CN103037032B - 一种使用fpga实现sv数据32位寻址访问的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种使用FPGA实现SV数据32位寻址访问的方法，应用于智能变电站中的设备处理数字化采样数据。包括以下步骤：FPGA接收基于IEEE802.3标准的SV数据裸包，分析以太网帧数据结构，根据SV数据的以太网帧特点，将网络字节序的SV数据利用ASN.1编码规则的特征进行数据重组，转化为纯32位寻址的处理器可以直接访问的数据，大大提高SV解码处理效率的。本发明解决了纯32位寻址的处理器，通过软件进行拆分和重新整合方法处理网络字节序的SV数据方法引起的效率大幅下降问题，能提升解码效率5-10倍。

Description

一种使用FPGA实现SV数据32位寻址访问的方法
技术领域
本发明涉及智能变电站过程层数字化技术领域，特别是采用ASN.1编码规则的SV数据。
背景技术
SV(samplevalue)是智能电网中，智能变电站过程层传输的数字化采样数据简称。基于以太网IEEE802.3的SV以太网数据，传输采样频率等于或大于4000Hz/s，要求接收方有较强的数据处理能力。
现有技术主要使用普通的8位寻址处理器，按照IEC61850-9-2协议，逐个字节进行抽象语法记法1、即ASN.1特征识别和解码，解码效率不高，且普通的8位寻址处理器在数据处理上亦远逊于专门的32位寻址的DSP数据处理器。
若使用32位寻址且有较大片内缓存的DSP，要求所有数据的存储地址都是按照32位对齐。因为按照32位对齐后，一个读周期就能将需要处理的数据取走。为了实现所有数据按照32位对齐，一般通过编写DSP应用软件方法，将符合IEC61850-9-2协议的SV以太网数据拆分和重新组合形成32位对齐数据，该方法不仅增加了DSP应用软件的难度和复杂度，并且引起解码效率的大幅下降，导致使用该DSP处理SV数据整体性能不佳。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种使用可编程逻辑阵列FPGA实现采样值SV数据32位寻址访问的方法，在高性能的纯32位寻址的DSP前级加一个FPGA进行IEC61850-9-2协议的SV以太网数据重组，向DSP提供可直接32位寻址的数据，充分利用纯32位寻址的DSP的数据处理能力。
本发明所采用的技术方案是：使用FPGA，根据IEC61850-9-2协议的SV数据特征，以太网帧头按照32位对齐，进行重组；SV数据中的应用协议数据单元APDU根据其编码规则ASN.1的特征进行重组，形成32位对齐数据；再将重组后的数据将由纯32位寻址的DSP进行数据读取处理。
一种使用可编程逻辑阵列FPGA实现采样值SV数据32位寻址访问的方法，该方法使用FPGA将接收到IEC61850-9-2协议SV数据转化为纯32位寻址处理器可直接读取的数据；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）采用一个可编程逻辑阵列FPGA接收以太网数据；
（2）所述FPGA将接收到的以太网数据通过以太网报文类型码进行筛选，报文类型码为0x88BA的数据是SV数据，对于报文类型码为0x88BA的SV数据通过步骤（3）和步骤（4）进一步处理；
（3）将SV数据中的以太网帧头内容按单元分配32位对齐的存储单元，进行数据拷贝，不足32位部分用0补齐，然后存储在内存中，其中，介质访问控制数据占3个32位单元，其它数据各占1个32位单元，所述以太网帧头内容包括以下数据：介质访问控制数据MAC、优先级和标记Priority&tagged、报文类型码Ethertype、应用标识APPID、长度Length、保留字Reserved；
（4）将SV数据中的应用协议数据单元APDU进行32位对齐重组，其处理方法为：根据IEC61850-9-2协议，SV数据中的应用协议数据单元APDU由多个按照抽象语法记法1、即ASN.1编码规则的数据单元组合而成。将每个按照ASN.1编码规则的数据单元的标记Tag和长度Length组成一个32位数据并且分配一个32位对齐单元存储，数据值Value从下一个32位单元开始存储；如果数据值Value中又嵌套了按照ASN.1编码规则的数据单元，则重新根据上述规则进行处理；
（5）所述FPGA将根据步骤（3）和（4）重组后的SV数据（该数据均按照32位对齐进行了存储）传输给数据处理器DSP，由DSP进行数据读取。
本发明具有以下有益技术效果：
通过FPGA，将SV数据重组为32位对齐的存储，能最大发挥DSP的性能，并且大大简化了DSP应用软件的难度和复杂度。解决了通过编写DPS应用软件进行拆分和重新整合方法处理网络字节序的SV数据方法引起的效率大幅下降问题，能提升解码效率5-10倍。
附图说明
图1为本申请使用FPGA实现SV数据32位寻址访问的方法处理流程图；
图2为IEC61850-9-2中的SV报文帧格式；
图3为SV数据的APDU格式（每个数据单元均使用ASN.1编码规则）；
图4为IEC61850-9-2中的ASN.1编码规则。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本申请公开的使用FPGA实现SV数据32位寻址访问的方法的FPGA数据流程如图1所示，具体实施上包括以下五部分内容：一是接收以太网报文；二是从以太网报文中筛选出采样值SV（SampledValue）数据报文；三是对SV以太网报文的帧头进行32位重组；四是对对SV以太网报文的应用协议数据单元APDU进行32位对齐重组；五是输出重组后的SV以太网报文。下面分别就各部分内容的实现加以说明：
(一)接收以太网报文
FPGA通过介质访问控制MAC，从以太网物理层PHY芯片读取基于IEEE802.3协议的以太网报文。
(二)从以太网报文中筛选出采样值SV（SampledValue）数据报文
基于IEEE802.3的以太网报文有许多种，IEEE著作权登记机构注册了一个基于ISO/IEC8802-3MAC子层以太网类型码，其中采样值报文的以太网类型码为0x88BA。FPGA通过判断此以太网类型码，筛选出采样值SV数据报文。
由于SV以太网报文由报文帧头和应用协议数据单元APDU两部分构成（如附图2），两部分分别采用不同策略，对数据进行32位对齐重组；下面就这两部分数据32位对齐重组的实现加以说明。
(三)对SV以太网报文的帧头进行32位对齐重组
将SV数据中的以太网帧头内容：介质访问控制（MAC）、优先级和标记（Priority&tagged）、报文类型码（Ethertype）、应用标识（APPID）、长度（Length）、保留字（Reserved），这些内容按单元分配32位对齐的存储单元，进行数据拷贝，不足32位部分用0补齐，然后存储在内存中。其中介质访问控制数据占3个32位单元，其它数据各占1个32位单元。
(四)对SV以太网报文的应用协议数据单元APDU进行32位对齐重组
应用协议数据单元APDU（如图3）由多个按照ASN.1编码规则的数据单元组合而成。应用协议数据单元APDU按照ASN.1编码特征进行32位对齐重组是本发明的重点部份，它主要将每个数据单元重组为32位对齐数据。AbstractSyntaxNotationOne(ASN.1)抽象语法符号是一种用来描述应用通讯程序之间交换信息的一种符号，其基本格式是TLV组，即用一个TVL表示一个变量的值：<标记Tag,长度Length,数据值Value>，可嵌套使用，如图4所示。本发明将每个按照ASN.1编码规则的数据单元的Tag和Length组成一个32位数据分配一个32位对齐单元存储，每个按照ASN.1编码规则的数据单元的数据值Value从下一个32位单元开始存储；数据值Value中嵌套的按照ASN.1编码规则的数据单元重新按照上述方法进行32位对齐重组。重组后的每个按照ASN.1编码规则的数据单元描述为：
其中，tag为该按照ASN.1编码规则的数据单元的Tag，占首个32位数据中的前8位；bytes_num为该按照ASN.1编码规则的数据单元原始数据的Length，占首个32位数据的中间16位；dwordsnum为该按照ASN.1编码规则的数据单元存储需要的32位存储单元数，占首个32位数据中的后8位；value[0…255]存储该按照ASN.1编码规则的数据单元的数据值Value，不足32位时用0补齐，数据值Value中嵌套的按照ASN.1编码规则的数据单元按相同方法处理。
(五)输出重组后的SV以太网报文
重组后的数据，在FPGA内存存储,FPGA告诉数据处理器DSP来读取数据。
以上详细描述了本发明在FPGA中实现SV数据32位寻址访问的具体实施方式。

Claims (2)

1.一种使用可编程逻辑阵列FPGA实现采样值SV数据32位寻址访问的方法，该方法使用FPGA将接收到IEC61850-9-2协议SV数据转化为纯32位寻址处理器可直接读取的数据；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)采用一个可编程逻辑阵列FPGA接收以太网数据；
(2)所述FPGA将接收到的以太网数据通过以太网报文类型码进行筛选，报文类型码为0x88BA的数据是SV数据，对于报文类型码为0x88BA的SV数据通过以下步骤进一步处理；
(3)将SV数据中的以太网帧头内容按单元分配32位对齐的存储单元，进行数据拷贝，不足32位部分用0补齐，然后存储在内存中，其中，介质访问控制数据占3个32位存储单元，其它数据各占1个32位存储单元，所述以太网帧头内容包括以下数据：介质访问控制数据MAC、优先级和标记Priority&tagged、报文类型码Ethertype、应用标识APPID、长度Length、保留字Reserved；
(4)将SV数据中的应用协议数据单元APDU进行32位对齐重组，其处理方法为：根据IEC61850-9-2协议，SV数据中的应用协议数据单元APDU由多个按照抽象语法记法1编码规则的数据单元组合而成，所述抽象语法记法1为ASN.1，即对于每个按照ASN.1编码规则的数据单元，将数据单元的标记Tag、长度Length以及该数据单元存储需要的32位存储单元数组成一个32位数据并且分配一个32位对齐的存储单元存储，该数据单元的数据值Value从下一个32位存储单元开始存储；
(5)所述FPGA将根据步骤(3)和(4)重组后的SV数据传输给数据处理器DSP，由DSP进行数据读取，其中重组后的SV数据均按照32位对齐进行了存储。
2.根据权利要求1所述的使用FPGA实现SV数据32位寻址访问的方法，其特征在于：
根据ASN.1单元编码规则，将SV数据转化为纯32位寻址处理器可直接读取的数据，用于符合IEC61850-9-2协议数字化采样值的处理。
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