國產(chǎn)ARM+FPGA架構(gòu)在“能源電力”中的典型應(yīng)用詳解

Tronlong--

能源電力作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)”和“基礎(chǔ)行業(yè)”，面對當(dāng)今復(fù)雜多變的國際形勢，國內(nèi)能源電力企業(yè)為追求更高的自主可控，正不斷尋求各種經(jīng)過行業(yè)驗證的國產(chǎn)方案。
而單ARM架構(gòu)已很難應(yīng)對能源電力多通道/高速AD數(shù)據(jù)采集、處理、存儲和顯示的應(yīng)用場景。目前，ARM + FPGA異構(gòu)多核框架已成為能源電力行業(yè)的經(jīng)典架構(gòu)，可輕松面對廣泛的應(yīng)用場景。


能源電力中“典型應(yīng)用”舉例
國產(chǎn)ARM + FPGA平臺與架構(gòu)，在如下能源電力應(yīng)用場景中被廣泛應(yīng)用：

國產(chǎn)AD + FPGA + ARM方案，國產(chǎn)化率100%

為滿足能源電力行業(yè)的“國產(chǎn)化”需求，創(chuàng)龍科技推出了國內(nèi)首發(fā)全國產(chǎn)ARM + FPGA平臺方案（SOM-TLT3F工業(yè)核心板），并適配國產(chǎn)多通道并口AD，處理器、ROM、RAM、電源、晶振、連接器等均采用國產(chǎn)工業(yè)級方案，國產(chǎn)化率100%。
此全國產(chǎn)平臺基于全志T3 ARM + 紫光同創(chuàng)Logos FPGA設(shè)計，適配的國產(chǎn)多通道并口AD為核芯互聯(lián)的CL1606、CL1616。

圖1 SOM-TLT3F工業(yè)核心板正反面

圖2 TLT3F-EVM工業(yè)評估板資源框圖

CL1606是一款16位、8通道同步采樣AD芯片，并行采樣率高達(dá)200KSPS，而CL1616是一款16位、16通道雙路同步采樣AD芯片，并行采樣率高達(dá)500KSPS。

圖3 CL1616芯片

紫光同創(chuàng)Logos PGL25G/PGL50G FPGA在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，邏輯資源分別為27072/51360，與國外友商產(chǎn)品pin to pin兼容，主要用于多通道/高速AD采集或接口拓展。因其價格低、質(zhì)量穩(wěn)定、開發(fā)環(huán)境易用等優(yōu)點，受到工業(yè)用戶的廣泛好評。尤其是開發(fā)環(huán)境，最快3天可完成從國外友商產(chǎn)品到紫光同創(chuàng)產(chǎn)品的切換。
全志T3為準(zhǔn)車規(guī)級芯片，四核ARM Cortex-A7架構(gòu)，主頻高達(dá)1.2GHz，支持雙路網(wǎng)口、八路UART、SATA大容量存儲接口，同時支持4路顯示、GPU以及1080P H.264視頻硬件編解碼。另外，創(chuàng)龍科技已在T3平臺適配國產(chǎn)嵌入式系統(tǒng)翼輝SylixOS，真正實現(xiàn)軟硬件國產(chǎn)化。

圖4 方案系統(tǒng)框圖

FPGA高達(dá)64路AD同步采樣

在電力線路測量和保護(hù)系統(tǒng)中，需要對多相輸配電網(wǎng)絡(luò)的大量電流和電壓通道進(jìn)行同步采樣，核芯互聯(lián)CL1606/CL1616是目前電力系統(tǒng)中最常用的國產(chǎn)ADC采樣芯片之一。
SOM-TLT3F工業(yè)核心板的FPGA端引出的IO資源共97 個。CL1616并行模式采集需要的IO資源：數(shù)據(jù)線16個，控制線6個，合計22個。4片CL1616則需要IO資源共88個。因此，SOM-TLT3F的FPGA端最高可實現(xiàn)高達(dá)64路AD同步采樣。

圖5 CL1616 AD模塊

55MB/s的FPGA與ARM數(shù)據(jù)高速傳輸

全志T3 + 紫光同創(chuàng)Logos平臺有多種高速通信方式，讓ARM與FPGA輕松互連。
● Dual SPI總線，雙向通信，實測寫速率達(dá)11.6MB/s、讀速率達(dá)17.8MB/s。● CSI總線，單向通信，實測讀速率達(dá)55.1MB/s。● SDIO總線，雙向通信，實測寫速率達(dá)5.1MB/s、讀速率達(dá)5.4MB/s。


Qt波形流暢顯示，1TB大容量存儲

紫光同創(chuàng)Logos FPGA將采集到的AD數(shù)據(jù)，通過核心板內(nèi)部互聯(lián)的高速接口傳送至T3 ARM。T3 ARM運行Qt程序，并將讀取到的AD數(shù)據(jù)進(jìn)行波形顯示。
并且，T3支持3Gbps速率SATA接口，可適配1T或以上大容量存儲，方便數(shù)據(jù)長期保存。
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