DSP/BIOS在电能质量监测终端中的应用分析

DSP（数字信号处理器）在现今的工程应用中使用越来越频繁。其原因主要有三点：第一，它具有强大的运算能力，能够胜任FFT、数字滤波等各种数字信号处理算法；第二，各大DSP厂商都为自己的产品设计了相关的IDE（集成开发环境），使得DSP应用程序的开发如虎添翼；第三，具有高性价比，相对于它强大的性能，不高的价格有着绝对的竞争力。
　　TI为本公司的DSP设计了集成可视化开发环境CCS（Code Composer Studio），而DSP／BIOS是CCS的重要组成部分。它实质上是一种基于TMS320系列DSP平台的实时操作系统内核，也是TI公司实时软件技术——eXpress DSP技术的核心部分。DSP／BIOS主要包含三方面的内容：多线程内核、实时分析工具、外设配置库。
　　1 系统功能需求
　　电能质量监测终端主要功能是对电网（三相电压、电流）的电能质量进行实时监测与分析。其主要监测量有：电压、电流有效值，有功、无功功率，电压频率，三相不平衡，各次谐波电压、电流含有率，功率因素，相移功率因素，电压波动，长时间、短时间闪变。
　　系统选用TI公司的高性能DSP芯片TMS320F2812作为处理核心，其150 MIPS的处理速度足以满足本系统的实时性要求。按照系统需求，将本系统分成以下功能模块：引导自检模块、采集任务执行模块、电能质量数据预处理模块、电能质量分析运算模块、数据存储模块、通信模块、人机交互模块。按照传统的编程方式，这些功能模块将以顺序结构形式组织在一起，各模块之间的调用和切换都由各模块自身的代码来完成，使得应用程序各模块之间处于一种耦合状态。如果要添加新的功能模块或者修改已有的功能模块，不但要修改与之相关模块的调用代码，而且新增模块也会明显影响到原有系统的时间响应特性，使得升级、维护起来相当麻烦。DSP／BIOS的出现提供了另外一种组织应用程序各功能模块的机制。它将各功能模块作为任务线程来看待，通过可配置的内核服务使各任务线程在系统调度器的安排下按照优先级的高低分时复用CPU资源，各个任务线程之间通过同步、通信、数据交换等进行协调。这种机制使得应用程序可维护性提高，并且提供了更方便、更高级的谪试手段。根据以上特点，本系统采用DSP／BIOS作为实时内核，并以此为基础对整个系统进行设计。
　　图1为系统在DSP／BIOS下的功能模块分类。