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1． 前言 勵磁系統是發(fā)電機組重要的輔助裝置，它對發(fā)電廠(chǎng)的自動(dòng)化、發(fā)電機組運行的可靠性有著(zhù)重要作用。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，勵磁方式已從直流電機勵磁系統發(fā)展到可控硅勵磁，自動(dòng)調節器從原來(lái)的模擬式發(fā)展到微機數字式。 本文所研究的勵磁調節裝置，它是以經(jīng)典和現代控制理論與數字信號處理器DSP技術(shù)與嵌入式技術(shù)相結合的微機勵磁調節器。它繼承了過(guò)去的微機勵磁調節器的全部調節、控制及限制保護功能，同時(shí)在計算速度、抗電磁干擾、可靠性等方面有了極大的改進(jìn)，有效保證整個(gè)系統調節、控制功能的實(shí)現; 外圍采用先進(jìn)的大規�？删幊踢壿嬈骷�，以提高整個(gè)系統的可靠性，并形成對用戶(hù)開(kāi)放的邏輯系統。 2．勵磁調節器的組成原理 圖一 勵磁調節系統原理圖 所示為自并勵勵磁調節器系統的組成圖，機自身向可控硅整流橋供電，AVR裝置根據采集的數據經(jīng)PI或PID計算得到數據控制量，經(jīng)過(guò)比較電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，調節可控硅導通角的大小，使機端電壓保持在恒定值，從而最終達到控制的目的。 該系統主要由微機勵磁調節器；電氣制動(dòng)停機裝置等分組成。采用兩套相同的控制器冗余配置,物理通道相互獨立,每個(gè)通道基本包括:電源系統、主機板、采樣板、模擬量輸入輸出板(A/D,D/A) 、開(kāi)關(guān)量輸入輸出板、脈沖形成及放大板等。 3． 嵌入式系統部分 3.1 嵌入式硬件單元 ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設計了高性能、耗能低的RISC處理器,具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。應用于多種嵌入式領(lǐng)域，配備Thumb擴展、調試和Harvard總線(xiàn)。5級流水線(xiàn)提高了時(shí)鐘頻率和并行處理能力。集成有串口，USB Host 控制器，LCD控制器，Nand Flash控制器，IDE， PCMCIA 等多種功能。32K FRAM.最高分辨率1024X768X32芯片,內置以太網(wǎng)控制器，片上資源豐富。 本系統中管理單元是以ARM9為內核,串行并行接口芯片,D/A轉換器等硬件,負責管理液晶、對外通訊、打印、錄波分析。大大增加了系統通信、后臺管理、遠程維護等附加功能，可以運行操作系統以及QT等應用程序，具有比較強的事務(wù)管理功能。 控制單元是以DSP為內核,負責脈沖形成、AD轉換、數據運算等。 DSP由于其特殊的結構、專(zhuān)門(mén)的硬件乘法器和特殊的指令，使其能快速地實(shí)現各種數字信號處理及滿(mǎn)足各種高實(shí)時(shí)性要求。其優(yōu)勢在于其強大的數據處理能力和較高的運行速度。 本系統采用ARM和DSP芯片的雙核嵌入式系統，充分利用了ARM和DSP的各自特點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同開(kāi)發(fā)。 DSP作為控制部分，可以充分發(fā)揮其對數字信號處理的獨特優(yōu)勢；ARM作為管理部分，則發(fā)揮其前臺顯示通訊管理的優(yōu)勢，使前臺部分相對獨立，減少主CPU負擔；即使發(fā)生故障，對后臺主程序不產(chǎn)生影響，相應增強了整個(gè)設備冗錯能力。二者通過(guò)HPI進(jìn)行實(shí)時(shí)數據透明交換。 圖二 ARM+DSP嵌入式硬件圖 3.2 嵌入式操作系統選擇 在A(yíng)RM 芯片上可以實(shí)現多種操作系統的移植,比如Window-CE、VXWorks等,由于Linux具有以下特點(diǎn): 1)開(kāi)放的源碼,豐富的軟件資源；2)內核功能強大,性能高效、穩定,多任務(wù)易于裁減； 3)完善的網(wǎng)絡(luò )通信、圖形、文件管理機制；4)支持大量的周邊硬件設備； 5) 價(jià)格低廉可以有效降低產(chǎn)品成本�；陂_(kāi)發(fā)成本考慮,最后選用了ARM-Linux系統。 3.3 ARM 與 DSP連接 HPI是一個(gè)并行串口，ARM通過(guò)它可以之間訪(fǎng)問(wèn)DSP存儲空間以及地址映射道存儲空間的外圍設備。HPI主要由地址寄存器HPIA，數據寄存器HPID,以及控制寄存器HPIC組成，ARM先通過(guò)對控制寄存器和地址寄存器設置，然后根據控制信號進(jìn)行對數據寄存器讀寫(xiě)操作。ARM處理器在與HPI的讀/寫(xiě)前，首先要完成自身工作模式等一系列初始化，其源代碼如下： SYSCFG=0xeTffe22；/*關(guān)掉ARM中Cache*/ EXTDBWTH=0K0ffff556; /*使外部I/O接口工作于32位模式*/ EXTAC0NO=0x08610000/*配置外部I/O接口各讀寫(xiě)時(shí)序關(guān)系*/ 這段代碼通過(guò)對寄存器的操作，配置好ARM處理器工作模式后，對外部I/O接口就可以進(jìn)行讀寫(xiě)，從而完成對HPI接口的相應操作了。HPI接口可以用I/O端口方式，也可以用I/O存取方式。系統平臺采用I/O存取方式，將HPI訪(fǎng)問(wèn)地址寄存器HPIA、數據寄存器HPID、控制寄存器HPIC映射到內存物理地址為0x3fd40000開(kāi)始的空間，通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)存儲器指令對HPI進(jìn)行操作。 HPI物理地址定義如下： ＃define HPI-Base Ox3fd40000 ＃define Vpint /* volatile unsigned int */ ＃define HPICW (Vpint(HPI-Base +0x00)) ＃define HPICR (Vpint(HPI-Base +0x40)) /* 定義HPIC寄存器 */ ＃define HPIAW (Vpint(HPI-Base +0x10)) ＃define HPIAR (Vpint(HPI-Base +0x50)) /* 定義HPIA寄存器 */ ＃define HPIDW (Vpint(HPI-Base +0x20)) ＃define HPIDR (Vpint(HPI-Base +0x60)) /* 定義HPID寄存器 */ 開(kāi)始通信時(shí)ARM向DSP發(fā)送命令(如數據采集)，通過(guò)HPI口中斷DSP，使DSP進(jìn)入相應子程序；同時(shí)DSP將數據存入緩沖區，一幀長(cháng)度為256字節。當ARM向DSP請求數據時(shí)，向DSP發(fā)送一個(gè)幀同步命令字，并同時(shí)中斷DSP，DSP響應中斷將數據送入HPI口RAM，存完一幀數據后DSP向ARM發(fā)中斷，ARM響應中斷，清除該中斷把HPI口中數據取出存入RAM中，并送終端顯示并循環(huán)刷新。 ARM的部分程序流程圖如下圖所示： 圖三 ARM部分程序流程圖 HPI讀寫(xiě)數據部分代碼： for(i=0 ；i { HPICW=0x00000000； /*初始化HPI口的控制寄存器*/ HPIAW=0x800000000； /*初始化HPI口的地址寄存器*/ hpiBaseAddr=HPIDR； /*通過(guò)HPI讀出數據，送到數組中暫存*/ CpLen＝HPISize； if ( copy_to user (buffer , (_u8*)(&hpi>HpiBaseAddr[j]), CpLen )) return-EFAULT; /*將數據拷貝到用戶(hù)緩沖區*/ return CpLen } 在開(kāi)發(fā)DSP為內核的控制單元中，大部分代碼采用了C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，利用Ti公司提供的開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS IDE(Code Composer Studio Integrated Development Environment )進(jìn)行程序編譯、匯編和鏈接，并對程序進(jìn)行仿真調試，最后將生成的DSP可執行代碼下載到DSP的Flash中。 4．結論及創(chuàng )新點(diǎn) 利用ARM9 CPU 強大的功能, 以及嵌入式Linux多進(jìn)程多線(xiàn)程編程等提供的便捷高效的底層支持,開(kāi)發(fā)出的勵磁調節裝置具有可靠性高、操作方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在勵磁調節控制系統中起到了樞紐和核心的作用。本文介紹使用的ARM和DSP雙CPU構成的雙核嵌入式的硬件平臺，給出系統整體硬件設計圖，并詳細介紹了ARM和DSP通信部分的設計。以后基于DSP進(jìn)行數據處理、ARM進(jìn)行管理，二者配合的系統將會(huì )越來(lái)越多、應用也將越來(lái)越廣泛。 創(chuàng )新點(diǎn)： (1) 系統用ARM處理器代替單片機,使系統性能得以大大提高； (2) 采用ARM、DSP雙核嵌入式系統，充分發(fā)揮了ARM和DSP的各自?xún)?yōu)勢； (3)工業(yè)級大液晶顯示器觸摸屏，替代傳統LCD，友好人機界面易學(xué)易用。 |
