本申請(qǐng)涉及一種基于多核微控制器的光伏逆變器軟件架構(gòu)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

一般地，將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流，而實(shí)現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器。與之相對(duì)應(yīng)，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，而實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變?cè)O(shè)備或逆變器。光伏逆變器是將太陽(yáng)能面板產(chǎn)生的直流電能變換為交流電能的裝置。

光伏逆變器的基本功能有：逆變控制、功率管理(MPPT等)、通訊接口、安規(guī)管理。具備光伏面板低壓運(yùn)行功能的逆變器還包含前級(jí)升壓(Boost)控制功能，具備隔離功能的逆變器還包含隔離變壓器等控制功能，非并網(wǎng)逆變器還包含電池管理等控制功能(也稱之為儲(chǔ)能型逆變器)。不同的需求對(duì)應(yīng)不同類型的光伏逆變器，市場(chǎng)需求的變化也將衍生出各種不同類型的光伏逆變器。

目前市場(chǎng)上光伏逆變器的主控單元一般采用雙微控制器(Micro Control Unit，簡(jiǎn)稱MCU)的硬件結(jié)構(gòu)，其中既有安規(guī)認(rèn)證的原因又有芯片負(fù)荷能力的原因。采用雙微控制器硬件結(jié)構(gòu)的光伏逆變器主控單元成本較高，且微控制器間通訊存在延遲不利于信息交互；微控制器間通訊延遲也會(huì)導(dǎo)致雙微控制器不能真正發(fā)揮各自處理能力，不能真正提升運(yùn)算處理效率。

采樣雙微控制器硬件結(jié)構(gòu)的主控單元，不利于更新升級(jí)程序，不利于后續(xù)的程序維護(hù)；且雙微控制器結(jié)構(gòu)也不利于后續(xù)功能升級(jí)項(xiàng)目開發(fā)的平臺(tái)移植，形成開發(fā)成本高周期長(zhǎng)的局面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為提升微控制器處理效率，方便光伏逆變器項(xiàng)目開發(fā)平臺(tái)移植，縮減開發(fā)周期，降低開發(fā)成本以及后續(xù)維護(hù)成本，提出一種基于多核微控制器的光伏逆變器軟件架構(gòu)系統(tǒng)。

為解決以上技術(shù)問題，本申請(qǐng)采取如下技術(shù)方案：

一種基于多核微控制器的光伏逆變器軟件架構(gòu)系統(tǒng)，它包括，硬件抽象層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層，所述的硬件抽象層包括外設(shè)配置管理模塊、外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊，硬件抽象層用于對(duì)微控制器外設(shè)進(jìn)行配置編寫接口程序，在微控制器底層硬件與應(yīng)用層以及操作系統(tǒng)層之間起銜接作用。

優(yōu)選地，所述的操作系統(tǒng)層包括各內(nèi)核間數(shù)據(jù)交互處理模塊、各內(nèi)核操作系統(tǒng)；所述的應(yīng)用層包括運(yùn)行狀態(tài)管理模塊、通訊接口模塊、功率管理模塊、前后級(jí)控制算法模塊、安規(guī)管理模塊、MCU保護(hù)模塊、輸入信號(hào)管理模塊、數(shù)據(jù)處理核、顯示模塊以及調(diào)試模塊。

優(yōu)選地，所述的外設(shè)配置管理模塊用于管理微控制器的外設(shè)從屬關(guān)系配置以及CLA的配置，將外設(shè)依據(jù)需求分配給指定的CPU與CLA、配置CLA運(yùn)行設(shè)定、配置共享RAM分區(qū)。

優(yōu)選地，所述的外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊包括外設(shè)的驅(qū)動(dòng)配置以及應(yīng)用接口程序。

優(yōu)選地，所述的硬件抽象層還包括芯片內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)鐘、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、GPIO。

優(yōu)選地，所述的各內(nèi)核操作系統(tǒng)包括核1、核2、CLA-核1與CLA-核2。

優(yōu)選地，運(yùn)行狀態(tài)管理模塊、通訊接口模塊、功率管理模塊、安規(guī)管理模塊、MCU保護(hù)模塊、輸出信號(hào)管理模塊、顯示模塊以及調(diào)試模塊均在核1中運(yùn)行，前后級(jí)控制算法模塊在核2中運(yùn)行；輸入信號(hào)管理模塊的AD輸入信號(hào)在核2中處理，GPIO輸入信號(hào)在核1中處理。

優(yōu)選地，所述的運(yùn)行狀態(tài)管理模塊，用于光伏逆變器狀態(tài)機(jī)管理；所述的通訊接口模塊，用于逆變器對(duì)外通訊接口；所述的功率管理模塊，用于逆變器功率管理；所述的安規(guī)管理模塊，用于管理逆變器安規(guī)保護(hù)；所述的MCU保護(hù)模塊，用于逆變器的自我保護(hù)功能；所述的輸出信號(hào)管理模塊，用于執(zhí)行逆變輸出動(dòng)作；所述的顯示模塊，用于人機(jī)交互界面LCD信息顯示；所述的調(diào)試模塊，用于對(duì)接測(cè)試工具，對(duì)外傳遞內(nèi)部有效信息；所述的前后級(jí)控制算法模塊，用于Boost控制算法、逆變控制算法、PLL算法、輸出優(yōu)化控制算法；所述的輸入信號(hào)管理模塊，用于處理輸入信號(hào)；所述的數(shù)據(jù)處理核，用于AD采樣轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理。

由于以上技術(shù)方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本申請(qǐng)所述的一種基于多核微控制器的光伏逆變器軟件架構(gòu)系統(tǒng)，單個(gè)微控制器完成逆變器的整體控制任務(wù)；方便光伏逆變器項(xiàng)目開發(fā)平臺(tái)移植，縮減開發(fā)周期；可降低開發(fā)成本以及后續(xù)維護(hù)成本。

附圖說明

圖1圖1多核微控制器軟件架構(gòu)邏輯圖

圖2為本申請(qǐng)的實(shí)施例軟件架構(gòu)邏輯分層圖；

圖3為本申請(qǐng)的實(shí)施例內(nèi)核間數(shù)據(jù)交互圖；

圖4為本申請(qǐng)的實(shí)施例的內(nèi)核間共享數(shù)據(jù)區(qū)交互圖；

圖5為實(shí)施例的內(nèi)核間共享數(shù)據(jù)區(qū)交互讀寫過程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)，而本發(fā)明不受以下實(shí)施例的范圍限制。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體要求做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。

本發(fā)明為提升微控制器處理效率，方便光伏逆變器項(xiàng)目開發(fā)平臺(tái)移植，縮減開發(fā)周期，降低開發(fā)成本以及后續(xù)維護(hù)成本，提出一種基于多核微控制器的光伏逆變器軟件架構(gòu)。

本發(fā)明提供一種基于多核微控制器的光伏逆變器軟件架構(gòu)，以多核微控制器為硬件基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)，其包含硬件抽象層(Hardware abstraction layer)、操作系統(tǒng)層(OSlayer)以及應(yīng)用層(Application layer)。

參見圖1，硬件抽象層包含外設(shè)配置管理模塊、外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊以及芯片內(nèi)其他驅(qū)動(dòng)(系統(tǒng)時(shí)鐘、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、GPIO等配置)模塊，操作系統(tǒng)層包含各內(nèi)核間數(shù)據(jù)交互處理模塊以及各內(nèi)核操作系統(tǒng)，應(yīng)用層包含運(yùn)行狀態(tài)管理模塊、通訊接口模塊、功率管理模塊(MPPT等)、前后級(jí)控制算法模塊(Boost Control、INV Control等)、安規(guī)管理模塊、MCU保護(hù)模塊、輸入信號(hào)管理模塊、數(shù)據(jù)處理核、顯示模塊以及調(diào)試模塊。

參見附圖2，一種基于多核微控制器的光伏逆變器軟件架構(gòu)，以微控制器作為硬件基礎(chǔ)，包括硬件抽象層(Hardware abstraction layer)、操作系統(tǒng)層(OS layer)以及應(yīng)用層(Application layer)。所述的微控制器支持新型雙核C28x(32位CPU，主頻200MHz)架構(gòu)，包含2個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的可編程控制律加速器(CLA，主頻200MHz)。微控制器外設(shè)資源豐富，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大，多達(dá)4個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，通訊接口全面，適合進(jìn)行高性能光伏逆變器開發(fā)。

硬件抽象層包含外設(shè)配置管理模塊、外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊以及芯片內(nèi)其他驅(qū)動(dòng)(系統(tǒng)時(shí)鐘、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、GPIO等配置)模塊，其對(duì)微控制器外設(shè)進(jìn)行配置編寫相應(yīng)的接口程序，在微控制器底層硬件與應(yīng)用層以及操作系統(tǒng)層之間起銜接作用。其中，外設(shè)配置管理模塊負(fù)責(zé)管理微控制器的外設(shè)從屬關(guān)系配置以及CLA的配置，比如將外設(shè)依據(jù)需求分配給指定的CPU與CLA、配置CLA運(yùn)行設(shè)定、配置共享RAM分區(qū)等等；外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊包含各功能外設(shè)的驅(qū)動(dòng)配置以及應(yīng)用接口程序，比如串口外設(shè)驅(qū)動(dòng)配置、CAN外設(shè)驅(qū)動(dòng)配置、SPI外設(shè)配置、ADC驅(qū)動(dòng)配置、EPWM驅(qū)動(dòng)配置、eCAP驅(qū)動(dòng)配置、CMPSS驅(qū)動(dòng)配置等等；芯片內(nèi)其他驅(qū)動(dòng)模塊包含直接與MCU相關(guān)的底層配置，比如SYS Clock配置、SYS Driver配置、Timer配置、GPIO配置等等。操作系統(tǒng)層包含各內(nèi)核間數(shù)據(jù)交互處理模塊以及各內(nèi)核操作系統(tǒng)，實(shí)施例中的微控制器包含2個(gè)C28x核(記作核1與核2)以及2個(gè)獨(dú)立的CLA(記作CLA-核1與CLA-核2)，因此各內(nèi)核操作系統(tǒng)可設(shè)定核1中使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，核2使用前后臺(tái)系統(tǒng)(Super-loop OS)，CLA-核1與CLA-核2依據(jù)微控制器的應(yīng)用手冊(cè)配置任務(wù)執(zhí)行順序。對(duì)于內(nèi)核操作系統(tǒng)所需的系統(tǒng)節(jié)拍時(shí)鐘以及中斷，可自由選取各內(nèi)核的定時(shí)器資源進(jìn)行配置。

參見圖3，各內(nèi)核間數(shù)據(jù)交互處理模塊負(fù)責(zé)處理各內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)交互，主要方法包含直接存儲(chǔ)器存取(DMA)控制器讀取(微控制器自帶)、IPC功能(Interprocessor Communication Module，微控制器自帶)、共享數(shù)據(jù)區(qū)交互功能。

參見圖4與圖5，共享數(shù)據(jù)區(qū)交互功能。實(shí)施例中采用的微控制器的共享RAM需要指定其從屬關(guān)系，共享RAM從屬內(nèi)核可對(duì)其進(jìn)行讀寫操作，而另一內(nèi)核只能進(jìn)行讀操作。故實(shí)施例中共享數(shù)據(jù)區(qū)交互過程如下：

1)在共享RAM中設(shè)定2個(gè)專用數(shù)據(jù)交互區(qū)，記作交互區(qū)A和交互區(qū)B。核1可對(duì)交互區(qū)A進(jìn)行讀寫操作，核2可對(duì)交互區(qū)B進(jìn)行讀寫操作。

2)每個(gè)交互區(qū)由寫標(biāo)記區(qū)以及數(shù)據(jù)區(qū)組成。

3)寫與讀設(shè)定在不同的任務(wù)或者中斷之中，在時(shí)間上斷開關(guān)聯(lián)性。

4)讀之前需要判斷寫標(biāo)記是否完成(0xAA表示寫完成，0x55表示正在寫)。

應(yīng)用層包含運(yùn)行狀態(tài)管理模塊、通訊接口模塊、功率管理模塊(MPPT等)、前后級(jí)控制算法模塊(Boost Control、INV Control等)、安規(guī)管理模塊、MCU保護(hù)模塊、輸入信號(hào)管理模塊、輸出信號(hào)管理模塊、數(shù)據(jù)處理核、顯示模塊以及調(diào)試模塊。

在本發(fā)明實(shí)施例中，運(yùn)行狀態(tài)管理模塊、通訊接口模塊、功率管理模塊、安規(guī)管理模塊、MCU保護(hù)模塊、輸出信號(hào)管理模塊、顯示模塊以及調(diào)試模塊均在核1中運(yùn)行，前后級(jí)控制算法模塊在核2中運(yùn)行；輸入信號(hào)管理模塊的AD輸入信號(hào)在核2中處理，而其他GPIO輸入信號(hào)在核1中處理，數(shù)據(jù)處理核涉及到核1、CLA-核1與CLA-核2的協(xié)同工作。

運(yùn)行狀態(tài)管理模塊，負(fù)責(zé)光伏逆變器狀態(tài)機(jī)管理，涉及到如下狀態(tài)：等待、自檢、運(yùn)行以及錯(cuò)誤。

通訊接口模塊，負(fù)責(zé)逆變器對(duì)外通訊接口，比如外接RAM接口、外接ROM接口、CAN通訊接口、RS485通訊接口、程序在線更新接口等。

功率管理模塊，負(fù)責(zé)逆變器功率管理，比如MPPT、降載控制等。

安規(guī)管理模塊，負(fù)責(zé)管理逆變器安規(guī)保護(hù)，涉及各國(guó)安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。

MCU保護(hù)模塊，負(fù)責(zé)逆變器的自我保護(hù)功能，比如硬件參數(shù)檢測(cè)保護(hù)、微控制器的自檢等，可參照的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)例如UL1998軟件安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

輸出信號(hào)管理模塊，負(fù)責(zé)執(zhí)行逆變輸出動(dòng)作，比如切開對(duì)外連接的relay等。

顯示模塊，負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面LCD信息顯示。

調(diào)試模塊，負(fù)責(zé)對(duì)接測(cè)試工具，對(duì)外傳遞內(nèi)部有效信息。

前后級(jí)控制算法模塊，負(fù)責(zé)Boost控制算法、逆變控制算法、PLL算法、輸出優(yōu)化控制算法等。

輸入信號(hào)管理模塊，負(fù)責(zé)處理輸入信號(hào)，包含AD輸入、市電過零點(diǎn)輸入、其他外部信號(hào)輸入等。

數(shù)據(jù)處理核，負(fù)責(zé)AD采樣轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理，以滿足各功能各任務(wù)的需要。

申請(qǐng)所述的一種基于多核微控制器的光伏逆變器軟件架構(gòu)系統(tǒng)，單個(gè)微控制器完成逆變器的整體控制任務(wù)；方便光伏逆變器項(xiàng)目開發(fā)平臺(tái)移植，縮減開發(fā)周期；可降低開發(fā)成本以及后續(xù)維護(hù)成本。

以上對(duì)本發(fā)明做了詳盡的描述，實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。