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研究基于MFR4200的FkxRay總線(xiàn)在嵌入式數字信號處理器OMAP5912上的實(shí)現。整個(gè)系統以DSP為核心，采用Freescale公司的MFR4200總線(xiàn)控制器實(shí)現FlexRay通信協(xié)議，進(jìn)行數據收發(fā)。系統制造簡(jiǎn)單，集成度高，適用于車(chē)內多種電子設備的局域總線(xiàn)實(shí)現。 FlexRay總線(xiàn)是最近推出的一種采用點(diǎn)對點(diǎn)(星型拓撲結構)連接，借助無(wú)屏蔽或屏蔽雙絞線(xiàn)電纜的先進(jìn)高速串行同步和異步通信系統。FlexRay總線(xiàn)具有故障容限，可提供500kbps～10 Mbps的確定數據傳輸速率和24位CRC(循環(huán)冗余)校驗碼。FlexRay是一種時(shí)間觸發(fā)型總線(xiàn)，所有的子系統按照預先設定的時(shí)隙進(jìn)行連續通信。FlexRay總線(xiàn)的推出可以解決目前車(chē)載多種電子設備的網(wǎng)絡(luò )連接問(wèn)題，而早期的CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現代車(chē)載電子設備的高速通信要求。 本文介紹一種在嵌入式數字信號處理器(DSP)OMAP5912上實(shí)現FlexRay總線(xiàn)的方法。FlexRay總線(xiàn)負責將各個(gè)設備的數據傳輸到DSP，DSP負責對數據進(jìn)行分析和處理。由于系統采用了DSP，因此可以對車(chē)載電子的語(yǔ)音和圖像數據的復雜算法進(jìn)行處理。本文著(zhù)重討論DSP和FlexRay總線(xiàn)的軟硬件連接。 1 FIexRay總線(xiàn)及其控制器MFR4200 FlexRay總線(xiàn)是一種全新的總線(xiàn)系統。其主要特性有： ①支持雙通信通道，每個(gè)通道的速率均達到lO Mbps。與CAN協(xié)議相比，可用的帶寬提高了lO～40倍。 ②總線(xiàn)數據的訪(fǎng)問(wèn)是基于同步時(shí)基的。該時(shí)基通過(guò)協(xié)議自動(dòng)建立和同步，并提供給應用層。時(shí)基的精確度介于0．5 μs和10μs之間。由于采用同步時(shí)基，消息在通信周期中擁有固定位置，接收器已經(jīng)提前知道，消息到達的時(shí)間，因此可以根據時(shí)間對各種特殊情況進(jìn)行相應的處理。 ③FlexRay總線(xiàn)提供消息冗余傳輸或非冗余傳輸兩種選擇，系統可以進(jìn)行優(yōu)化，以提高可用性或吞吐量，用戶(hù)無(wú)需調整現有節點(diǎn)中的軟件就可以擴展整個(gè)系統；同時(shí)，支持總線(xiàn)或星型拓撲結構。FlexRay總線(xiàn)提供了大量配置參數，可以支持對系統進(jìn)行調整，如通信周期的持續時(shí)間、消息長(cháng)度等，以滿(mǎn)足不同應用場(chǎng)合的需求。 FlexRay總線(xiàn)的這些特性使其可以用于替代CAN總線(xiàn)，適合車(chē)載骨干網(wǎng)絡(luò )、分布式控制系統以及安全系統等應用場(chǎng)合。目前已有多家公司生產(chǎn)FlexRay總線(xiàn)控制器。這里選用Freescale公司的MFR4200總線(xiàn)控制器，介紹其內部結構以及和DSP的軟硬件連接方法。 MFR4200總線(xiàn)控制器的內部功能框圖如圖1所示。從圖中可以看出，MFR4200總線(xiàn)控制器主要由物理層接收／發(fā)送通道、主機HCSl2接口、MEM控制器、電源管理模塊以及時(shí)鐘管理模塊等多個(gè)部分組成。 物理層通道有兩個(gè)獨立的接收／發(fā)送通道，每個(gè)通道的速率均達到10 Mbps。在工作狀態(tài)下，主機可以訪(fǎng)問(wèn)MFR4200的接收通道FIFO和發(fā)送消息緩沖區；通過(guò)對FIFO和消息緩沖區的配置、控制和讀寫(xiě)，實(shí)現對物理層數據的收發(fā)。接收FIFO最大可以存儲59個(gè)消息，總線(xiàn)上 的數據幀都將到達總線(xiàn)上所有的MFR4200。每一個(gè)MFR4200在收到總線(xiàn)數據幀后，都將經(jīng)過(guò)接收濾波器；濾波器將不屬于自己地址的數據幀濾除，只將屬于自己的數據幀和廣播幀存儲到接收FIFO中。 2 系統硬件結構 整個(gè)系統由OMAP5912、MFR4200、AD／DA、人機接口以及Flash組成，硬件連接如圖2所示。圖中，DSP是核心控制單元；AD用于將采集的模擬信號轉變成數字信號，DA將數字信號轉換成模擬信號；人機接口包括LCD和鍵盤(pán)接口；Flash保存DSP所需要的程序，供DSP上電調用。此外，將DSP的HPI接口連接到PC機，這樣所有的總線(xiàn)數據均可以通過(guò)PC機存儲和顯示，PC機的數據也可以通過(guò)DSP發(fā)送到總線(xiàn)上�？梢愿鶕煌男枰x擇PC機或者LCD和鍵盤(pán)。圖中，EMIFS(External MemoryInterface Slow)是OMAP5912的慢速外部存儲器接口。 AD負責采集電子設備的數據，可以是溫度傳感器數據、顏色傳感器數據，也可以是語(yǔ)音信號、圖像信號或者其他信號。DSP對這些數據處理后，將處理后的結果根據不同的情況通過(guò)MFR4200發(fā)送到總線(xiàn)上的其他節點(diǎn)；相反，DSP通過(guò)MFR4200讀取總線(xiàn)上其他節點(diǎn)發(fā)送的數據幀，DSP對這些數據幀進(jìn)行處理，將結果發(fā)送到DA，可以實(shí)現對本節點(diǎn)電子設備狀態(tài)的控制。 3 MFR4200和OMAP5912的硬件設計 MFR4200和OMAP5912的連接是系統硬件連接的關(guān)鍵，具體連接如圖3所示。使用OMAP5912的EMIFS接口連接MFR4200。EMIFS可以方便地和外部Flash、異步SRAM等設備連接。本系統的MFR4200控制器模塊FlexRay總線(xiàn)協(xié)泌，其最高數據傳輸速率為10 Mbps，OMAP5912的EMIFS接口適合滿(mǎn)足其速度要求。 MFR4200和OMAP5912的EMIFS連接，MFR4200作為OMAP5912的外部16位從異步設備。由于OMAP5912的內部數據總線(xiàn)寬度為32位，而MFR4200的數據總線(xiàn)寬度為16位，因此，將每32位數據分成兩個(gè)16位數據傳輸。當MFR4200有數據上傳時(shí)，使用INT_CC引腳發(fā)送中斷信號到OMAP5912的外部中斷引腳EXT_INT4，OMAP5912根據當前自身的工作情況來(lái)處理和MFR4200的通信。OMAP5912也可以使用通用I／O引腳控制MFR4200的復位信號，當連續多次未收到MFR4200的響應信號時(shí)，OMAP5912可以軟件復位MFR4200，從而避免通信的互鎖現象。此外，MFR4200的#IF_SEL0和#IF_SELl引腳上拉后直接連接到物理層。 4 MFR4200和OMAP5912的軟件設計 MFR4200的初始化流程如圖4所示。首先設置標準電壓，可以是5 V和3．3V。由于本系統和OMAP5912連接，采用3．3 V標準電壓。初始化設置數據和地址總線(xiàn)后，讀取MFR4200的MNR(Magic Number Register)寄存器。一旦MFR4200初始化成功，該寄存器內容為0x0815，之后，就可以設置MFR4200的其他寄存器，進(jìn)行正常的總線(xiàn)數據讀寫(xiě)。 OMAP5912和MFR4200的數據通信流程如圖5所示。系統初始化后，OMAP5912判斷當前是否有數據讀寫(xiě)。數據的讀是通過(guò)判斷是否有掛起的硬件中斷，該中斷由MFR4200產(chǎn)生，一旦MFR4200收到總線(xiàn)數據幀，都將發(fā)出該中斷；數據寫(xiě)是通過(guò)判斷上層程序是否有數據發(fā)的軟件中斷。無(wú)數據讀寫(xiě)情況下，OMAP5912將定期發(fā)送測試命令到MFR4200，以便確定MFR4200在正常工作。也可以根據需要，將MFR4200設置到低功耗狀態(tài)，這樣就不需要發(fā)送測試命令。如果讀取的數據的校驗錯誤較多．則表明無(wú)線(xiàn)通信當前的信道噪聲很大，或者M(jìn)FR4200的總線(xiàn)被干擾出現紊亂。0MAP5912將軟件復位MFR4200模塊，使得。MFR4200重新設囂總線(xiàn)，避免在低信噪比情況下多次重復發(fā)送同樣的數據，縮短無(wú)效通信時(shí)間。 由于OMAP5910具有C55系列DSP核，因此一些數字信號處理算法可以很容易地實(shí)現。對于語(yǔ)音信號，可以進(jìn)行濾波以提高語(yǔ)音質(zhì)量；對于圖像信號，可以進(jìn)行圖像識別。在車(chē)載電子設備中，圖像識別可以檢測車(chē)前方的各種情況，以便進(jìn)行相應的自動(dòng)處理，使得系統更實(shí)用，應用范圍更廣。 5 總結 在基于OMAP5912和MFR4200的總線(xiàn)控制器連接設計中，使用OMAP5912的EMIFS接口連接總線(xiàn)控制器MFR4200，可實(shí)現FlexRay總線(xiàn)的數據收發(fā)。使用MFR4200模塊實(shí)現總線(xiàn)協(xié)議，使系統結構簡(jiǎn)單，實(shí)現方便。由于采用具有DSP核的處理器，系統還可以方便地應用各種數據信號處理算法，尤其適合車(chē)載電子設備的語(yǔ)音和圖像處理。 |
