国产ARM+FPGA架构在“能源电力”中的典型应用详解

陈工-创龙科技

能源电力作为国民经济发展的“先导产业”和“基础行业”，面对当今复杂多变的国际形势，国内能源电力企业为追求更高的自主可控，正不断寻求各种经过行业验证的国产方案。
而单ARM架构已很难应对能源电力多通道/高速AD数据采集、处理、存储和显示的应用场景。目前，ARM + FPGA异构多核框架已成为能源电力行业的经典架构，可轻松面对广泛的应用场景。


能源电力中“典型应用”举例
国产ARM + FPGA平台与架构，在如下能源电力应用场景中被广泛应用：
  

国产AD + FPGA + ARM方案，国产化率100%
为满足能源电力行业的“国产化”需求，创龙科技推出了国内首发全国产ARM + FPGA平台方案（SOM-TLT3F工业核心板），并适配国产多通道并口AD，处理器、ROM、RAM、电源、晶振、连接器等均采用国产工业级方案，国产化率100%。
此全国产平台基于全志T3 ARM + 紫光同创Logos FPGA设计，适配的国产多通道并口AD为核芯互联的CL1606、CL1616。
  

图1 SOM-TLT3F工业核心板正反面

图2 TLT3F-EVM工业评估板资源框图

Tronlong CL1606是一款16位、8通道同步采样AD芯片，并行采样率高达200KSPS，而CL1616是一款16位、16通道双路同步采样AD芯片，并行采样率高达500KSPS。

图3 CL1616芯片

紫光同创Logos PGL25G/PGL50G FPGA在工业领域应用广泛，逻辑资源分别为27072/51360，与国外友商产品pin to pin兼容，主要用于多通道/高速AD采集或接口拓展。因其价格低、质量稳定、开发环境易用等优点，受到工业用户的广泛好评。尤其是开发环境，最快3天可完成从国外友商产品到紫光同创产品的切换。
全志T3为准车规级芯片，四核ARM Cortex-A7架构，主频高达1.2GHz，支持双路网口、八路UART、SATA大容量存储接口，同时支持4路显示、GPU以及1080P H.264视频硬件编解码。另外，创龙科技已在T3平台适配国产嵌入式系统翼辉SylixOS，真正实现软硬件国产化。
  

图4 方案系统框图

FPGA高达64路AD同步采样
在电力线路测量和保护系统中，需要对多相输配电网络的大量电流和电压通道进行同步采样，核芯互联CL1606/CL1616是目前电力系统中最常用的国产ADC采样芯片之一。
SOM-TLT3F工业核心板的FPGA端引出的IO资源共97 个。CL1616并行模式采集需要的IO资源：数据线16个，控制线6个，合计22个。4片CL1616则需要IO资源共88个。因此，SOM-TLT3F的FPGA端最高可实现高达64路AD同步采样。

图5 CL1616 AD模块

55MB/s的FPGA与ARM数据高速传输
全志T3 + 紫光同创Logos平台有多种高速通信方式，让ARM与FPGA轻松互连。
● Dual SPI总线，双向通信，实测写速率达11.6MB/s、读速率达17.8MB/s。● CSI总线，单向通信，实测读速率达55.1MB/s。● SDIO总线，双向通信，实测写速率达5.1MB/s、读速率达5.4MB/s。
Qt波形流畅显示，1TB大容量存储
紫光同创Logos FPGA将采集到的AD数据，通过核心板内部互联的高速接口传送至T3 ARM。T3 ARM运行Qt程序，并将读取到的AD数据进行波形显示。
并且，T3支持3Gbps速率SATA接口，可适配1T或以上大容量存储，方便数据长期保存。