兼容串行通信与以太网通信的微机保护通信系统研究

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1、兼容串行通信与以太网通信的微机保护通信系统研究　摘要：随着变电站自动化技术在电力系统中的逐步应用，势必要求变电站中各二次设备逐步实现网络化。微机继电保护装置作为变电站重要的二次设备，对其通信系统提出了很高的要求。本文根据微机保护通信系统的要求，设计了由以太网与串行通信相结合的通信系统，阐述了通信系统的硬件构成，完成了相关驱动程序与通信功能软件的编写。开发的通信系统对于提高电力系统综合自动化水平具有重要的现实意义。　　关键词：微机保护；通信系统；串行通信；以太网　　中图分类号：TP3113.2以太网通信的软件设计　　通过对DSP编程,来实现RTL80

2、19AS初始化、发送数据、接受数据，嵌入式TCP/IP协议等功能，在处理数据步骤之前，还需要对网络控制器进行必要的检测、复位和初始化。网络接口通过2个DMA操作来完成数据的接收和发送。本地DMA完成RTL8019AS与其内部FIFO队列之间的数据传送，远程DMA完成RTL8019AS与CPU之间的数据传送。　　3.2.1RTL8019AS的初始化　　要进行网络通信就必须对网络控制芯片初始化，初始化比较烦琐，但是它有着非常重要的地位，往往决定着网络通信的一些重要参数。为了使RTL8019AS启动并处于准备接收或准备发送数据的状态，必须对相关的寄存器进

3、行初始化。这些寄存器主要包括指令寄存器CR，数据结构寄存器DCR，远程字节数寄存器RBCR，页面开始寄存器PSTART，页面停止寄存器PSTOP，中断状态寄存器ISR，中断屏蔽寄存器IMR，实际地址寄存器PAR0-5，多点地址寄存器MAR0-7，当前页面寄存器CURR，传输配置寄存器TCR，接收结构寄存器RCR等。　　3.2.2数据的收发　　通过对地址及数据口的读写来完成以太网帧的接收与发送。要接收或发送数据包就必须读写网络控制卡RTL8019AS内部的16KB的RAM，必须通过DMA进行读和写，网络接口通过2个DMA操作来完成数据的接收和发送。即

4、本地DMA完成RTL8019AS与其内部FIFO队列之间的数据传送，远程DMA完成RTL8019AS与CPU之间的数据传送。　　3.2.2.1数据包的发送　　数据包的接收大体包括三个步骤：数据包的封装，通过远程DMA将数据包送到数据发送缓存区，通过RTL8019AS的本地DMA将数据送入FIFO进行发送。下面讲述发送的具体操作：　　(1)数据包在发送前按规定的格式封装好，在封装时我们采用的是一个标准的IEEE802.3以太网物理传输帧格式，它的基本封装格式如表1所示。　　　　(2)把按以太网帧格式封装好的数据包通过远程DMA写入RTL8019AS的

5、数据发送缓存区。具体操作是首先主机设置好远端DMA开始地址(RSAR0,1)和远端DMA数据字节数(RBCR0,1)，并在CR中设置为写数据，就可以从远端DMA口寄存器里把数据写入芯片RAM。　　(3)启动本地DMA将缓存区内的数据发送出去。即待发送的数据包存入芯片RAM后，给出发送缓冲区首地址和数据包长度(写入TPSR、TBCR0,1)，然后启动发送命令(CR=0x3E)即可实现8019AS发送功能。8019AS芯片会自动按以太网协议完成发送并将结果写入状态寄存器。　　3.2.2.2数据包的接收　　以太网数据包的接收过程和数据包的发送过程刚好相反

6、。首先是将网络上的电信号变成数据存入芯片的接收缓存中，然后主机设置好远端DMA开始地址(RSAR0,1)和远端DMA数据字节数(RBCR0,1)，并在CR中设置写数据，从远端DMA口寄存器里把数据从芯片RAM读到系统RAM中。接收缓冲区构成一个循环FIFO队列，PSTART、PSTOP两个寄存器限定了循环队列的开始和结束页，这两个寄存器的设置是在以太网控制芯片的初始化中完成的。CURR为写入指针，受芯片控制，BNRY为读出指针，由主机程序控制，根据表达式CURR=BNRY+1?可以判断是否收到新的数据包，新收到的数据包按表2的格式存于以CURR指出

7、的地址为首址的RAM中。当CURR=BNRY时芯片停止接收数据包。　　3.2.3嵌入式TCP/IP协议选择　　TCP/IP协议实质上是一系列协议的总称，TCP/IP协议是一组不同层次上的多个协议的组合,包含十几个协议标准[8]。本文介绍的以太网接口是专门为继电保护而设计的，不要求实现所有的TCP/IP协议，所以选择的嵌入式TCP/IP是对TCP/IP协议族进行选择并简化而形成的协议集合。本设计实现的协议如图4所示，通常分为四层（物理层除外）。　　(1)链路层中实现了ARP（地址解析）协议。它主要是将32位的IP地址动态地映射为48位的以太网地址，从

8、而保证网络的正确传输。另外，在设计中把IP地址存储于本地存储器中，不必从其他服务器得到IP地址，这样就无需实现RARP（逆