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一、背景及DSP+CPLD系統優(yōu)越性 作為電氣主設備，電動(dòng)機是數量最多的一種，電動(dòng)機及其保護的運行正常與否，直接關(guān)系到國計民生。據統計，可靠的保護每年可減少約20萬(wàn)臺（次）以上的電動(dòng)機燒毀，減少經(jīng)濟損失數億元。 傳統智能儀器大多數都是在單片機系統基礎上開(kāi)發(fā)的�；趩纹瑱C的保護裝置受其內部結構、時(shí)鐘和總線(xiàn)的限制，運算能力弱，實(shí)時(shí)性差，軟硬件通用性不強，系統靈活性不高，日益不能滿(mǎn)足上述需要。DSP處理器因內部采用了區別于傳統單片機馮·諾依曼結構的哈佛結構而克服了取指令和數據都通過(guò)同一條總線(xiàn)完成而造成的傳輸通道瓶頸效應的問(wèn)題�？删幊踢壿嬈骷≒LD）經(jīng)歷了從PROM、PLA、PAL、GAL等低密度的PLD，發(fā)展到CPLD和FPGA兩種大規模的PLD，開(kāi)發(fā)工具越來(lái)越完善，應用越來(lái)越普及。將CPLD/FPGA和DSP技術(shù)的結合起來(lái)實(shí)現DSP器件系統的解決方案，為測控儀器向高層次智能化方向發(fā)展提供了充分的現實(shí)可行性。 為實(shí)現對電力系統大型設備智能在線(xiàn)監測，本文以WSM2000 DSP智能電動(dòng)機保護裝置項目為背景，對一種DSP+CPLD新型的智能儀器結構進(jìn)行了研究和設計。 二、系統結構 本系統采用美國TI 公司生產(chǎn)的浮點(diǎn)DSP器件TMS320C32作為底層主處理器件，實(shí)現對A/D采集得到的數字信號進(jìn)行處理，并且把所有控制電路、地址分配等設計在EPM7128S中，使整個(gè)系統結構簡(jiǎn)單化，體積小型化，功能多樣化。AD1674用來(lái)進(jìn)行信號的采集，FLASH Memory用來(lái)存放軟件代碼、主要功能參數、故障數據記錄等；SRAM的功能一是程序仿真時(shí)使用，二是在系統脫機運行時(shí)，將FLASH Memory中的軟件搬運到SRAM中運行，提高軟的運行效率。系統功能模塊圖1所示。 三、 CPLD開(kāi)發(fā)流程 CPLD的開(kāi)發(fā)是指用利用CPLD芯片并借助于其開(kāi)發(fā)系統，按照開(kāi)發(fā)系統的工作步驟，將用戶(hù)設計轉化成CPLD配置數據并下載到CPLD芯片中實(shí)現用戶(hù)設計要求的全過(guò)程。其設計流程圖如圖2所示。 四、液晶顯示（LCD）模塊設計 1 硬件接口設計內置 T6963C控制器型液晶顯示模塊接口，由指令鎖存器、數據鎖存器、數據緩沖器、狀態(tài)寄存器以及數據控制電路、數據棧區等組成。接口部實(shí)現了CPU和T6963C內部寄存器及其所管理的顯示存儲器的存取操作，實(shí)現了CPU操作時(shí)序與T6963C內部工作時(shí)序的轉換。CPU對T6963C的每次操作時(shí)，接口部的鎖存器保留了其發(fā)來(lái)的指令代碼或顯示數據，并立即封鎖了接口部的對外電路，將后續的處理過(guò)程轉換到T6963C控制部的工作時(shí)序上，直到處理完成，方釋放接口部對外電路，等待下一次訪(fǎng)問(wèn)。T6963C與TMS320C32和EPM7128S接口如圖3所示： TMS320C32的/IOSTROB 、A1、A0、引腳進(jìn)行地址譯碼，參與系統的統一編址。/IOSTROB=0時(shí)，DSP對應有效地址為810000H--82FFFFH，當地址線(xiàn)A0為1時(shí)選通LCD，地址線(xiàn)A1用來(lái)實(shí)現液晶的數據通道和指令通道的區分，A1=1時(shí)為指令通道，A1=0時(shí)為數據通道。LCD接口地址為： 818003H為指令通道818001H 為數據通道。 2 軟件設計 本系統T6963C接口部設計了一個(gè)數據棧，在寫(xiě)帶有參數的指令時(shí)，先向數據通道寫(xiě)入參數，接口部將其存在數據棧中，然后通道寫(xiě)入指令代碼。T6963C將根據指令代碼的含義將數據棧內最近的數據作為其參數一同進(jìn)行處理。讀顯示數據時(shí)，先寫(xiě)入操作的指令代碼，T6963C將所需的顯示數據放入數據棧中，然后讀數據操作將數據棧中的數據讀出。 3 內置T696 3C液晶顯示模塊的軟件實(shí)現 （1）、地址分配及定義 .data LCDC_ADD .equ 820003H；指令通道 LCDD_ADD .equ 820001H；數據通道 （2）、狀態(tài)字檢測子程序 LCDR_ST： LDI @LCDC_ADD，R0 RETS 由此程序派生出判斷有關(guān)標志位的子程序： <1>判斷狀態(tài)位STA1和STA0子程序，在寫(xiě)指令的讀、寫(xiě)數據之前，這兩個(gè)標志位必須同時(shí)為“1”。 LCDST01： CALL LCDR_ST LDI R0,R1 AND 01H,R1 BZ LCDST01 AND 02H,R0 BZ LCDST01 RETS <2>判斷狀態(tài)位STA3子程序（數據自動(dòng)寫(xiě)狀態(tài)） LCDST3： CALL LCDR_ST AND 08H,R0 BZ LCDST3 RETS （3）、寫(xiě)指令和寫(xiě)數據子程序 LCDPR1 ： CALL LCDST01；雙字節參數指令寫(xiě)入入口 LDI AR1,R0 CALL LCDPR13 LCDPR11： CALL LCDST01 ；單字節參數指令寫(xiě)入入口 LDI AR2,R0 CALL LCDPR13 LCDPR12： CALL LCDST01 ；無(wú)參數指令寫(xiě)入入口 LDI AR3,R0 LCDPR14： STI R0,@LCDC_ADD ；寫(xiě)入指令操作 RETS LCDPR13： STI R0,@LCDD_ADD；寫(xiě)入數據操作 RETS （4）、讀數據子程序 LCDPR2： CALL LCDST01 ；判狀態(tài)位 LDI @LCDD_ADD,R0 ；讀數據操作 RETS 五、 系統在線(xiàn)編程 因系統最終要脫仿真器獨立運行，所以要把程序燒寫(xiě)到掉電非丟失存儲器FLASHROM中。本系統開(kāi)發(fā)所采用的將存儲器安裝到用戶(hù)電路板上進(jìn)行編程的方法將用戶(hù)程序代碼裝入 FLASH存儲器的。它包括現在普遍采用的在系統編程(In System Programming，ISP)，通過(guò)系統的微處理器實(shí)現對FLASH存儲器的編程。 1、 FLASH在線(xiàn)編程實(shí)現 對FLASH的基本操作主要有讀、字節編程、復位、扇區擦除、片擦除等。Am29F010B閃爍存儲器讀操作與普通的存儲器操作相同，不需要特定的時(shí)序，在電路上電或內部編程等操作技術(shù)后，自動(dòng)進(jìn)入讀數據狀態(tài)。而擦除和寫(xiě)操作相對復雜一些。它不能簡(jiǎn)單的直接寫(xiě)入，.OUT文件不能LOAD到FLASH中，CCS和C Source Debugger中的LOAD命令均不能對FLASH寫(xiě)入，需要專(zhuān)門(mén)的程序寫(xiě)入一系列Flash Memory的命令寄存器，然后調用嵌入式算法的內部程序來(lái)完成相應的命令。Am29F010B編程一般步驟是復位、擦除、字節編程等。 2、 系統軟件加載程序設計 系統軟件加載程序的主要作用是在系統上電處理器初始化后，開(kāi)始執行的一段代碼，將用戶(hù)實(shí)時(shí)運行的程序和數據從外部低速FLASH Memory中加載到內部或外部高速靜態(tài)RAM存儲器中，然后跳到程序的進(jìn)入點(diǎn)開(kāi)始全速運行。 TMS320C32 DSP芯片引導裝載程序的執行過(guò)程將復位中斷向量表中存放引導程序的起始地址，上電復位或手動(dòng)復位之后，程序指針將指向引導程序。在運行搬移程序之前，要注意關(guān)中斷。向量如果MC/MP#=1，而且系統沒(méi)有接在仿真器上，那么DSP芯片自動(dòng)運行固化在0h~0fffh中的引導裝載程序。這一程序會(huì )自動(dòng)判斷是INT0~INT2,還是INT3中斷。如果是INT0~INT2中斷，DSP將存放在BOOT1~BOOT3中的一段程序裝載到片內RAM或片外SRAM中；如果是INT3中斷，則DSP將從串口中把程序裝載到片內RAM或SRAM中。如果沒(méi)有中斷，DSP根據0H單元中的復位矢量，跳到該矢量所指出的單元為首地址，執行一段引導裝載程序。TMS320C32引導裝載程序關(guān)鍵代碼如下： LDI 01H,AR0 LDI *AR0,AR0 LDI 02H,AR2 LDI *AR2,AR1 LDI 87,RC RPTB dload LDI *AR0++,R0 Dload： STI R0,*AR1++ LDI 03H,AR0 LDI *AR0,AR0 LDI 04H,AR2 LDI *AR2,AR1 LDI 4000H,RC RPTB pload LDI *AR0++,R0 Pload： STI R0,*AR1++ BR 900000H 六、結束語(yǔ) 上述討論的方法在軟、硬件上都已得到實(shí)現，效果理想。利用了Flash ROM的嵌入式算法，體現了DSP高效性和靈活性。非常適合應用于實(shí)時(shí)控制系統中，解決了只能依賴(lài)于燒錄器的問(wèn)題，也可經(jīng)常調整系統的參數，降低了系統成本、縮短了系統的開(kāi)發(fā)周期。 |
