MACH 2系统TDM通信接口的研究

摘要：介绍了基于MACH 2系统的TDM总线原理，并以柔性直流输电工程为背景，论述了TDM通信接口在高压直流输电中的具体研究与应用，详细描述了TDM时分多路复用通信方式的性能，并介绍了TDM通讯的编码形式以及校验方式。TDM通信采用IEEE-754标准编码，具有严格的校验方式，较高的可靠性和正确性。这种在一个传输介质上传输多路数字化信号的技术，在高压直流输电控制系统保护中，具有可靠、快速的特点，能够实现串行通信连接，单方向传输，具有单个发送源，一个或多个接收源。因此，TDM总线系统广泛应用于电力系统控制保护领域。
关键字：IEEE-754标；串行通信；TDM通信接口；MACH2系统

0 引言
高压直流输电技术主要用于大容量、长距离输电或跨区域电网联网、并网方面，近些年取得了显著的进步，它将在我国电网方面起到重要作用。控制系统是高压直流输电工程的核心单元，可以充分发挥直流输电系统的调节性能和适应各种运行方式的需要。MACH 2是Modular Advanced Control HVDC(High Vohage Direct Current)and SVC(StaIic Var Compensator) 2nd edition的缩写，是一种基于软件和硬件的开发平台，主要用于直流控制保护系统。

1 TDM通信原理
1．1 TDM总线系统
TDM(Time Division Multiplexer)就足时分多路复用。它将一个时间间隔划分为若干个通道，把不同通道的数据按照预先设定的位置分配时隙(Slot)到一定速率的通路上，每个时隙(Slot)的速率根据时钟信号的频率而定的，每个通道时隙(Slot)的频率，即帧周期为99μs。其中每帧的时隙数即复用的通道数与时钟有关。在MACH 2系统中，主要采用的是TDM总线通信的方式，其结构如图1所示。MACH 2系统主要有两部分组成，一部分是主计算机单元，另一部分是I／O单元。这两部分之间利用DSP实现TDM总线。

一般的，PS860板卡(含一块DSP)用于模拟量信号采集并以TDM方式发送给PS801板卡，由DSP进行数据接收与处理。TDM总线上的传输速率最大可达到15 Mb／s。
1．2 TDM帧结构
TDM这种通信协议，两个以上的信号或数据流可以同时在一条通信线路上传输，其表现为同一通信通道。但在物理层面上来看，信号还是轮流占用物理通道的。时间域被分成周期循环的一些小段，每段时间长度是固定的，每个时段用来传输一个通道的信息。一个TDM帧包括了若干个通道，当这些通道的信息都传输完毕，会随着帧同步信号开始下一帧数据的传输，这样重复传输每一帧的数据。

TDM传输数据时，首先将通信时间分成一定长度的帧，每帧的长度是固定的(如图2所示)。每一帧又被分成若干个时隙(Slot)，即每一帧由若干个时隙(Slot)组成。每帧中的时隙(Slot)是预先分配好的，且这种关系是固定不变。不论是否有数据需要传输，所有时隙(Slot)都会被占用。一般情况，具有N路的输入系统，每帧至少含有N个时隙(Slot)。

从图3 TDM Frame中可以看出，一个TDM总线帧需要3组信号分别用于帧同步(Frame sync)、时钟(Clock)和数据(Data)。MACH 2控制系统所采用的TDM通信的两帧之间间隔配置为99μs，每帧数据最大可以配置32个时隙(Slot)，其中前31个是数据时隙，最后一个时隙(Slot)是校验和。每个时隙(Slot)的长度是固定的，都是32 b信息。
MACH 2控制系统对模拟量数据传输时，按照IEEE-754标准编码对数据进行编码。其中，Frame sync是一个宽为100 ns，周期为99μs的脉冲信号，由于每帧的32个时隙(Slot)是已经固定好的，这个脉冲信号也是不变的。随着帧同步信号上升沿的到来，表示每一帧数据的开始，也就是第一个时隙，即Slot 1。时钟信号Clock是一个频率为10．6 MHz的脉冲信号，每次随着其上升沿的到来，表示传输一个b的数据Data(0或1)。
传送每帧的数据，都会占用这32个时隙(Slot)的长度。其中，前31个时隙(Slot)为数据时隙，可以根据实际需要灵活配置时隙的个数，最大配置为31个时隙(Slot)；第32个时隙(Slot)是校验和，根据前面的数据产生的。