂瞥隽舜鎯?chǔ)容量范圍為256～2 048 GB 的E200 PRO SSD，其中NAND 顆粒采用紫光原廠三維三層單元，用作移動(dòng)硬盤、微機(jī)存儲(chǔ)單元等。兩者均具有較好的應(yīng)用基礎(chǔ)。

綜上所述，國(guó)產(chǎn)芯片在某些外圍電路領(lǐng)域與進(jìn)口芯片相比有明顯的技術(shù)差距，個(gè)別芯片甚至存在無(wú)芯片可選的局面，影響了核心國(guó)產(chǎn)芯片與國(guó)產(chǎn)外圍芯片的配合使用。因此，需要以核心芯片自主可控的目標(biāo)為主，適當(dāng)應(yīng)用外圍電路芯片，研制基于自主可控核心芯片的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)。

3 國(guó)產(chǎn)芯片數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)框架設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的設(shè)計(jì)主要采用兩種技術(shù)路線：一種是基于芯片組合的多板卡擴(kuò)展部署方式，CPU 芯片、FPGA、物理層端口等芯片組合形成一塊數(shù)據(jù)處理板，多塊處理板之間通過各類總線互聯(lián)互通，可按照業(yè)務(wù)需求靈活擴(kuò)展板卡，具備高度的靈活性。核心芯片替代設(shè)計(jì)需考慮各類板卡上芯片的組合配置方案。另一種是基于載板的芯片集成部署方式，國(guó)產(chǎn)處理器一般和載板芯片組配套供應(yīng)，載板芯片組通過SATA、PCIe 等標(biāo)準(zhǔn)接口能與其他關(guān)鍵芯片設(shè)備共同搭建實(shí)現(xiàn)通用工業(yè)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)。在該架構(gòu)模式下，隨著國(guó)產(chǎn)核心芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，該架構(gòu)中使用核心芯片產(chǎn)品能夠快捷的更新替換。該文采用第二種技術(shù)路線。

3.1 集成國(guó)產(chǎn)芯片板卡設(shè)計(jì)

基于國(guó)產(chǎn)芯片的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)各功能元器件集成在主板上，主要由核心芯片、通信接口模塊、串口模塊、存儲(chǔ)模塊、USB 模塊和VGA 接口模塊組成。其框架圖如圖1所示。除串口模塊通過CPLD時(shí)序I/O控制芯片與核心芯片連接外，其余各外圍電路模塊通過PCIe Switch 與核心CPU 芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

圖1 基于國(guó)產(chǎn)芯片集成板卡框架

核心模塊采用天津飛騰FT-2000A/4 處理器，F(xiàn)T-2000A/4 是一款遵循ARM V8 架構(gòu)的處理器，集成了4 個(gè)處理器核FTC663，采用16 nm 工藝，主頻為2.0～2.3 GHz，相對(duì)于上一代產(chǎn)品，F(xiàn)T-1500A的性能有較大提升。FT-2000A/4 提供2 路16 lane PCIe 3.0 接口，每路可拆分為×8 接口，2 路1 lane PCIe 3.0 接口。

PCIe Switch 芯片采用美國(guó)PLX 公司PEX8724 芯片，支持2 個(gè)上行端口，7 個(gè)下行端口，能夠支撐FT-2000A/4 其他模塊的交互。PCIe Switch 使得設(shè)計(jì)者可根據(jù)需求自主擴(kuò)展通道數(shù)量，同時(shí)PCIe Switch 還具有分區(qū)的功能，將有限的PCIe 通道資源分配給各接口模塊。

CPLD 時(shí)序I/O 控制芯片采用西安智多晶Seagull 1000 系列1256C/V 芯片，具 有4 個(gè)專用總 體時(shí)鐘輸入接口和4 個(gè)總體輸出使能控制，某些輸出使能控制每個(gè)I/O 引腳，實(shí)現(xiàn)串口模塊通信功能，同時(shí)與時(shí)鐘芯片配合為系統(tǒng)提供數(shù)字時(shí)鐘功能。

時(shí)鐘芯片采用晶宇興XO14N 型晶體振蕩器，在0～50 ℃范圍內(nèi)頻率溫度穩(wěn)定度為±5×10-6，提供32.768 kHz 晶振，為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘服務(wù)。

內(nèi)存采用紫光HXB(I)15H4G160AF-19F 存儲(chǔ)芯片，每塊大小為4 GB，內(nèi)存插槽為2 塊小型雙列內(nèi)存模組（Small Outline Dual In-line Memory Module，SODIMM），內(nèi)存芯片通過SODIMM 與核心芯片連接。

主板還提供緊湊型PCI 自定義插座，支持多路串口擴(kuò)展。

3.2 通信接口模塊設(shè)計(jì)

通信接口模塊經(jīng)PCIe Switch 與CPU 相連。網(wǎng)絡(luò)芯片采用網(wǎng)訊閃訊WX1860AL4 千兆以太網(wǎng)控制器芯片，通信接口模塊設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 通信接口模塊設(shè)計(jì)

閃訊WX1860AL4 芯片每片只支持4 個(gè)端口1 GB/s 網(wǎng)絡(luò)接口，而數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)按照“四統(tǒng)一、四規(guī)范”標(biāo)準(zhǔn)要求，至少具備6 個(gè)網(wǎng)口，因此通信接口模塊需配置2 塊以太網(wǎng)控制器芯片，每塊芯片支持四端口和雙端口千兆以太網(wǎng)，能夠直接與外部端口物理層的吉比特介質(zhì)獨(dú)立接口（Reduced Gigabit Media Independent Interface，RGMII）接口相連，同時(shí)支持1000Base-T 雙絞線介質(zhì)傳輸。

3.3 存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)文件、應(yīng)用程序和網(wǎng)關(guān)采集到的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用SATA 接口，存儲(chǔ)介質(zhì)選用SSD，SSD 由控制單元和存儲(chǔ)單元構(gòu)成，其中控制單元為FLASH 芯片，存儲(chǔ)單元為DRAM 芯片，存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)如圖3 所示。FLASH 存儲(chǔ)了嵌入式系統(tǒng)最主要的數(shù)據(jù)和程序，在掉電情況下能夠長(zhǎng)久保持信息而非易失。

圖3 存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)

PCIe-SATA 芯片采用我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)祥碩科技ASM1061芯片，提供兩路SATA 接口，每路SATA 接口接一塊NAND型?？低暪腆w存儲(chǔ)器E200 PRO SSD，每塊E200 PRO SSD容量為512GB，以滿足對(duì)寬頻測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求。E200 PRO SSD讀取速度為560 MB/s，寫入速度為500 MB/s，具備電容異常掉電保護(hù)。

3.4 USB模塊設(shè)計(jì)

USB 模塊是將PCIe 接口轉(zhuǎn)換為USB 3.0 接口，以支持?jǐn)?shù)據(jù)與移動(dòng)存儲(chǔ)器進(jìn)行交互，其設(shè)計(jì)如圖4 所示。PCIe USB芯片采用我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)威鋒電子VL805芯片，將PCIe 轉(zhuǎn)換為USB 3.0，共提供4 個(gè)USB 3.0接口。PCIe 3.0 lane 1 接口最大吞吐量是984.6 MB/s，若只引出1個(gè)通道PCIe 3.0，每個(gè)USB 3.0接口的讀寫速度最大為246.15 MB/s。雖然距USB 3.0 理論數(shù)據(jù)速率（625 MB/s）還有很大距離，但超出了實(shí)際傳輸速度（150 MB/s），因此只需引出1 個(gè)PCIe 3.0 通道。

圖4 USB模塊設(shè)計(jì)

3.5 VGA模塊設(shè)計(jì)

視頻圖形陣列（Video Graphics Array，VGA）接口是一種采用模擬信號(hào)的電腦顯示標(biāo)準(zhǔn)，其模塊設(shè)計(jì)如圖5 所示。大部分計(jì)算機(jī)均支持VGA 接口，網(wǎng)關(guān)機(jī)在調(diào)試時(shí)需要外接顯示器，提供屏幕顯示服務(wù)。VGA 輸出畫面需要圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）的支持，我國(guó)GPU芯片技術(shù)與世界先進(jìn)水平有很大差距。相對(duì)于游戲等領(lǐng)域，網(wǎng)關(guān)機(jī)對(duì)畫面色彩、紋理、三維、光照處理等渲染要求不高，二維顯卡可滿足要求。二維顯卡芯片采用凌久GP101，支持高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）、VGA 等通用顯示接口，支持二維、三維圖形加速和OpenGL ES2.0、視頻解碼和硬件圖層處理等功能。

圖5 VGA模塊設(shè)計(jì)

3.6 串口模塊設(shè)計(jì)

串口全稱串行通信接口，是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口，數(shù)據(jù)一幀幀串行傳輸，自動(dòng)化設(shè)備調(diào)試信號(hào)、對(duì)時(shí)電信號(hào)、硬接點(diǎn)開入等信號(hào)普遍通過串口接入，但計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用并行數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行異步傳輸。UART 用來將數(shù)據(jù)在串行通信與并行數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。PCIe-UART 芯片的主要功能就是將完善的PCIe 接口網(wǎng)橋轉(zhuǎn)換成一個(gè)功能齊全、適應(yīng)多協(xié)議的UART 控制器。UART 支持RS232、RS422、RS485 等接口，可與支持串口TTL 電平規(guī)范的外部電路相連。

PCIe-UART 芯片采用南京沁恒CH438，一塊CH438 可以引出8 個(gè)串口，最高支持4 Mbps 的通信波特率，用作調(diào)試接口和與LED 液晶屏連接的接口，其模塊設(shè)計(jì)如圖6 所示。

圖6 串口模塊設(shè)計(jì)

由CPLD 引出通用輸入輸出接口，包括8 路輸出和8 路輸入接口，通過集成電路總線（Inter-Integrated Circuit，IIC）、系統(tǒng)管 理總線（System Management Bus，SMBus）或串行 外設(shè)接 口（Serial Peripheral Interface，SPI）總線簡(jiǎn)化I/O 的擴(kuò)展，通用輸入輸出（General-purpose Input/Output，GPIO）能夠提供額外的控制和監(jiān)視功能，用于硬接點(diǎn)信號(hào)接入或輸出。每一個(gè)GPIO 可軟件定義為輸入或輸出。

至此，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的集成主板和主要功能模塊的設(shè)計(jì)完成。

4 應(yīng)用案例

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，新能源、直流輸電、交流柔性輸電相關(guān)的電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，會(huì)帶來諧波、間諧波和次同步振蕩等非工頻電氣量。寬頻測(cè)量系統(tǒng)在此背景下提出的新型廣域?qū)掝l測(cè)量技術(shù)[16]，具有采樣頻率高、測(cè)量頻帶寬（0～2 500 Hz）、不間斷數(shù)據(jù)記錄、邊緣計(jì)算等特性，業(yè)務(wù)場(chǎng)景要求支持DL/T 860、GB/T 26865.2-2011等通信協(xié)議，可傳輸轉(zhuǎn)發(fā)諧波、間諧波、同步相量等數(shù)據(jù)，并支持對(duì)這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及分析，支持72 小時(shí)不間斷數(shù)據(jù)的滾動(dòng)存儲(chǔ)記錄，即長(zhǎng)錄波。

寬頻測(cè)量系統(tǒng)由寬頻測(cè)量裝置、站域存儲(chǔ)分析裝置和寬頻測(cè)量主站3 部分組成。站域存儲(chǔ)分析裝置作為系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)機(jī)設(shè)備，采用該文設(shè)計(jì)的基于國(guó)產(chǎn)核心芯片的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)。站域存儲(chǔ)分析裝置的主要功能是接收存儲(chǔ)寬頻測(cè)量裝置采集到的各間隔動(dòng)態(tài)相量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步分析，同時(shí)通過GB/T 26865.2-2011協(xié)議將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至寬頻測(cè)量主站前置。

站域存儲(chǔ)分析裝置采用Debian 9.0 系統(tǒng)，部署了DL/T 860 和GB/T 26865.2-2011 協(xié)議通信程序。每秒接收和轉(zhuǎn)發(fā)100 幀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)文，每幀報(bào)文700～800 Byte，同時(shí)具備長(zhǎng)錄波功能。為驗(yàn)證樣機(jī)的性能，搭建了一套寬頻測(cè)量測(cè)試系統(tǒng)。

如圖7 所示，站域存儲(chǔ)分析裝置采用該文提出的通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，寬頻測(cè)量裝置為中國(guó)電科院PAS340裝置，寬頻測(cè)量主站為D5000 寬頻測(cè)量監(jiān)測(cè)分析功能模塊。站域存儲(chǔ)分析裝置同時(shí)接入8 臺(tái)寬頻測(cè)量裝置。經(jīng)測(cè)試，站域存儲(chǔ)分析裝置下行端口的平均通信速率為630 kB/s，上行端口的最大通信速率為35 Mbps。當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)長(zhǎng)錄波文件時(shí)，站域存儲(chǔ)分析裝置的最大CPU 負(fù)荷50%，平均負(fù)荷31%，72 小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行測(cè)試期間通信未出現(xiàn)中斷、丟幀、死機(jī)等情況。測(cè)試結(jié)果表明，基于國(guó)產(chǎn)核心芯片的變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通信可靠穩(wěn)定。

圖7 寬頻測(cè)量系統(tǒng)測(cè)試架構(gòu)

5 結(jié)論

電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備面臨著核心芯片斷供的風(fēng)險(xiǎn)，潛在威脅電網(wǎng)的運(yùn)行安全。該文基于天津飛騰FT-2000A/4 芯片，主要應(yīng)用國(guó)產(chǎn)芯片，在無(wú)國(guó)產(chǎn)替代的情況下采用進(jìn)口芯片，設(shè)計(jì)了集成主板芯片板卡、通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊、USB模塊、存儲(chǔ)模塊、串口模塊和VGA 模塊?；趪?guó)產(chǎn)核心芯片的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)在寬頻測(cè)量系統(tǒng)得到了應(yīng)用，并進(jìn)行了性能測(cè)試。

該文提出的方案應(yīng)用了部分進(jìn)口芯片，仍存在不可控的風(fēng)險(xiǎn)，后續(xù)將使用飛騰套片或SOC 芯片，以完善自主可控?cái)?shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。