RK3568+FPGA+翼辉操作系统在电力产品的应用
ARM + FPGA架构有何种优势
近年来，随着中国新基建、中国制造2025的持续推进，单ARM处理器越来越难满足工业现场的功能要求，特别是能源电力、工业控制、智慧医疗等行业通常需要ARM + FPGA架构的处理器平台来实现特定的功能，例如多路/高速AD采集、多路网口、多路串口、多路/高速并行DI/DO、高速数据并行处理等。
到底ARM + FPGA架构有什么优势？
ARM：接口资源丰富、功耗低，擅长多媒体显示、逻辑控制等。
FPGA：擅长多通道或高速AD采集、接口拓展、高速信号传输、高速数据并行处理等。
因此，ARM + FPGA架构能带来性能、功耗等综合比较优势，ARM与FPGA既可各司其职，各自发挥原本架构的独特优势，亦可相互协作处理更复杂的问题。
为何需要ARM + FPGA高速通信
在工业应用场景，一般FPGA作为数据采集前端，常常有大量的数据需要传输给ARM进行处理。如能源电力，会用FPGA作为高速AD或多通道AD采集，然后将产生的大量数据传输给ARM做AD数据存储和处理；又如智慧医疗，FPGA需将采集和处理的高清视频数据传输至ARM，让ARM对高速视频数据进行视频显示、编码或存储。因此，“ARM + FPGA高速通信”是“ARM + FPGA架构”项目成功的关键因素。
SylixOS（MS-RTOS）电力产品应用简介
一、电网传统装置：
- 继电保护、测控、稳控、PMU、时间同步、故障录波等装置（输变电）
一般使用AMP方案，少数客户使用SMP方案。2019年11月使用SylixOS的国内首台100%全国产化500kv继电保护装置在河南投运（许继）；一个月后，四方继保、国电南自等客户使用SylixOS的100%全国产化继电保护装置陆续在佛山三洲变和广州猎德变挂网。软件框图如下：
2020年10月，金智科技、积成电子、东方电子等客户在国网电科院、开普等机构进行继电保护装置入网检测；后续中略智能、华瑞泰等企业也使用SylixOS开始全国产化装置研发；
2020年国家电网要求前几大家进行整站国产化，前期基于SylixOS开发的头部企业分别基于前期平台进行测控、稳控、PMU、时间同步等装置的研发；
- DTU、FTU等装置（配电）
四方继保、东方电子等前期使用SylixOS的用户基于前期软硬件平台开发相关装置；
长园深瑞在南网项目中使用SylixOS开发相关装置包括充电桩、光伏并网终端、微电网控制器等装置并投用；
- 热工保护、发电站保护装置（发电）
与保护装置类似，主要与东方电气进行相关装置研发，基本基于以上方案；预计2021年4月产品将在 东方电气与国电投在四川成立的“能源工控安全工程实验室”检测并完善发电站相关装置测试标准。
- 超高压直流保护装置（输变电）
与许继进行超高压直流保护装置开发合作；
说明：
1.以上AMP方案均提供：
基于共享内存的核间通信方式（双系统模式可提供虚拟网卡、网络文件系统等通信方式）；
支持可信计算；
支持网络防火墙（配合FPGA功能通过电力监控系统装置网络安全专项测试）；
提供生产打包工具；
2.行业内竞争方案：
Linux+裸机开源代码模式，针对此类行业客户需要抓准先机，linux+裸机的AMP模式一般芯片厂家开发较晚，SylixOS在此方面有一定优势，可快速适配并推出方案。以及SylixOS在全国产化方面的一些经验，后续芯片更换之后可快速适配推出产品，如下是部分常用BOM表：
|
器件 |
原BOM |
替代1 |
替代2 |
|
CPU |
ZYNQ-7015(Xilinx) |
2K1000(龙芯) |
T3(全志) |
|
MCU |
MK64FN1M0VLQ12（NXP） |
GD32F450VGT6(兆易) |
GD32F450VGT6(兆易) |
|
FPGA |
ZYNQ-7015(Xilinx) |
GW3AT-100(高云) |
PGL50H(紫光同创) PGT180H(紫光同创) |
|
DRAM |
IS43TR16640BL-107MBLI(ISSI) |
SCB15H1G160AF(紫光国芯) |
|
|
S-NOR |
IS25LP256D-JMLE(ISSI)12 |
GD25S512M(兆易) |
|
|
eMMC NAND |
MTFC4GACAJCN-4M IT(Micron) |
IS21S04G(ISSI)12 |
GD5F4GQ4UBYIG(兆易) |
|
RS-485 |
SN65HVD82DR(TI) |
TP8485E(思瑞浦) |
BL3085B(上海贝岭) |
|
RS-232 |
MAX202EESE(Maxim) |
TP3232N(思瑞浦) |
|
|
逻辑 |
TI/NXP |
安世半导体 |
|
|
晶振 |
EPSON |
唐山晶源 |
|
|
RTC |
DS3232(Maxim) |
BL8025T(上海贝岭) |
FM38025T(复旦微) |
|
复位 |
MAX823(Maxim) |
SGM706(圣邦) |
|
|
电源 |
TI |
矽力杰、钰泰 |
|
|
以太网 |
DP83848(TI) |
ZX5201(中兴微) |
N/A |
|
FRAM |
FM24CL64B-GTR(Cypress) |
MB85RC64TAPNF(Fujitsu) |
N/A |
|
信号链 |
ADI/TI |
N/A |
N/A |
二、电网配用电装置（MS-RTOS）
- 智能电表
（方案不过多赘述）
- 智能开关
类似于智能开关、智能电表这类小型智能化装置一般需要先联系到电网职能机构或省网进行交流。
优势为：可随核心模块出厂基础应用，定义通信规约，计量数据等通用组件。提供动态装载，安全隔离等功能，其他厂家可基于统一平台进行开发。
目前与南方电网进行智能电表开发、与智芯微电子进行智能开关的开发；
- FTU/DTU
由于目前智能装置需要软件APP化，此类装置已经成为Linux生态的一部分，所以可以选择搭载Linxu+MS-RTOS方案；优势如智能开关。目前与智芯微电子进行相关开发；
- 未进入领域：载波模块（HPLC）、电网微功率无线模块等
此类装置对功耗要求较高，且不存在二次开发情况，需要与具体客户沟通出创新点，如功能增加，多模块统一在一个硬件模块上等
三、发电装置(SylixOS)
- DCS/PLC
SylixOS主要用于DCS的控制器上，具体方案如下：
目前已经在华能投用，国核自仪的仪控系统正在研发仲，预计明年投用。
另外此行业中不仅火电站可用，水电与风电同样有机会。在核电领域更加契合（已经与广利核、中核控制开展相关研发工作）：
针对能源行业安全等级较高的应用场景，我们可以提供安全版操作系统，严格按照EN50128/IEC61508 SIL3等级进行开发，对安全需求有明确的设计实现，同时对标IEEE-1012提供软件V&V支持，对于不同安全等级的软件提供差异化的V&V支持。
安全版本与非安全版本操作系统内核接口统一，可帮助客户进行软件平台统一。
说明：与电网公司或省电网公司可具体在配用电领域相关装置进行沟通，如数研院，省电网等（智能开关、智能电表、FTU/DTU、充电桩等）。其他厂家可根据装置类型进行寻找。
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