一、系统概述

　　随着电力行业信息化的发展，许多业内及通信方面的表示：在数字化变电站中PowerPC板将发挥越来越重要的作用。这一趋势也得到国家电网公司和南方电网公司及众多集成商的认可。据了解，目前新建的数字化变电站在合并单元设计中都不同程度地采用了以PowerPC为的解决方案。凭借对数字化变电站应用的深刻理解，在广泛市场调研的基础上，研祥公司新近推出了嵌入式板EEB-3611C2N，该板基于飞思卡尔的MPC8377处理器而设计，的性能和通讯处理能力很好的满足了当前数字化变电站建设的实际需求。EEB-3611是基于Freescale MPC8377 PowerQUICC处理器构建的嵌入式计算机模块，兼容E2Brain模块规范Rev.02，具有丰富的接口功能以及高可靠性能，可广泛应用于自动化控制、仪器仪表、智能产品、军事等各种嵌入式领域。

　　PowerPC是一种精简指令集（RISC）架构的中央处理器（CPU），其基本的设计源自IBM的 POWER,具有可伸缩性好、方便灵活等特点。

　　PowerPC处理器有广泛的应用范围，包括从诸如 Power4的高端服务器到嵌入式CPU（任天堂 Gamecube 使用了 PowerPC）市场。PowerPC处理器有非常强的嵌入式表现，因为它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。除了象串行和以太网控制器那样的集成 I/O，该嵌入式处理器于台式机CPU 存在非常显著的区别。例如，4xx 系列 PowerPC 处理器缺乏浮点运算，并且还使用一个受软件控制的 TLB 进行内存管理，而不是象台式机芯片中那样采用反转页表。基于PowerPC的优异性能，因此它在嵌入式领域得到了广泛的应用。

　　国际电工委员会在IEC61850标准中定义了一种叫做合并单元 （Merging Unit，MU）的装置，它作为ECT/EVT（电子式电流/电压互感器）和保护、测控装置的中间接口，主要功能是同步采集多路ECT/EVT输出的数字信号并按照标准规定的格式发送给保护、测控装置。合并单元作为遵循IEC61850标准的数字化变电站间隔层、站控层设备的数据来源，作用十分重要。

    二、系统构成

    1、基于MPC8377的CPU处理和以太网通讯平台

　　合并单元作为保护、测控设备的数据源，它的数据输出方式主要是通过以太网发送遵循IEC61850-9格式的数据包，因此网络性能是合并单元重要的性能指标之一。系统所采用的研祥EEB-3611C2N板采用Freescale MPC8377处理器，主频667MHz，板载512MB DDR2 SDRAM、64MB NOR Flash，支持2组10/100/1000Mbps以太网口（光电互斥），同时支持IEEE1588，的处理性能和网络性能可以很好的满足应用需要。而且该板还支持2个PCI-E x 1的总线扩展，通过高速PCI-E（PCI Express，是新一代的总线接口，它采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求宽带，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽）总线可以扩展多路千兆以太网，满足了合并单元对多路以太网输出的需求。

??    MPC8377提供了PowerPC开发系统的灵活性，同时大大降低了产品开发的难度与成本，有效缩短了产品从研发到投放市场的时间，提高了产品的竞争力。目前更多的用户需求倾向于高集成度、廉价的高性能处理，MPC8377处理器是PowerQUICC? II Pro 系列产品中具有高性价比的产品，每个处理器集成了一个e300内核、PCI、PCI-e、SATA 控制器，同时提供双千兆以太网控制器，使得其在SMB和消费类用户中得到广泛的应用，MPC8377采用90nm工艺技术，工作主频从400MHz到800MHz。

    2、FPGA的应用

　　现场可编程门阵列（FPGA）实现了硬件的软件化，数据处理延时小，工作稳定可靠，升级方便，是实现合并单元中同步模块的合理选择。

    FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件。

　　FPGA的输入量为GPS提供的1PPS，输出为被1PPS同步后的采样脉冲和解码后的时标数据。同步采样脉冲触发电子式互感器和合并单元的模拟量采集模块同步采集电流电压量，解码后的时标通过串行通信口被CPU读取。

    3、高ADC

　　合并单元作为变电站保护、测控装置数据的来源，对ADC的提出了更高的要求，为了更好的适应更高的应用需求，采用高16位ADC。合并单元使用2片8路16位高性能ADC，在同步采样信号的触发下，同步采集转化16路模拟量，供CPU读取。

    4、灵活配置

　　考虑具体工程的实际需求各有不同，合并单元也必须能够满足多样的应用需求，因此合并单元的电子式互感器接口、以太网接口、模拟量采集、人机界面、开关量输入/输出等功能单元都采用模块化设计，配置灵活。

    三、系统特点

    1、性能，技术先进。系统所采用的MPC8377处理器具有667MHz的主频，可以很好的支持千兆网，避免了应用低性能处理器搭配千兆网造成的千兆网性能无法有效发挥的问题。千兆网的应用也极大提高了网络的整体性能。

    2、支持IEEE1588。系统所采用的EEB-3611C2N板支持IEEE1588对时，可以满足时钟对时的需求。

    3、配置灵活。EEB-3611C2N板板载资源非常丰富，除了有SATA、COM、USB、CAN、SPI、I2C、GPIO等接口资源外，还支持PCI、PCI-E、Localbus总线扩展，搭配根据应用需要设计的载板，可以灵活设计各种接口，满足不同的应用需求。

    4、可靠性高。采用全板载设计，整体功耗低，不需要风扇散热，具备较高的可靠度。

    四、系统评价

　　目前，基于IEC61850标准的数字化变电站自动化系统的应用正在逐渐兴起，使用PowerPC处理器实现合并单元的技术方案具有技术先进、性能优越等特点，丰富的片上资源可以根据不同的应用需求进行方案设计。研祥推出的基于MPC8377处理器的板处理性能和网络性能，板载资源丰富，是构建合并单元的先进技术方案。