方案分享 I 国网新规下电力DTU最小系统核心板设计

根据国家能源局2020年能源领域行业标准制修订计划，中国电力科学研究院有限公司牵头起草了《12kV一二次融合成套柱上开关》、《12kV一二次融合成套环网箱》两项电力行业标准。2021年6月中国电科院配电技术中心组织30余家配电开关及配电终端主流生产企业开启了两项标准的执行。

在过去的二年，新规不断应用在设备端口。标准规定DTU采用双核设计，区分实时核和管理核。实时核需要MCU保证完成保护和高速采样，管理核需要高性能处理器实现状态检测数据接收和分析及通信。硬件接口规定3路以太网、多路串口、4G通信、国密加密芯片、北斗定位对时等。

基于市场以及庞大的电力客户群体的需求，北京远大创新科技有限公司与上海先楫半导体科技有限公司通力配合，用国产高性能RISC-V内核MCU设计了一款DTU/FTU最小系统核心板。客户可以根据国网标准固定外部设计，还能扩展自定义功能。

电网自动化系统一般由以下部分组成：配电主站、配电子站（常设在变电站内，可选配）、配电远方终端（FTU、DTU等）和通信网络。配电主站位于城市调度中心，配电子站部署于110kV/35kV变电站，子站负责与所辖区域DTU/FTU等电力终端设备通信，主站负责与各个子站之间通信。

如下是最小系统板框图：

考虑到系统的秒级响应要求、电网对自主可控的要求等因素，设计团队选用先楫半导体（HPMICRO）的高性能MCU HPM6750IVM。该MCU为BGA289封装，多达195个GPIO；2M的SRAM，灵活可选容量的外挂FLASH；内部DSP单元，支持SIMD和DSP指令；RISC-V双内核完全自主可控，主频816M，创下了高达9220CoreMark和高达4651DMIPS的MCU性能记录。芯片工作温度在-40℃~105℃，满足电力行业苛刻工作环境。

双千兆以太网：根据标准要求，扩展了一路SPI转以太网接口

双USB接口：支持扩展网口与外挂4G

17路串口：满足串口通信需求

4路高速SPI：支持外挂加密芯片、ADC芯片、SPI转以太网芯片

4路IIC：支持外挂实时时钟、温湿度传感器等

1个16bit ADC和3个12bit ADC：支持模拟量的采集

核心板配套的FTU/DTU示例程序包含rt-thread操作系统、Lwip网络协议栈、flash文件系统、本地数据库、相应外设驱动示例，能极大的帮助客户简化开发。

同时该方案还有硬件完全兼容的HPM6450IVM单核版本，可以灵活适应各种电力的高低端应用场景。支持FreeRTOS、RT-Thread，并适配了轻量级的鸿蒙系统。

国际形势风云莫测、贸易战愈演愈烈，电网安全和稳定至关重要，广大电力设备制造商对国产自主可控替代需求越来越强烈。先楫半导体高性能MCU HPM6000 系列产品，支持单核双核RISC-V架构，凭借其高算力、高可靠性、低功耗、高集成性等优势特点，可满足电网配变电终端新标准要求，可用于高压配电FTU/TTU/DTU三合一统一平台应用，进一步拓展电力能源领域市场。

目前，HPM6000系列高性能通用MCU的多款型号已应用于储能BMS、PCS、智能断路器、继电保护装置、数据采集终端、电力网关及充电桩等多个电力能源产品，并获得行业客户广泛认可。先楫半导体将再接再厉，携手合作伙伴继续开发更多的优质方案，并推出更多高性能MCU产品，为电力行业的国产化贡献自己的力量。