一种基于FPGA的故障检测、传输和处理方法及系统与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种基于fpga的故障检测、传输和处理方法及系统。

背景技术：

1、由板卡互联构成的大功率自动化测试系统存在因被测件失效或控制电路失效带来的高风险问题、人工定位系统故障困难问题，以及需要构建互联系统纳秒级即时故障保护机制等问题。

2、现有的互联系统多使用纯硬件电路实现故障传输或通过can、lin等通信总线进行传输。通过纯硬件电路构建故障检测、传输及处理机制：系统内部设置了一条故障总线，互联系统中某板卡组件中发生故障时，直接拉高或拉低故障总线向系统中其他板卡组件进行故障传输，其他板卡进行故障响应。通过can、lin等通信总线进行故障传输配合硬件电路实现故障检测、故障响应机制：当互联系统中某板卡组件中发生故障时，通过通信总线进行故障传输，其他板卡组件接收到故障帧后进行故障响应。然而，现有由纯硬件电路构成的故障检测、传输及响应机制虽然响应速度和可靠性比较高，但是要求故障排查人员具有比较强的电路、电气分析能力，且互联系统较复杂时故障排查比较耗费时间。现有由通信总线进行故障传输的方式，可以将具体故障进行编码，便于故障排查定位，但是往往通信总线的速率相对于硬件直接传输的速率慢很多，通常最快仅能做到微秒级响应。适合非紧急故障传输、不适合在需要即时响应保护的大功率自动化测试系统中应用。

3、因此，亟需一种基于fpga的互联系统的故障检测方法及系统，能够实现纳秒级的响应速度，高速准确地进行故障定位，对于紧急故障传输和非紧急故障传输均适用。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于fpga的故障检测、传输和处理方法及系统，能够实现纳秒级的响应速度，高速准确地进行故障定位，对于紧急故障传输和非紧急故障传输均适用。

2、本发明提供了一种基于fpga的故障检测、传输和处理方法，包括如下步骤：

3、s1、当前板卡中的fpga故障逻辑模块根据接收到的信号判断信号是否为故障信号；若信号为故障信号，则进入s2；其中，故障信号包括一级故障信号和二级故障信号，一级故障信号包括来自检测电路和/或采集电路的硬件故障信号，二级故障信号包括mcu产生的软件故障信号；

4、s2、fpga故障逻辑模块记录故障信号的故障信息，通过控制电路控制当前板卡停止信号输出并断开连接，mcu中断当前的测试流程，同时将故障信息上报上位机；

5、s3、工作人员根据上位机展示的故障信息进行故障排查和处理。

6、进一步的，若信号为一级故障信号，s2，fpga故障逻辑模块记录故障信号的故障信息，通过控制电路控制当前板卡停止信号输出并断开连接包括：

7、s21、fpga故障逻辑模块将故障信号的故障信息写入一级故障信息寄存器，立即通过控制电路控制当前板卡停止信号输出并断开连接，发送中断信号至mcu，同时，当前板卡通过一级故障总线通知与自身互联的其他板卡；

8、s22、mcu接收到中断信号后，中断当前的测试流程，同时将故障信息上报上位机，上报完成后，清除中断信号。

9、进一步的，若信号为二级故障信号，s2，fpga故障逻辑模块记录故障信号的故障信息，通过控制电路控制当前板卡停止信号输出并断开连接包括：

10、s21’、mcu中断当前的测试流程，将故障信号的故障信息写入二级故障信息寄存器，同时将故障信息上报上位机；

11、s22’、fpga故障逻辑模块立即通过控制电路控制当前板卡停止信号输出并断开连接。

12、进一步的，当前板卡通过一级故障总线通知与自身互联的其他板卡具体包括：

13、s2.1、发生一级故障的当前板卡通过fpga故障逻辑模块中的一级故障总线控制及监测逻辑模块控制双向io接口从输入模式切换为输出模式，并将一级故障总线设置为故障状态；

14、s2.2、与当前板卡互联的其他板卡中的一级故障总线控制及监测逻辑模块将一级故障总线的故障信息写入一级故障寄存器；

15、s2.3、其他板卡中的fpga故障逻辑模块立即通过控制电路控制自身板卡停止信号输出并断开连接，同时发送中断信号至mcu。

16、进一步的，s1，当前板卡中的fpga故障逻辑模块根据接收到的信号判断信号是否为故障信号包括：

17、当接收到的信号为来自检测电路的信号时，fpga故障逻辑模块通过电平比较逻辑模块判断接收到的信号是否处于故障触发电平以及信号处于故障触发电平的保持时间是否大于滤波时间；若信号处于故障触发电平的保持时间大于滤波时间，则信号为故障信号；

18、当接收到的信号为来自采集电路的信号时，fpga故障逻辑模块通过采集值比较逻辑模块判断接收到的信号是否大于故障采集阈值以及信号大于故障采集阈值的保持时间是否大于滤波时间；若信号大于故障采集阈值的保持时间大于滤波时间，则信号为故障信号。

19、进一步的，s3，工作人员根据上位机展示的故障信息进行故障排查和处理包括：

20、s31、上位机将接受的故障信息转换成文字进行展示；

21、s32、工作人员根据上位机展示的故障信息进行故障排查和处理，处理完成后通过上位机向mcu发送故障清除指令；

22、s33、mcu接收到故障清除指令后，清除相应故障寄存器中的故障信息。

23、本发明还提供了一种基于fpga的故障检测、传输和处理系统，用于执行上述任一项所述的一种基于fpga的故障检测、传输和处理方法，系统包括：上位机、若干板卡、一级故障总线；

24、板卡之间通过一级故障总线通讯连接，板卡通过双向io接口与一级故障总线连接，板卡用于对电子元件进行测试以及进行故障检测；

25、板卡包括检测电路和/或采集电路，用于获取待测电子元件的信号；

26、板卡包括主控芯片，主控芯片与检测电路和/或采集电路连接，主控芯片包括fpga故障逻辑模块和mcu；fpga故障逻辑模块用于接收检测电路和/或采集电路发送的信号以及mcu发送的信号，判断信号是否为故障信号，记录故障信号的故障信息，以及向mcu发送中断信号；mcu用于将故障信息上报至上位机，以及在接收到中断信号后进入中断处理程序；

27、板卡包括控制电路，用于控制自身板卡停止信号输出以及与系统断开连接；

28、上位机通过网线与板卡通讯连接，用于接收mcu上报的故障信息，以及在故障处理完成后，向mcu发送故障清除指令。

29、进一步的，fpga故障逻辑模块包括：电平比较逻辑模块、采集值比较逻辑模块、一级故障信息寄存器、二级故障信息寄存器、中断通知逻辑模块、一级故障总线控制及监测逻辑模块、配置寄存器；

30、电平比较逻辑模块用于判断检测电路的信号是否处于故障触发电平以及保持时间是否大于滤波时间，如果信号处于故障触发电平的保持时间大于滤波时间，将故障信息写入故障信息寄存器；

31、采集值比较逻辑模块用于判断采集电路的信号是否大于故障采集阈值以及保持时间是否大于滤波时间，如果信号大于故障采集阈值的保持时间大于滤波时间，将故障信息写入故障信息寄存器；

32、一级故障信息寄存器与电平比较逻辑模块和采集值比较逻辑模块连接，用于保存一级故障信息；

33、二级故障信息寄存器用于保存二级故障信息；

34、一级故障总线控制及监测逻辑模块与一级故障信息寄存器连接，用于通过双向io接口实现对一级故障总线状态的控制和监测；

35、中断通知逻辑模块与一级故障信息寄存器连接，用于监测一级故障信息寄存器中的内容变化，当监测到有新的故障信息时，通过中断线向mcu发送中断信号；

36、配置寄存器用于对fpga故障逻辑模块中的参数进行配置。

37、进一步的，系统还包括网络交换机，网络交换机通过网线与上位机和板卡连接，用于扩展上位机连接的板卡数量。

38、本发明实施例具有以下技术效果：

39、通过将故障信号分为一级故障信号和二级故障信号，并针对不同的故障信号采用不同的检测、传输及处理方法，针对一级故障信号板卡之间互相通知，并断开所有板卡与系统的连接，针对二级故障仅断开自身板卡与系统的连接，对于紧急故障传输和非紧急故障传输均适用，具有更广泛的应用场景，通过fpga故障逻辑模块，实现纳秒级的响应速度，通过mcu将故障信息上报上位机，并转换为文字，便于工作人员高速准确地进行故障定位。