Analiza relacji czasowych w układzie rejestracji danych z systemu elektroenergetycznego

Analysis of time relationship in the system of data registration power system
Abstract: 

The article presents the time relations between processes and operations carried out during the registration of data from the electrical power system, stored in pendrive portable memory. The authors present and analyze in terms of successive stages of registration of data containing information on the signals in the power system, starting from their conversion into digital form, by gathering in memory of the DSP, sending them using LVDS protocol to the FPGA, where they are cached in 4 KB frames and then sent via SPI interface to the processor memory GPP operating under the Linux system. In the next step, using the tools and drivers available in this environment, data is stored on the USB. This operation is critical in saving the data stream from the power system, affecting the speed limit of data recording. Limitations of this operation are mainly due to the properties of the Linux system. The paper describes the configuration and processes at the basic functional blocks of data recording track: ADC, DSP, FPGA and GPP with a USB port. An analysis of time constraints operations performed sequentially in individual blocks. \A bottleneck\' for the data stream to the recording operation is under the control of the USB GPP. The article presents the results of data processing speed in individual blocks and the existing time constraints. The conclusions about the properties of the embedded operating system, installed in the system GPP and the possibility of using such solution in data recording systems. The paper presents the benefits and limitations associated with their use.'

W artykule przedstawiono relacje czasowe pomiędzy procesami i operacjami realizowanymi podczas rejestracji danych z systemu elektroenergetycznego, zapisywanych do pamięci przenośnej pendrive. Autorzy przedstawiają i analizują pod kątem uzależnień czasowych kolejne etapy rejestracji danych, zawierających informacje o sygnałach w systemie elektroenergetycznym, od momentu ich przetworzenia na postać cyfrową, poprzez gromadzenie w pamięci procesora DSP, ich wysłanie z wykorzystaniem protokółu LVDS do układu FPGA, gdzie są one buforowane w ramkach 4 kB, a następnie wysłane za pomocą interfejsu SPI do pamięci procesora GPP, pracującego pod kontrolą systemu operacyjnego Linux. Wskazano zmianę sposobu synchronizacji ramek w komunikacji między FPGA a GPP, dzięki której wydatnie zwiększono efektywność wymiany danych między tymi układami. W module GPP, z wykorzystaniem narzędzi i sterowników dostępnych w środowisku Linux, dane zapisywane są na nośniku połączonym za pośrednictwem portu USB. Jest to proces krytyczny w łańcuchu wspomnianych operacji, wpływający na ograniczenie szybkości rejestracji danych. Ograniczenia te wynikają głównie z właściwości systemu Linux. W pracy omówiono konfigurację i procesy realizowane w podstawowych blokach funkcjonalnych toru rejestracji danych: ADC, DSP, FPGA oraz GPP z portem USB. Przeprowadzono analizę ograniczeń czasowych operacji realizowanych sekwencyjnie w poszczególnych blokach. „Wąskim gardłem” dla strumienia danych jest operacja zapisu do USB pod kontrolą GPP. W artykule przedstawiono wyniki badań szybkości przetwarzania danych w poszczególnych blokach i występujących ograniczeń czasowych. Zawarto wnioski na temat właściwości wbudowanego systemu operacyjnego, zainstalowanego w układzie GPP, oraz możliwości wykorzystania takich systemów w układach rejestracji danych. Przedstawiono korzyści i ograniczenia związane z ich użytkowaniem.

Issue: 
Pages: 
7
15
Download: 
References: 

AD7656/AD7657/AD7658, Data sheet, Rev. D, Analog Devices, 2010.

Analog Devices, Interfacing to High Speed ADCs via SPI, Application Note AN-877, Rev. A 12/05.

Instytut Energetyki, Jednostka Badawczo-Rozwojowa Oddział Gdańsk, Opracowanie i wykonanie części sprzętowej prototypu analizatora/estymatora jakości energii elektrycznej oraz wykonanie o programowania procesora ogólnego przeznaczenia, Etap 1, Koncepcja prototypu analizatora/ estymatora, Gdańsk 2008.

Maśnicki R., Hallmann D., Zależności czasowe w układzie rejestracji danych z systemu elektroenergetycznego, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, 2014, nr 38, s. 45–48.

Mindykowski J., Maśnicki R., Hallmann D., The strategies of data recording in power quality parameters measuring instrument, 20th IMECO TC4 International Symposium and 18th International Workshop on ADC Modelling and Testing, Benevento, Italy 2014.

National Semiconductor, LVDS Owner’s Manual, 2008.

PHYTEC, System on Module and Carrier Board Hardware Manual, January 27, 2009.

Xilinx, Analog Devices TigerSHARC Link Port, Application Note: Spartan-II and Spartan-3 Families, Virtex and Virtex-II Series, XAPP634 (v1.2), 2004.

Xilinx, Spartan-3 FPGA Family Data Sheet, Product Specification, Application Note DS099, 2005.

Citation pattern: Maśnicki R., Hallmann D., Analiza relacji czasowych w układzie rejestracji danych z systemu elektroenergetycznego, Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, Nr 85, str. 7-15, 2014

BibTeX     EndNote