一种多CPU板卡装置内部统一通信系统及方法与流程

本发明涉及电力系统保护和控制，具体涉及一种多cpu板卡装置内部统一通信系统及方法。

背景技术：

1、随着电力自动化嵌入式软硬件开发逐步向模块化、插件化、可视化、平台化方向发展，电力系统保护和控制装置通常使用插板式设计，将装置按照功能划分为电源板、cpu板、开入开出板、数据采集板等板卡。并且根据装置的应用要求，会有使用多块cpu板卡的应用情况。但是不同cpu板卡的使用模式，是否运行操作系统等情况使得不同cpu及核心间的数据通信方式通常是定制式设计，不具备通用性，在更换不同形式cpu板卡后又需要重新设计通信方式，大大增加开发工作量。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多cpu板卡装置内部统一通信系统及方法，以解决电力系统保护和控制装置中不同的多cpu板卡配置需设计不同cpu内部数据通信方式的问题。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种多cpu板卡装置内部统一通信方法，包括：

4、各cpu板卡间物理连接采用lvds背板通信接口，cpu板卡分为amp模式cpu板卡和smp模式cpu板卡。amp模式cpu板卡中的核心按照是否运行操作系统分为系统核与裸核，裸核按照功能分为运算核与采集核，其中由采集核负责lvds背板总线通信。所述smp模式cpu板卡上运行多核操作系统，lvds背板总线通信均由多核操作系统进行管理。

5、各cpu板卡跨cpu板卡通信报文格式为：

6、跨cpu板卡通信报文＝fpga报文属性+fpga报文类型+fpga保留字段+以太网mac报文。

7、优选的：针对amp模式cpu：系统核模拟虚拟网卡进行tcp/udp报文通信，裸核则按照udp报文格式通信，cpu板卡内各核之间的数据交互采用共享内存，在共享内存中，每个核均有自己的报文发送队列和报文接收队列，发送报文的过程就是将报文数据push到发送队列中，采集核的“数据路由模块”会在定时中断中定时读取报文，如果是lvds背板通信报文，解析出目的mac地址，如果是本cpu报文，则通过memcpy操作，将数据push到本cpu对应核的接收队列缓冲区中。如果是跨cpu板卡通信报文，即发送给其他cpu板卡的报文，则将跨cpu板卡通信报文发送到lvds背板总线。

8、优选的：针对smp模式cpu：将lvds背板总线通信完全模拟成虚拟网卡。

9、优选的：裸核与裸核之间通信采用udp报文。系统核或smp模式cpu板卡之间通信采用tcp或udp报文。系统核或smp模式cpu板卡与裸核之间通信采用udp报文。

10、优选的：cpu板卡的ip地址为：100.100.x.y，其中x位按照总线节点地址设置，地址范围0-31，最多支持32个节点，amp模式cpu内各个核心的ip地址的y位按照核心编号增1设置，smp模式cpu的ip地址的y位就为1。

11、优选的：cpu板卡的mac地址规则为：1c:aa:hex(ip_addr)，hex(ip_addr)表示4位ip地址的hex数值作为剩余的4位mac地址。

12、优选的：采集核中“数据路由模块”处理时，应优先处理裸核间的统一通信报文，只有在裸核的统一通信报文处理完成后，才进一步处理系统核的相关通信。

13、优选的：fpga报文属性为4个字节，包括20位报文时标，12位报文长度。fpga报文类型为1个字节，fpga保留字段为3个字节。

14、一种多cpu板卡装置内部统一通信系统，采用上述多cpu板卡装置内部统一通信方法，各cpu板卡间通过lvds背板通信接口连接，cpu板卡分为amp模式cpu板卡和smp模式cpu板卡。amp模式cpu板卡中的核心分为系统核与裸核，裸核分为运算核与采集核，其中由采集核负责lvds背板总线通信。所述smp模式cpu板卡上运行多核操作系统，lvds背板总线通信均由多核操作系统进行管理。

15、各cpu板卡跨cpu板卡通信报文格式为：

16、跨cpu板卡通信报文＝fpga报文属性+fpga报文类型+fpga保留字段+以太网mac报文。

17、优选的：系统核模拟虚拟网卡进行tcp/udp报文通信，裸核则按照udp报文格式通信，cpu板卡内各核之间的数据交互采用共享内存，在共享内存中，每个核均有自己的报文发送队列和报文接收队列，发送报文的过程就是将报文数据push到发送队列中，采集核的“数据路由模块”会在定时中断中定时读取报文，如果是lvds背板通信报文，解析出目的mac地址，如果是本cpu报文，则通过memcpy操作，将数据push到本cpu对应核的接收队列缓冲区中。如果是跨cpu板卡通信报文，即发送给其他cpu板卡的报文，则将跨cpu板卡通信报文发送到lvds背板总线。

18、本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

19、本发明的各cpu板卡跨cpu板卡通信报文采用fpga报文属性+fpga报文类型+fpga保留字段+以太网mac报文，从而实现跨cpu板卡通信，解决了电力系统保护和控制装置中不同的多cpu板卡配置需设计不同cpu内部数据通信方式的问题。

技术特征：

1.一种多cpu板卡装置内部统一通信方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述多cpu板卡装置内部统一通信方法，其特征在于：针对amp模式cpu：系统核模拟虚拟网卡进行tcp/udp报文通信，裸核则按照udp报文格式通信，cpu板卡内各核之间的数据交互采用共享内存，在共享内存中，每个核均有自己的报文发送队列和报文接收队列，发送报文的过程就是将报文数据push到发送队列中，采集核的“数据路由模块”会在定时中断中定时读取报文，如果是lvds背板通信报文，解析出目的mac地址，如果是本cpu报文，则通过memcpy操作，将数据push到本cpu对应核的接收队列缓冲区中；如果是跨cpu板卡通信报文，即发送给其他cpu板卡的报文，则将跨cpu板卡通信报文发送到lvds背板总线。

3.根据权利要求2所述多cpu板卡装置内部统一通信方法，其特征在于：针对smp模式cpu：将lvds背板总线通信完全模拟成虚拟网卡。

4.根据权利要求3所述多cpu板卡装置内部统一通信方法，其特征在于：裸核与裸核之间通信采用udp报文；系统核或smp模式cpu板卡之间通信采用tcp或udp报文；系统核或smp模式cpu板卡与裸核之间通信采用udp报文。

5.根据权利要求4所述多cpu板卡装置内部统一通信方法，其特征在于：cpu板卡的ip地址为：100.100.x.y，其中x位按照总线节点地址设置，地址范围0-31，最多支持32个节点，amp模式cpu内各个核心的ip地址的y位按照核心编号增1设置，smp模式cpu的ip地址的y位就为1。

6.根据权利要求5所述多cpu板卡装置内部统一通信方法，其特征在于：cpu板卡的mac地址规则为：1c:aa:hex(ip_addr)，hex(ip_addr)表示4位ip地址的hex数值作为剩余的4位mac地址。

7.根据权利要求6所述多cpu板卡装置内部统一通信方法，其特征在于：采集核中“数据路由模块”处理时，应优先处理裸核间的统一通信报文，只有在裸核的统一通信报文处理完成后，才进一步处理系统核的相关通信。

8.根据权利要求7所述多cpu板卡装置内部统一通信方法，其特征在于：fpga报文属性为4个字节，包括20位报文时标，12位报文长度；fpga报文类型为1个字节，fpga保留字段为3个字节。

9.一种多cpu板卡装置内部统一通信系统，其特征在于：采用权利要求1所述多cpu板卡装置内部统一通信方法，各cpu板卡间通过lvds背板通信接口连接，cpu板卡分为amp模式cpu板卡和smp模式cpu板卡；amp模式cpu板卡中的核心分为系统核与裸核，裸核分为运算核与采集核，其中由采集核负责lvds背板总线通信；所述smp模式cpu板卡上运行多核操作系统，lvds背板总线通信均由多核操作系统进行管理；

10.根据权利要求9所述多cpu板卡装置内部统一通信系统，其特征在于：系统核模拟虚拟网卡进行tcp/udp报文通信，裸核则按照udp报文格式通信，cpu板卡内各核之间的数据交互采用共享内存，在共享内存中，每个核均有自己的报文发送队列和报文接收队列，发送报文的过程就是将报文数据push到发送队列中，采集核的“数据路由模块”会在定时中断中定时读取报文，如果是lvds背板通信报文，解析出目的mac地址，如果是本cpu报文，则通过memcpy操作，将数据push到本cpu对应核的接收队列缓冲区中；如果是跨cpu板卡通信报文，即发送给其他cpu板卡的报文，则将跨cpu板卡通信报文发送到lvds背板总线。

技术总结
本发明公开了一种多CPU板卡装置内部统一通信系统及方法，各CPU板卡间物理连接采用LVDS背板通信接口，CPU板卡分为AMP模式CPU板卡和SMP模式CPU板卡；AMP模式CPU板卡中的核心为系统核与裸核，裸核分为运算核与采集核，采集核负责LVDS背板总线通信；所述SMP模式CPU板卡上运行多核操作系统，LVDS背板总线通信均由多核操作系统进行管理；各CPU板卡跨CPU板卡通信报文采用FPGA报文属性+FPGA报文类型+FPGA保留字段+以太网MAC报文。本发明实现了跨CPU板卡通信，解决了电力系统保护和控制装置中不同的多CPU板卡配置需设计不同CPU内部数据通信方式的问题。

技术研发人员：仲伟,严洪峰,李亚锋,王仲,李孝武
受保护的技术使用者：江苏金智科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16