一种控制机箱FPGA远程升级通信系统及方法与流程

一种控制机箱fpga远程升级通信系统及方法
技术领域
1.本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种控制机箱fpga远程升级通信系统及方法。


背景技术：

2.柔性直流输电是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，凭借其灵活的可控性、对电网条件的鲁棒性、自身系统的紧凑性、设计施工的方便性等，柔性直流输电技术特别适合风能、太阳能等新能源发电并网、异步电网连接、无源/孤立负荷供电、城市配电网扩建改造等应用场合。阀控设备是柔性直流输电工程中的关键设备，从目前国内各柔直换流站运行情况看，阀控设备的故障在柔直换流站所有故障中占比较高，阀控设备直接控制换流阀，其控制性能直接决定了整个柔性直流输电系统的运行性能。随着柔性直流输电技术的发展，对阀控设备也提出了更加可靠性提升、控制层级简化等要求。
3.柔直阀控设备在柔直站控系统的层级位置如附图1所示，其连接控制保护系统和柔直阀组中间控制设备。其主要作用是，实现控制保护系统解析，子模块投退策略等对子模块进行控制，同时汇集子模块的状态信息及阀控控状态信息上传至控制保护系统。
4.阀控的智能化水平和可靠性决定换流站的智能化水平；阀控系统多fpga控制芯片，fpga芯片的远程升级，在孤岛运行的换流站运维中，系统程序远程升级大大提高运维成本及效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供提出了一种应用于控制机箱中fpga程序远程升级的通信系统及方法，以保证控制机箱fpga远程升级功能通信的可靠性。
6.为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种控制机箱fpga远程升级通信系统，包括控制机箱；所述控制机箱内部设置有主控板和多个通用位置板卡；
7.所述控制机箱和远程升级后台采用以太网通信连接；
8.所述主控板和多个通用位置板卡fpga之间采用差分lvds通道连接。
9.进一步的，所述主控板和多个通用位置板卡之间的通信通道包括远程升级模式和工程应用模式。
10.进一步的，在远程升级模式下：按照通道自定义方式1进行通信；用于接收控制机箱主控板下发给对应板卡fpga的配置flash操作指令，包括擦除、编程、反读和/或校验的指令；同时上传操作指令反馈状态，用于指示操作结果；
11.在工程应用模式下：按照通道自定义方式2进行通信，以实现工程应用中的通信应用功能。
12.进一步的，自定义方式2采用和自定义方式1采用频率及帧格式不同的通信协议。
13.进一步的，控制机箱上电时，初始化通信通道模式为远程升级模式；在设定时间t_delay内控制机箱通过以太网端口接收远程升级后台下发的远程升级指令，机箱内所有通
信通道将继续运行在远程升级模式，用于程序的远程升级数据的传输；
14.在达到设定时间t_delay后，控制机箱主控板和通用位置板卡将自身控制的通信通道切换为工程应用模式，完成工程所需的通信功能。
15.进一步的，设定时间(t_delay)的选取为：设定机箱上电到所有fpga芯片配置最大完成的时间为t1；网卡配置最大时间为t2，后台操作最大时间为t3；则：t_delay＞t1 t2 t3。
16.本发明的第二方面提供了一种控制机箱fpga远程升级通信方法，使用如前所述的控制机箱fpga远程升级通信系统进行通信，包括如下步骤：
17.控制机箱上电、初始化通信通道模式为远程升级模式；
18.判断计时器是否小于设定时间t_delay：根据判断结果切换远程升级模式或工程应用模式。
19.进一步的，所述判断计时器是否小于设定时间t_delay：根据判断结果切换远程升级模式或工程应用模式的步骤包括：
20.计时器小于设定时间t_delay时：检测模式维持指令，并判断模式维持指令是否有效：有效时，置位模式保持状态字；否则，结束返回；
21.计时器大于设定时间t_delay时：判断置位模式保持状态字是否有效：有效时，则所有通信通道执行远程升级模式；否则，所有通信通道执行工程应用模式。
22.进一步的，在远程升级模式下：按照通道自定义方式1进行通信；用于接收控制机箱主控板下发给对应板卡fpga的配置flash操作指令，包括擦除、编程、反读和/或校验的指令；同时上传操作指令反馈状态，用于指示操作结果；
23.在工程应用模式下：按照通道自定义方式2进行通信，以实现工程应用中的通信应用功能。
24.进一步的，自定义方式2采用和自定义方式1采用频率及帧格式不同的通信协议。
25.综上所述，本发明提供了一种控制机箱fpga远程升级通信系统及方法，该系统包括控制机箱；所述控制机箱内部设置有主控板和多个通用位置板卡；控制机箱和远程升级后台采用以太网通信连接；主控板和多个通用位置板卡fpga之间采用差分lvds通道连接。与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.(1)本发明提出的控制机箱fpga远程升级通信系统及方法，将通信通道复用为fpga程序远程升级通道，为远程升级提供通信通道。
27.(2)本发明提出的控制机箱fpga程序远程升级通信架构及通信方法，可实现机箱内多个fpga程序远程并行升级通信通道，大大提高fpga程序升级下载效率。
附图说明
28.图1是本发明实施例的柔直阀控设备在柔直站控系统的层级图；
29.图2是本发明实施例的控制机箱通信通道系统示意图；
30.图3是本发明实施例的远程升级模式通信通道复用流程。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参
照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
32.下面结合附图对本发明做进一步说明。
33.本发明的第一方面提供了一种控制机箱fpga远程升级通信系统，包括控制机箱；所述控制机箱内部设置有主控板和多个通用位置板卡；控制机箱和远程升级后台采用以太网通信连接；主控板和多个通用位置板卡fpga之间采用差分lvds通道连接。主控板和多个通用位置板卡之间的通信通道包括远程升级模式和工程应用模式。
34.在此以典型的控制机箱的通信架构对具体实现方式进行说明，如附图2所示，控制机箱主要的通信架构及fpga芯片架构；其中控制机箱对外以以太网通信方式和远程升级后台通信；控制机箱内部主控板soc和各个通用位置板卡之间采用查分lvds通道连接。
35.控制机箱上电时，初始化所有通信通道模式为远程升级模式。在设定时间(t_delay)内控制机箱通过以太网端口收到远端后台下发的远程升级指令，机箱内所有通信通道将继续运行在远程升级模式，用于程序的远程升级数据的传输；否则在达到设定时间(t_delay)后，控制机箱主控板soc芯片和通用位置板卡fpga芯片程序将自身控制的通信通道切换为工程应用模式；用于完成工程所需的通信功能。远程升级模式下，指定板卡选择后，后台首先以ftp方式将fpga配置文件(hex文件)发送至控制机箱主控板soc芯片进行缓存；之后，主控板soc板配置文件以自定义通信方式1逐帧发给待升级通用位置板卡fpga芯片将数据写入falsh中。
36.设定时间(t_delay)的选取：拟定机箱上电到所有芯片配置最大完成为时间t1；网卡配置最大时间为t2，后台操作最大时间为t3；则：t_delay＞t1 t2 t3。
37.通信通道远程升级模式至工程应用模式的切换
38.控制机箱上电时，初始化所有通信通道模式为远程升级模式。在设定时间(t_delay)内收到模式维持指令，通信通道将继续运行在远程升级模式，用于程序的远程升级；否则在达到设定时间(t_delay)后，机箱内所有通道将跳转为工程应用模式，用于完成工程所需的通信功能。在工程应用模式下，可以通过控制指令方式重新切换为远程升级模式。
39.通信通道远程升级模式
40.在该通信通道远程模式下，通道自定义方式1进行通信；用于接收控制机箱主控板插件下发的对应fpga的配置flash操作指令：擦除、编程、反读、校验等；同时上传操作指令反馈状态，用于指示操作结果。
41.通信通道工程应用模式
42.在该通信通道模式下，通道自定义方式2进行通信；自定义方式2采用和自定义方式1频率及帧格式完全不同的通信协议；用于实现工程应用中的通信应用功能。
43.在通信通道远程升级模式下，通道自定义方式1进行通信；用于接收控制机箱主控板插件下发的对应fpga的配置flash操作指令：擦除、反读、校验等；同时上传操作指令反馈状态，用于指示操作结果。在通信通道模式下，通道自定义方式2进行通信；自定义方式2采用和自定义方式1频率及帧格式完全不同的通信协议，具体如表1和表2所示，用于实现工程应用中的通信应用功能。
44.表1通道自定义方式1
[0045][0046]
表2通道自定义方式2
[0047][0048]
本发明的第二方面提供了一种控制机箱fpga远程升级通信方法，使用如前所述的控制机箱fpga远程升级通信系统进行通信，如图3所示，包括如下步骤：
[0049]
控制机箱上电、初始化通信通道模式为远程升级模式；
[0050]
判断计时器是否小于设定时间t_delay：根据判断结果切换远程升级模式或工程应用模式。
[0051]
进一步的，所述判断计时器是否小于设定时间t_delay：根据判断结果切换远程升级模式或工程应用模式的步骤包括：
[0052]
计时器小于设定时间t_delay时：检测模式维持指令，并判断模式维持指令是否有效：有效时，置位模式保持状态字；否则，结束返回；
[0053]
计时器大于设定时间t_delay时：判断置位模式保持状态字是否有效：有效时，则所有通信通道执行远程升级模式；否则，所有通信通道执行工程应用模式。
[0054]
进一步的，在远程升级模式下：按照通道自定义方式1进行通信；用于接收控制机箱主控板下发给对应板卡fpga的配置flash操作指令，包括擦除、编程、反读和/或校验的指令；同时上传操作指令反馈状态，用于指示操作结果；
[0055]
在工程应用模式下：按照通道自定义方式2进行通信，以实现工程应用中的通信应用功能。
[0056]
进一步的，自定义方式2采用和自定义方式1采用频率及帧格式不同的通信协议。
[0057]
综上所述，本发明提供了一种控制机箱fpga远程升级通信系统及方法，该系统包括控制机箱；所述控制机箱内部设置有主控板和多个通用位置板卡；控制机箱和远程升级后台采用以太网通信连接；主控板和多个通用位置板卡fpga之间采用差分lvds通道连接。本发明提出的控制机箱fpga远程升级通信系统及方法，将通信通道复用为fpga程序远程升级通道，为远程升级提供通信通道；可实现机箱内多个fpga程序远程并行升级通信通道，保证了控制机箱fpga远程升级功能通信的可靠性，大大提高了fpga程序升级下载效率。
[0058]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。