设计资料：923-6U CPCI的光纤网络电力控制系统

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6U CPCI的光纤网络电力控制系统

一、设备概述       柔性直流输电系统中用于控制与测量的FS系统，适用于风电和太阳能发电的并网快速数值计算和闭环控制，以及与直流输电系统的换流器有关的特殊控制功能，包括门控单元的信号处理。该控制板的最大响应周期为1us，可以适应以后风力和太阳直流输电工程的特殊应用。       该控制系统，同时也可以柔性直流阀进行控制使用。 二、多路光纤FPGA控制板卡       多路光纤的数据采集，实现数据的集中处理和高可靠性，本方案采用双片XC5VLX155T-1FF1136芯片，主FPGA 外接200路LVTTL电平的IO，8路光纤；从FPGA外接1路光纤，1路千兆网络，2路RS422 ，2路Can总线。 三、核心板FPGA的设计指标 （1）该板含有两片V5的155T； （2）两片V5之间的电气连接采用高速LVDS和PCIEX4 （RapidIO X4）连接； （3）每片V5都需要带有DDR2，； （4）主V5带有8个光模块输出，同时还有LVDS接口接到总线板； （5）副V5除了与主V5连接外，外接有一个光模块，1个以太网，2路Can和2个RS422； （6）每片V5均采用XCF128进行配置； （7）带有8路LED测试灯和一个复位键和三个按键； （8）主V5总线板的接口为200路LVDS，可做输入或者输出。时钟支持多板卡同源。 （9）副V5除了与主V5连接、DDR2、8路LED测试灯、一个复位键和三个按键外，剩下的IO口采用IDE引出； （10） 支持 三块板卡的时钟同源和触发同步。其中一个做主处理板，两个做从处理板。 （11）1路网卡的网速设计为1000MHz； （12）两路CAN的速度设计为250Kbps； （13）系统采用+5V供电，其余电源管理芯片(3.3V，1.0V，1.8V，2.5V)由设计方设定； （14）两路独立的JTAG； （15） 实时监控硬件工作温度； （16） 支持冷板导冷方式； （17）支持工作状态以及环境温度的上电自检测和周期自检测。 四、FS-TDM总线板卡       FS-TDM总线接口卡将用于新的硬件平台，负责完成控制单元与直流控制保护系统的数据交换，可以冗余配置。该总线接口卡的作用为，将直流控制保护系统的数据转换为LVDS电气规范的数据。 （1）功能及特点 功能 ● 6收共计2个通道，通道之间具备同步发送功能。 ● 完成TDM总线与LVDS总线的物理接口与数据格式的转换。 特点 ● 具有一个LVDS接口。 ● 与其他系统的接口采用TDM总线接口，ST光纤接口，通道之间具备同步发送功能。 ● TDM总线的传输速率为40Mbps,物理通道传输速率按最小100Mbps设计。 ● 控制接口的设计采用FPGA实现，具有设置功能。 ● 传输距离：多模光纤要求最大300m，单模光纤要求最大距离为10Km。 ● 数据传输特性遵循标准的TDM总线规范。 ● 自检功能及必要的硬件设计信号。 ● 数据缓冲区，具有先入先出的特点，宽度和深度分别为32bit及24bit，建议在FPGA中实现。 （2）板卡硬件结构 FS-TDM板的板卡结构如图2-3-1所示： 图2-3-1 FS-TDM板卡硬件结构框图 如图2-3-1所示，FS-TDM板由以下几个部分构成： ● 十二路单向光口：四个TDM接收接口，光接口模块采用如图所示模块。 ● 整形变换电路：完成TDM与FPGA的电气连接； ● 一片Xilinx Spartan3系列的FPGA器件：完成IO信号交换、光接口功能； ● 16路IO：输入输出均为16路的，总共为32路的IO，输入输出方式均采用开路的方式，满足24V的接口需求； ● 辅助电路：8路LED灯（绿色）和8按键。 ● 配置芯片：采用XCF04 五、FS-PCLM板卡       使用Xilinx公司的S6处理器设计，在本设计中完成控制信号的光电接收解码、信号的串并转换、数字信号的输入计数并通过光模块进行的收发功能。 功能 ● 有两路光模块，一路接收来自控制板的控制信号，同时上传计数后的数据，另外一路作为备份使用，用于更高电平数的扩展（级联方式）。 ● 串并转换功能，把接收到的控制板的控制信号，转换成并行信号输出，最大使用输出IO为80路。 ● 输出IO的定义采用EEPROM的数据进行配置，具有实时修改和配置输出IO的功能。 ● 输入IO功能，输入80路数字信号，并对信号的频率进行计数，然后通过光模块上传到控制板。 ● DDR2进行数据的暂存 板卡硬件结构 FS-PCLM板的板卡结构如图3-3-1所示： 图3-3-1 FS-PCLM板卡硬件结构框图 六、FS-PCLE板卡 （1）概述 ● 使用Xilinx公司的CPLD设计，在本设计中完成控制信号的光电发射和接收的配置功能。 ● 命名规则：FS-PCLE：-Flexible System - Primary Control Light Expendborad （2）功能及特点 功能 ● 80路输入IO信号分成10路8位信号的输入的选择。 ● 80路输出IO信号分成10路8位信号的输出的选择。 ● 选择方式采用DIP开关进行设定，便于现场调试使用。 特点 ● 有两片CPLD的XC2C256。 ● 有16路光模块，为8路发送和8路接收。 ● 中有160连接到总线板上,其中的80路作为输入,而另外的80路作为输出。 ● 带有8路LED状态灯。 ● 4位DIP开关。 （3）板卡硬件结构 FS-PCLE板的板卡结构如图4-3-1所示： 图4-3-1 FS-PCLE板卡硬件结构框图 如图4-3-1所示，FS-PCLE板由以下几个部分构成： ● 光模块：8路光模块接口作为输入信号，另8路光模块接口作为输出信号，模块名称见图。 ● 一片Xilinx的CPLD器件：完成IO信号交换、光接口功能。 ● 辅助电路：DIP开关，进行输入输出选择。 七、CPCI 接口及板间互联设计 FS板数据互联： FS板 需要在四块板子之间建立起互联通道，每个板子需要连接到另外三块板子上面。拓扑图如下：       每一组信号定义为： CLKin，CLKout，ENin， ENout ，DATAin[0：9] DATAout[0：9]，一共24对差分线          对于TDM板卡，每个板子的主FPGA有9对LVDS互联，彼此互相连接在一起，使用的时候，主控板通过LVDS给所有的从板数据，另外有32根普通IO，TMD给主控板提供需要的控制数据。       因而总共需要 24X3+19  91对LVDS差分线，32根普通IO。 FS 板时钟互联：