【導讀】隨著(zhù)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的住宅終端設備中，諸如智能電表和數據集中器，開(kāi)始出現了各種智能分析功能。因此，智能電網(wǎng)越來(lái)越多的需要依賴(lài)各種通信方式來(lái)實(shí)時(shí)的獲取、分析電網(wǎng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題并報告問(wèn)題。數據集中器在智能電網(wǎng)中作為終端用戶(hù)數據的集中器單元，發(fā)揮著(zhù)非常重要的作用。
隨著(zhù)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的住宅終端設備中，諸如智能電表和數據集中器，開(kāi)始出現了各種智能分析功能。因此，智能電網(wǎng)越來(lái)越多的需要依賴(lài)各種通信方式來(lái)實(shí)時(shí)的獲取、分析電網(wǎng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題并報告問(wèn)題。數據集中器在智能電網(wǎng)中作為終端用戶(hù)數據的集中器單元，發(fā)揮著(zhù)非常重要的作用。如今，隨著(zhù)終端設備數量的不斷增加和大量數據交換需求的增長(cháng)，對于數據集中器而言，在性能和接口方面將面臨新的需求和挑戰。因此， 為數據集中器選擇核心處理器單元時(shí)，需考慮其支持各種通信接口，并能夠提供可靠且精確的數據處理的能力。
電網(wǎng)通信的多接口支持
數據集中器通常需要功能強大的、集成多種外設的Arm®處理器，可與諸如電表、氣表和水表等各類(lèi)終端設備或電網(wǎng)基礎設施中任何其他類(lèi)型的監控設備進(jìn)行通信。
RS485作為一種廣泛使用的通信標準，廣泛用于數據集中器中，因此，設計選型時(shí)需考量多個(gè)UART（通用異步收發(fā)傳輸器）端口的支持。除RS485外，以太網(wǎng)作為一種更為高效可靠的通信手段，可以將電網(wǎng)數據實(shí)時(shí)快速更新到控制中心或云服務(wù)器，從而越來(lái)越普遍的使用在某些領(lǐng)域中。此外，低功耗藍牙（BLE），得益于其無(wú)線(xiàn)連通性以及對終端數量的限制較少帶來(lái)的良好擴展性，變得越來(lái)越普及。所有這些通信協(xié)議都可能成為當前或下一代設計的關(guān)鍵功能，因此，這也會(huì )對處理器選型、考量外設以及軟件操作系統時(shí)帶來(lái)更大的挑戰，尤其是當諸如BLE等無(wú)線(xiàn)通信帶來(lái)堆棧移植等軟件開(kāi)發(fā)任務(wù)時(shí)，擁有成熟且支持度較高的軟件操作系統（比如Linux）支持，有助于輕松移植BLE或其他所需的堆棧，就變得尤為重要。
圖1所示的Sitara™AM3352處理器擁有著(zhù)非常豐富的接口資源（6個(gè)UART、2個(gè)以太網(wǎng)端口、3個(gè)SPI），使用主線(xiàn)Linux，且對軟件開(kāi)發(fā)具有廣泛的社區支持，可滿(mǎn)足數據集中器的各類(lèi)接口要求且擁有良好的可擴展性，是集中器平臺的上佳選擇。
圖1：Sitara Arm® Cortex®-A8 處理器
提高電網(wǎng)監控效率
為了能及時(shí)獲取電網(wǎng)狀態(tài)的更新，確保電網(wǎng)實(shí)時(shí)監控的效率，行業(yè)對通信的實(shí)時(shí)性需求越來(lái)越高?，F階段，由于終端設備的采樣速度和精度的提升，終端的通信數據量也隨之增加，因此也帶來(lái)了更高的數據處理能力需求。此外，我們發(fā)現在國內的一些場(chǎng)景中，智能化電網(wǎng)的發(fā)展迅速，一些智能設備已經(jīng)具備了如諧波分析等功能，以實(shí)現電能質(zhì)量分析、管理檢測電網(wǎng)狀態(tài)，并能夠檢測出未經(jīng)授權的終端設備連接。這就使得除可靠性外，對處理器的性能提出了新的挑戰。Sitara AM3352設備可通過(guò)高達1GHz的高性能Cortex-A8內核來(lái)應對這些性能挑戰。與先前在市場(chǎng)上占據主導地位的ARM9設備相比，Arm Cortex-A8設備在相同頻率級別的DMIPS方面的性能幾乎提高了一倍。具有工業(yè)溫度范圍支持的AM3352可作為可靠且擴展性良好的平臺，以相同的硬件設計滿(mǎn)足不同級別的數據處理需求，因為它為同一封裝中提供了300、600、800和1000MHz的不同CPU頻率選擇。
用于保護電網(wǎng)設備的安全保護功能
與大多數Sitara處理器一樣，AM3352提供的安全功能可確保數據集中器在電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中的通信安全。具體而言，AM3352內置AES、SHA、RNG的硬件加密加速器，為產(chǎn)品的通信安全方案提供了有效的實(shí)現方法。除加密功能外，AM3352還支持高級安全啟動(dòng)，可保護您的軟件和系統安全，免遭黑客入侵。所有這些安全功能都提供了保護電網(wǎng)設備的可靠方法。
中國數據集中器2.0標準
智能電網(wǎng)應用在中國發(fā)展及其迅速。各種智能終端設備都能有效監視電網(wǎng)、實(shí)時(shí)報告電網(wǎng)狀態(tài)并實(shí)現故障檢測功能。由此帶來(lái)的海量數據傳輸和處理，都對當前的數據集中器設計帶來(lái)更多挑戰。
在目前投入使用的數據集中器中，大多數設計都是基于內核性能在300MHz?400MHz左右的ARM9器件。在過(guò)去，常使用單通道交流采樣，采樣速度較為有限，且無(wú)需復雜的采樣處理。因此，在設計時(shí)僅采用諸如RS485的低速通信即可滿(mǎn)足設計需求，較差的設計可擴展性，及較低的存儲容量要求（通常小于128 Mb）等短板也并未凸顯出任何問(wèn)題。
但是，為了滿(mǎn)足智能電網(wǎng)設備升級帶來(lái)的性能提升需求，國家電網(wǎng)很快會(huì )發(fā)布數據集中器2.0標準。這些升級需考量使用測量水、電、氣和熱的四合一儀表進(jìn)行數據傳輸的趨勢，同時(shí)還需支持電能質(zhì)量分析和管理功能，這些都需要采樣速度大幅提高。為了實(shí)時(shí)監測，采樣間隔會(huì )縮短至1分鐘，從而導致數據量的大幅增加。而以往數據處理器上的DDR和閃存容量將不足以支持如此規模的數據量，因此需要進(jìn)行處理器平臺的升級。此外，還需要考慮諸如M_BUS，CAN，WIFI等更有效的通信標準的支持，以符合未來(lái)數據集中器2.0標準的高速通信需求。
總之，在未來(lái)發(fā)布的數據集中器2.0標準中，將會(huì )需要更為強大的處理器。ARM的最低頻率為800MHz。一些性能指標也呼之欲出，如：當CPU負載<40％時(shí)，它應為系統提供足夠的性能并保證正常運行；內部總線(xiàn)速度也應高于100 Mbps，以確保實(shí)時(shí)功能；而存儲容量至少需要4 Gb才能存儲大數據流；為了在某??些情況下及時(shí)獲得狀態(tài)更新，目標采樣間隔的最小值為1分鐘。
AM3352處理器，以其高達1GHz的器件系列可成為您新一代集中器中的核心處理器平臺，輕松滿(mǎn)足數據集中器2.0標準中的高性能要求。除TI官方提供的參考設計之外，您還可以利用TI現有的第三方設計資源來(lái)創(chuàng )建基于A(yíng)M3352的模塊系統（SoM）或整體解決方案。
結論
德州儀器的Sitara處理器AM3352提供可擴展性較高的可靠平臺，提供了豐富的外設資源，可滿(mǎn)足不同的性能需求、安全功能，作為處理器平臺而言，支持RS485、以太網(wǎng)、BLE等多種通信協(xié)議（包括SPI和CAN），是您數據集中器的良佳選擇。為幫您入門(mén)，德州儀器提供了TMDXEVM3358評估模塊（EVM），可輕松進(jìn)行數據集中器開(kāi)發(fā)設計。此外，Linux軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK）為評估板提供了相關(guān)的全套啟動(dòng)鏡像，以便客戶(hù)可直接在EVM上測試CPU性能和外設接口功能。
圖2：Sitara TMDXEVM3358評估模塊
此外，另一個(gè)參考設計是Beaglebone Black 開(kāi)發(fā)套件。該套件提供46管腳雙排擴展接頭，使客戶(hù)能夠靈活測試芯片上的任何功能。
其他資源：
● 了解有關(guān)Sitara AM3352處理器的更多信息
● 開(kāi)始使用評估模塊開(kāi)發(fā)數據集中器
● 使用低成本的Beaglebone Black評估模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)
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