42 / 86
EMBEDDED
54 • NOVEMBRE • 2014
42
HARDWARE
HSR
l termine “smart grid” identifica
una moderna rete elettrica che
sfrutta un certo numero di nuove
tecnologie per la raccolta di infor-
mazioni, la comunicazione e il
controllo della rete stessa.
Oltre a garantire una migliore efficienza e una
maggiore affidabilità, una smart grid consente
una generazione distribuita dell’energia, sem-
plificando il collegamento di sorgenti di energia
rinnovabili diversificate, come ad esempio l’energia fotovol-
taica o quella eolica, alle rete. Tra le nuove tecnologie impie-
gate nelle smart grid di possono segnalare i protocolli HSR
(High -Availability Seamless Redundancy) e IEEE 1588 PTP
(Precision Time Protocol) utilizzati nelle sottostazioni per la
comunicazione interna e la sincronizzazione temporale delle
misure elettriche.
In questo articolo è proposta l’implementazione dei proto-
colli HSR e IEEE 1588 PTP mediante il SoC Cyclone V di
Altera su cui gira il sistema operativo Linux. Il chip integra
una struttura FPGA e un processore hard basato su ARM.
La soluzione proposta può essere usata sia per lo sviluppo
di nuovi progetti sia per l’aggiornamento di dispositivi esi-
stenti.
Nella figura 1 è riportato un esempio di implementazione dei
protocolli HSR e IEEE 1588 PTP che sfrutta un SoC della
serie Cyclone. Nella figura sono rappresentate due schede
PCB, entrambe già disponibili: quella di maggiori dimensio-
ni è la scheda di sviluppo Cyclone V SX di Altera, mentre
quella di dimensioni inferiori è la scheda SFP-HSMC di Te-
rasic che si collega al connettore HSMC della scheda SoC e
mette a disposizione slot SFP (Small Form-factor Pluggable)
per collegamenti Ethernet in fibra o in rame, in funzione del
tipo di modulo. Nella figura 2 è riportato lo schema a blocchi
delle due schede.
Il nucleo centrale di questa implementazione è rappresentato
dallo switch HSR che effettua l’inoltro (forward) dei frame
HSR/Ethernet da porta a porta. Nell’implementazione pre-
sa in considerazione vi sono quattro porte, una delle quali
è collegata al processore ARM di tipo hard, in modo da con-
sentire l’invio e la ricezione di frame Ethernet. Le restanti
porte HSR/Ethernet sono connesse, attraverso blocchi di
adattamento GMII-1000BASE-X e (G)MII-SGMII, ai moduli
SFP e ad altri dispositivi. Un numero di porte esterne pari
a tre è sufficiente per l’implementazione di RedBoxes (box
di ridondanza) dedicati (maggiori informazioni nel riquadro:
I
Tecnologie basate
su Internet
per le smart grid
Come implementare i protocolli di ridondanza HSR e IEEE 1588 PTP con i SoC FPGA di Altera su cui gira il
sistema operativo Linux
Jouni Kujala
Flexibilis Oy
Tampere, Finland
Fig. 1 – Scheda di sviluppo SoC e scheda SFP di Terasic