【導讀】隨著智能電網的快速發展，越來越多的住宅終端設備中，諸如智能電表和數據集中器，開始出現了各種智能分析功能。因此，智能電網越來越多的需要依賴各種通信方式來實時的獲取、分析電網狀態，及時發現問題并報告問題。數據集中器在智能電網中作為終端用戶數據的集中器單元，發揮著非常重要的作用。
隨著智能電網的快速發展，越來越多的住宅終端設備中，諸如智能電表和數據集中器，開始出現了各種智能分析功能。因此，智能電網越來越多的需要依賴各種通信方式來實時的獲取、分析電網狀態，及時發現問題并報告問題。數據集中器在智能電網中作為終端用戶數據的集中器單元，發揮著非常重要的作用。如今，隨著終端設備數量的不斷增加和大量數據交換需求的增長，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，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、氣表和水表等各類終端設備或電網基礎設施中任何其他類型的監控設備進行通信。
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，設計選型時需考量多個UART（通用異步收發傳輸器）端口的支持。除RS485外，以太網作為一種更為高效可靠的通信手段，可以將電網數據實時快速更新到控制中心或云服務器，從而越來越普遍的使用在某些領域中。此外，低功耗藍牙（BLE），得益于其無線連通性以及對終端數量的限制較少帶來的良好擴展性，變得越來越普及。所有這些通信協議都可能成為當前或下一代設計的關鍵功能，因此，這也會對處理器選型、考量外設以及軟件操作系統時帶來更大的挑戰，尤其是當諸如BLE等無線通信帶來堆棧移植等軟件開發任務時，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處理器擁有著非常豐富的接口資源（6個UART、2個以太網端口、3個SPI），使用主線Linux，且對軟件開發具有廣泛的社區支持，可滿足數據集中器的各類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
提高電網監控效率
為了能及時獲取電網狀態的更新，確保電網實時監控的效率，行業對通信的實時性需求越來越高?，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，因此也帶來了更高的數據處理能力需求。此外，我們發現在國內的一些場景中，智能化電網的發展迅速，一些智能設備已經具備了如諧波分析等功能，以實現電能質量分析、管理檢測電網狀態，并能夠檢測出未經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設備可通過高達1GHz的高性能Cortex-A8內核來應對這些性能挑戰。與先前在市場上占據主導地位的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網絡中的通信安全。具體而言，AM3352內置AES、SHA、RNG的硬件加密加速器，為產品的通信安全方案提供了有效的實現方法。除加密功能外，AM3352還支持高級安全啟動，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設備的可靠方法。
中國數據集中器2.0標準
智能電網應用在中國發展及其迅速。各種智能終端設備都能有效監視電網、實時報告電網狀態并實現故障檢測功能。由此帶來的海量數據傳輸和處理，都對當前的數據集中器設計帶來更多挑戰。
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。在過去，常使用單通道交流采樣，采樣速度較為有限，且無需復雜的采樣處理。因此，在設計時僅采用諸如RS485的低速通信即可滿足設計需求，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題。
但是，為了滿足智能電網設備升級帶來的性能提升需求，國家電網很快會發布數據集中器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行數據傳輸的趨勢，同時還需支持電能質量分析和管理功能，這些都需要采樣速度大幅提高。為了實時監測，采樣間隔會縮短至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，以符合未來數據集中器2.0標準的高速通信需求。
總之，在未來發布的數據集中器2.0標準中，將會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，它應為系統提供足夠的性能并保證正常運行；內部總線速度也應高于100 Mbps，以確保實時功能；而存儲容量至少需要4 Gb才能存儲大數據流；為了在某??些情況下及時獲得狀態更新，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創建基于AM3352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、BLE等多種通信協議（包括SPI和CAN），是您數據集中器的良佳選擇。為幫您入門，德州儀器提供了TMDXEVM3358評估模塊（EVM），可輕松進行數據集中器開發設計。此外，Linux軟件開發套件（SDK）為評估板提供了相關的全套啟動鏡像，以便客戶可直接在EVM上測試CPU性能和外設接口功能。
圖2：Sitara TMDXEVM3358評估模塊
此外，另一個參考設計是Beaglebone Black 開發套件。該套件提供46管腳雙排擴展接頭，使客戶能夠靈活測試芯片上的任何功能。
其他資源：
● 了解有關Sitara AM3352處理器的更多信息
● 開始使用評估模塊開發數據集中器
● 使用低成本的Beaglebone Black評估模塊進行開發
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