双NIOSⅡ软核系统在潮流能发电中的应用

陈家林　刘兰军　王建国

摘要：开发海洋潮流能对缓解能源危机具有重要意义，电力变换系统是潮流能发电系统的关键技术之一。提出了一种利用SOPC技术实现潮流能发电电力变换控制系统的设计方法，采用单片高性能FPGA芯片构建双NIOSⅡ软核系统，其中一个NIOSⅡ处理器负责系统任务调度和能量管理，一个NIOSⅡ处理器负责电力变换控制和异常诊断。针对电力变换系统的信息数据特点，提出了基于RAM、FIFO、GPIO的双NIOSⅡ处理器握手机制，并给出了系统的具体设计实现。该双NIOSⅡ处理器系统提高了系统的任务调度灵活性、控制算法处理速度和应急处理能力。

关键词：SOPC；双NIOS；握手机制；电力变换；潮流能

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）13-3142-04

Dual NIOS II Soft Core System in the application of the Tidal Current Energy Generator

CHEN Jia-lin， LIU Lan-jun， WANG Jian-guo

（Engineering College， Ocean University of China， Qingdao 266100， China）

Abstract： Development of marine tidal energy is of great significance to relieve the energy crisis. The power conversion system is one of the key technologies of tidal current energy generator system. A method which can realize power transformer of tidal current energy generator by using SOPC technology is presented. Single piece of high performance FPGA chip is used to construct the dual NIOS II soft core system， one is responsible for system task scheduling and energy management， the other is used in power conversion and abnormality diagnosis. According to the characteristics of information data in power conversion system， a handshake mechanism which is based on RAM， FIFO， GPIO dual NIOS II processor is put forward and the specific design and implementation of this system is given. The dual NIOS II processor system improves the flexibility of task scheduling， increases the speed of control algorithm and enhances emergency handling ability.

Key words： SOPC； dual nios II； handshake mechanism； power conversion； tidal current energy

1 概述

海洋潮流能作为一种新型可再生绿色能源，由于安全清洁、能量稳定、储量丰富、可再生可持续性好、有规律、可预测性强等特点，成为海洋能能源开发技术领域中迅速发展的研究分支之一[1]。电力变换系统是潮流能发电系统的重要组成部分。目前，海洋潮流能发电仍是一个开放性研究领域，研制适用于潮流能发电能量转换特点的高效率、高可靠、易升级的电力变换系统是支持潮流能发电研究的重要工作[2]。

SOPC技术是一种新型的嵌入式系统设计方式，基于NIOSⅡ软核处理器和可重用IP核进行系统开发，可灵活实现系统软硬件协同设计，支持系统软件、硬件的同时可编程，支持多NIOSⅡ处理器系统设计[3]。双NIOSⅡ处理器结构是目前复杂SOPC系统中常用的系统组成方式，在车载视频点播系统[4]、驾驶疲劳检测系统[5]、多核远程重构控制器[6]等方面获得了良好应用。……