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电子仿真计算机设计方案：922-基于6U VPX的全国产化电力电子仿真计算机

 

 

 

一、设备概述

      设计一款基于 CPU+FPGA+IO 的异构可扩展高性能国产化仿真测控平台，要求完成硬件设计，驱动调试，数据链路传输。主芯片采用国产化芯片，工业级。

基本架构：

 

 

 

主要板卡部件如下：


部件

最低参数要求

数量

机箱（含电源）

6U VPX 机箱

1

CPU 系统板

4 核 2GHz 以上，16G DDR4 以上，512G 硬盘
（VPX-M8 6U VPX 飞腾处理器刀片计算机）
Xenomai 系统移植与 SFP、PCIe 的实时域驱动

1

FPGA 计算板

定制，复旦微 FMQL45T900+JMF7V690T80，4 或 8 通道 QSPF+，每通道 20Gbps 以上，Aurora 协议
Xenomai 实时域驱动

5

VPX 背板

定制
Xenomai 实时域驱动

1

AO

定制，16 或 32 路模拟量输出，200kbps~1Mbps，14~16 位，±16V，差分输入，DB37 接口
电 Xenomai 实时域驱动

2

AI

定制，16 或 32 路模拟量输入，200kbps~1Mbps，14~16 位，±16V，DB37 接口
Xenomai 实时域驱动

2

DO

定制，64 路数字量输出，200kbps~1Mbps，推挽输出，30V，支持 PWM 模式，DB37 接口

2

DI

定制，64 路数字量输入，200kbps~1Mbps，光耦隔离，30V，DB37 接口

2

其它

QSFP 转 SFP 光纤、光模块、光纤、线缆

1

试验

板级与整机 CNAS、CE 等认证的型式试验

1

合计

 

  

 

 

 


二、基于 FMQL45T900+JMF7V690T80 的 6U VPX 光纤计算卡
      本板卡基于标准 6U VPX 架构，为通用高性能光纤计算卡，板卡采用一片 1 片 FMQL45T900 和 1 片 JMF7V690T80 作为主处理器，FMQL45T900 负责管理板卡的上电时序，时钟配置，系统及模块复位, 程序重配，低速 AD，DA，数字 IO 接入等。JMF7V690T80 负责光纤数据接入、PCIe 数据传输、加速计算等任务。原理框图如下图所示：

 

 

 图 1: 信号处理平台原理框图

三、半实物仿真软件开发

 

 

 

      采用开放式软件 / 硬件架构，使用模块化、标准化设计，可根据实际需求快速实现定制软件功能开发、分布式节点设备增加、算力提升、I/O 接口扩充等功能;
      1. 支持系统级多学科联合仿真
      2. 支持国内外多种建模仿真工具平台
MATLAB、SimCenter AMESim/Motion、MWorks、Simpack、Dymola、Car/TruckSim、ECUTest、CarMaker、MapleSim 等多学科、多领域仿真建模软件构建大型、复杂实验场景，使用 RTSimPlus 主控管理软件可在单机多核、多机分布式硬件产品平台快速部署，快速开展验证试验；
      3. 友好的人机交互
完善的仿真管理、自动测试、数据监视、图形仪表控件显示和数据处理分析工具、全中文操作界面，提供完善的支持文档；
      4. 强大的实时运算能力
采用高性能处理器 FPGA 技术，实现单机实时并行、多机分布式场景下的复杂模型解算，完成微秒级确定时间内的控制算法执行和中断调度任务。
      5. 丰富的 I/O 接口能力
      1）具备故障注入、信号调理、综合配线等多种信号适配完整解决方案；
      2）提供各种模拟量、数字量、总线协议等类型板卡，覆盖电力电子、汽车、高铁等领域的 I/O 接口应用需求。
 
开发运行流程：