國產ARM+FPGA架構在“能源電力”中的典型應用詳解

Tronlong--

能源電力作為國民經濟發展的“先導產業”和“基礎行業”，面對當今復雜多變的國際形勢，國內能源電力企業為追求更高的自主可控，正不斷尋求各種經過行業驗證的國產方案。
而單ARM架構已很難應對能源電力多通道/高速AD數據采集、處理、存儲和顯示的應用場景。目前，ARM + FPGA異構多核框架已成為能源電力行業的經典架構，可輕松面對廣泛的應用場景。


能源電力中“典型應用”舉例
國產ARM + FPGA平臺與架構，在如下能源電力應用場景中被廣泛應用：

國產AD + FPGA + ARM方案，國產化率100%

為滿足能源電力行業的“國產化”需求，創龍科技推出了國內首發全國產ARM + FPGA平臺方案（SOM-TLT3F工業核心板），并適配國產多通道并口AD，處理器、ROM、RAM、電源、晶振、連接器等均采用國產工業級方案，國產化率100%。
此全國產平臺基于全志T3 ARM + 紫光同創Logos FPGA設計，適配的國產多通道并口AD為核芯互聯的CL1606、CL1616。

圖1 SOM-TLT3F工業核心板正反面

圖2 TLT3F-EVM工業評估板資源框圖

CL1606是一款16位、8通道同步采樣AD芯片，并行采樣率高達200KSPS，而CL1616是一款16位、16通道雙路同步采樣AD芯片，并行采樣率高達500KSPS。

圖3 CL1616芯片

紫光同創Logos PGL25G/PGL50G FPGA在工業領域應用廣泛，邏輯資源分別為27072/51360，與國外友商產品pin to pin兼容，主要用于多通道/高速AD采集或接口拓展。因其價格低、質量穩定、開發環境易用等優點，受到工業用戶的廣泛好評。尤其是開發環境，最快3天可完成從國外友商產品到紫光同創產品的切換。
全志T3為準車規級芯片，四核ARM Cortex-A7架構，主頻高達1.2GHz，支持雙路網口、八路UART、SATA大容量存儲接口，同時支持4路顯示、GPU以及1080P H.264視頻硬件編解碼。另外，創龍科技已在T3平臺適配國產嵌入式系統翼輝SylixOS，真正實現軟硬件國產化。

圖4 方案系統框圖

FPGA高達64路AD同步采樣

在電力線路測量和保護系統中，需要對多相輸配電網絡的大量電流和電壓通道進行同步采樣，核芯互聯CL1606/CL1616是目前電力系統中最常用的國產ADC采樣芯片之一。
SOM-TLT3F工業核心板的FPGA端引出的IO資源共97 個。CL1616并行模式采集需要的IO資源：數據線16個，控制線6個，合計22個。4片CL1616則需要IO資源共88個。因此，SOM-TLT3F的FPGA端最高可實現高達64路AD同步采樣。

圖5 CL1616 AD模塊

55MB/s的FPGA與ARM數據高速傳輸

全志T3 + 紫光同創Logos平臺有多種高速通信方式，讓ARM與FPGA輕松互連。
● Dual SPI總線，雙向通信，實測寫速率達11.6MB/s、讀速率達17.8MB/s。● CSI總線，單向通信，實測讀速率達55.1MB/s。● SDIO總線，雙向通信，實測寫速率達5.1MB/s、讀速率達5.4MB/s。


Qt波形流暢顯示，1TB大容量存儲

紫光同創Logos FPGA將采集到的AD數據，通過核心板內部互聯的高速接口傳送至T3 ARM。T3 ARM運行Qt程序，并將讀取到的AD數據進行波形顯示。
并且，T3支持3Gbps速率SATA接口，可適配1T或以上大容量存儲，方便數據長期保存。
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