多核处理器在电力二次设备中的应用与展望

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1、多核处理器在电力二次设备中的应用与展望周华良，夏雨，（国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏省南京市210003）摘要：目前多核处理器已成为商用计算机中的主流配置，但在电力二次设备行业却确是方兴未艾。本文正值在当前电力系统智能电网、数字化变电站广泛兴起的背景下之际，本文结合嵌入式多核处理器的发展现状，介绍了电力保护测控装置的主流硬件方案并详细描述了多核处理器在某一具体工程应用的保护测控一体化装置中的设计与实现，文章同时指出了在当前情况下电力二次设备应用多核处理器的诸多挑战，并对多核处理器在电力设备应用方面的发展需求和趋势的进行了描述和展望。关键词：多核处理器，继电保护，

2、测量与控制，智能电网、数字化变电站0引言近几年电力系统获得了新的快速发展，尤其是美国政府于2009年提出发展智能电网产业计划以来，世界各国各地区相继提出个各自的智能电网实施计划，如中国提出的“坚强智能电网”计划、日本提出的构建“以对应新能源为主的智能电网”计划、欧盟制定并促进的“普及智能电表系统”的计划等等。尽管当前不同国家和地区在智能电网的内涵及其发展的方向和重点上有着不同侧重，但智能电网的实施必将对整个电力系统二次设备的提升起到非常大的推动作用。在中国，随着坚强智能电网建设的大力推进、数字化变电站和电网一二次技术融合的迅猛发展更是促进了我们国内整个二次系统设备装置在性能

3、和功能上有个很大的大幅提高升级。比如二次设备装置的功能越来越多、集成度越来越高，装置对外的通讯接口越来越丰富，装置需要计算处理的数据（采样精度、采样率、时间准确度等）的指标也越来越高，等等，而这些诸多的变化对二次设备产品而言受影响最大的是装置中的核心CPU处理模块。为适应上述变化，现在的二次设备产品已不是早期简单的一颗单处理器芯片方案就可解决的，目前对一般二次设备装置而言大都是由CPU、DSP（数字信号处理）和FPGA（现场可编程门阵列）共同组成的多处理器（Multiprocessor）系统，有时为了实现数字化变电站多变的需求，甚至需要多个这样的“多处理器系统”来实现一台装

4、置的功能。随着计算机技术的快速发展，尤其是商业计算__________________________收稿日期：2011-06-17；修回日期：国网电力科学研究院科技资助项目（YS09003-JB）。机的快速普及和推进，基于双核、四核甚至更多核的处理器被研发出来并迅速应用到商业设备中，对相关产业产生了深远的影响。多核处理器以其特有的先进性也越来越受到电力二次设备厂家的关注。1多核处理器简介简略多核处理器，指的是在一个芯片内含有多个处理核心而构成的处理器。所谓“核心”，通常指包含指令部件、算术/逻辑部件、寄存器堆和一级或二级缓存的处理单元。在芯片上，多个核心通过某种方式互联起

5、来，使它们能够交换数据，从而可以对外表现为一个统一的多核处理器。[6]多核处理器相对于单理器有如下几个明显的优势：1）处理器的并行处理性能大幅提升，多核处理器通过集成多个单线程处理核心或者集成多个同时多线程处理核心，使得整个处理器可同时执行的线程数或任务数是单处理器的数倍；2）有效提高通讯效率和数据传输带宽，多个核集成在片内，极大地缩短了核间的互连线，核间通信延迟变得很低；3）功耗得到有效降低，多核结构可以有效共享资源，使得片上资源的利用率得到了提高；4）多核结构简单，易于优化设计，扩展性强。因此多核处理器以其固有的技术优势成为了市场发展的主流。多核处理器自诞生概念到200

6、1年IBM推出第一个商用多核处理器POWER4以来，已经经历了十多年的发展。在过去的十几年中，以Intel和AMD为代表的处理器厂家推出的商用多核处理器层出不穷，并以惊人的速度飞速渗入到我们的生活中。而在嵌入式处理器领域，多核处理器的发展算是初步兴起。时下风靡全球的iPhone5、iPad2在智能手持终端领域创造了一个神话，其所采用的CPU芯片就是一款基于ARMCortex-A9架构的A5双核处理器。此外，目前面向工业用户的主要厂家比如Freescale、TI、ADI等均已推出了各自有针对性的多核处理器，比如：Freescale公司针对通讯领域推出了统一使用高性能e500P

7、owerArchitecture®内核的QorIQ平台，该平台支持单核、双核和多核处理器，且单个内核的频率范围从400MHz到1.5GHz不等。平台从P1至P5共计5个系列可满足不同层次多核应用的需要。2010年6月，Freescale又推出了采用e5500PowerArchitecture内核的64位QorIQ平台，专门针对下一代高端控制数据处理，这个新平台所实现的性能是e500内核的两倍，且P5平台首次实施了e550064位内核。TI公司充分结合自身在DSP方面的优势推出了主频最高可达10GHz的可编程的定点/