摘? 要: 為靈活方便地調(diào)試磁懸浮列車" title="磁懸浮列車">磁懸浮列車上眾多基于DSP芯片的控制系統(tǒng),介紹了一種基于CAN總線的DSP程序加載" title="加載">加載技術(shù)。該技術(shù)使對(duì)DSP芯片程序的加載可以脫離仿真器而直接受控于列車的主控機(jī)。該技術(shù)可靠性高、使用靈活方便,具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞: CAN總線? 單片機(jī)? DSP? HPI? ISA
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磁懸浮列車上有很多基于DSP芯片的模塊和系統(tǒng)。目前,DSP芯片程序的加載與運(yùn)行都主要依賴于仿真器,而DSP仿真器價(jià)格高、體積大,這使得磁懸浮列車系統(tǒng)的調(diào)試很不靈活方便;且這些基于DSP芯片的系統(tǒng)一旦脫離仿真器就只能運(yùn)行事前載入的單一的程序,也使系統(tǒng)的靈活性受到了很大的限制。
本文研究了DSP芯片程序加載的基本原理,并根據(jù)這些原理,基于CAN總線,實(shí)現(xiàn)了DSP芯片程序的受控加載,使得DSP芯片程序的加載與啟動(dòng)可直接受控于上位主控機(jī)。由于主控機(jī)的靈活性很大,磁懸浮列車系統(tǒng)在調(diào)試時(shí)就可根據(jù)需要對(duì)其上各個(gè)控制模塊的主控DSP芯片加載不同的程序,控制它的啟動(dòng)運(yùn)行,非常方便靈活。
1 CAN總線的特點(diǎn)及工作原理[1]
CAN(Control Area Network,即控制器局域網(wǎng))總線是一種有效支持分布式控制或定時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，它以半雙工的方式工作，一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收信息，實(shí)現(xiàn)了全分布式多機(jī)系統(tǒng)，提高了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目煽啃?。其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。CAN總線的信息存取利用了廣播式的存取工作方式，信息可以在任何時(shí)候由任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送到空閑的總線上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的CAN總線接口必須接收總線上出現(xiàn)的所有信息，因此各節(jié)點(diǎn)都設(shè)置有一個(gè)接收寄存器，該寄存器接收信息，然后根據(jù)信息標(biāo)文符決定是否讀取信息包中的數(shù)據(jù)以判斷是否使用這一信息。
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CAN總線的特點(diǎn)是以通信數(shù)據(jù)塊編碼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地址編碼，CAN總線面向的是數(shù)據(jù)而不是節(jié)點(diǎn)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，加入或減少設(shè)備不影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。基于CAN總線的各種系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需要任意改變節(jié)點(diǎn)數(shù)量。CAN總線收發(fā)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，因而不存在占線時(shí)間問題，可以保證通信的實(shí)時(shí)性，通信速率最高可達(dá)1Mb/s(距離為40m)，最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率為5kb/s)。對(duì)通信介質(zhì)的要求較低，可以是光纖或同軸電纜甚至雙絞線。
2 DSP芯片的程序加載與運(yùn)行原理
在本項(xiàng)技術(shù)中,DSP的程序加載與啟動(dòng)運(yùn)行是通過對(duì)其HPI 8位并行口的操作實(shí)現(xiàn)的。下面先簡(jiǎn)單介紹一下DSP的HPI 8位并行口以及如何對(duì)它進(jìn)行讀寫操作" title="讀寫操作">讀寫操作,然后介紹本文研究的這種DSP程序加載技術(shù)。
2.1 DSP芯片的并口(HPI)簡(jiǎn)介
HPI并行口的讀寫操作主要由DSP的三個(gè)16位寄存器控制,它們分別是:HPIC(HPI Control Register,控制寄存器)、HPID(HPI Data Register,數(shù)據(jù)寄存器)、HPIA(HPI Adress Register,地址寄存器)。寫HPIC寄存器控制HPI并口的讀寫方式以及數(shù)據(jù)高低字節(jié)的讀寫順序等;寫HPIA寄存器控制寫入或讀出數(shù)據(jù)的具體地址(自增模式下[2]為數(shù)據(jù)寫入/讀出時(shí)的初始地址);從HPID直接寫入/讀出數(shù)據(jù)。
HPI有兩種讀寫方式:普通模式下的讀寫按照HPIA的地址將HPID的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存或?qū)⒃摰刂返臄?shù)據(jù)讀入HPID;自增模式下HPIA則是首地址,每次讀或?qū)懖僮骱笏紩?huì)自動(dòng)指向下一個(gè)待讀寫的地址。
2.2 DSP芯片的程序加載與啟動(dòng)
由CCS編譯器生成的DSP可執(zhí)行文件是一種.out文件。本方法中首先調(diào)用TI公司提供的hex500.exe程序,將其轉(zhuǎn)換為.hex文件[3],這種.hex文件的組織結(jié)構(gòu)具體如下:
它由一個(gè)一個(gè)的塊(block)組成,每一個(gè)塊的第一個(gè)" title="第一個(gè)">第一個(gè)字節(jié)表示當(dāng)前塊包含的待加載的有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度,第二、第三個(gè)字節(jié)表示這些有效數(shù)據(jù)寫入DSP內(nèi)存時(shí)的首地址,從第五個(gè)字節(jié)開始是待寫入DSP內(nèi)存的有效數(shù)據(jù)(第四個(gè)字節(jié)通常為0x00,是無效數(shù)據(jù)),超出當(dāng)前有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)不需要處理。需要注意的是,文件的結(jié)尾(也就是最后一個(gè)塊)的第一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)是0,表示當(dāng)前塊為文件的結(jié)尾,其后的任何數(shù)據(jù)都是無效數(shù)據(jù)。
知道這種.hex文件的組織結(jié)構(gòu)后,就可以分離出其中的有效數(shù)據(jù),然后就可將這些有效數(shù)據(jù)寫入DSP的內(nèi)存。本技術(shù)是通過DSP的HPI口來完成寫操作的。具體如下:
首先對(duì)DSP復(fù)位,清除原來的數(shù)據(jù);然后在單片機(jī)的控制下從.hex文件讀出每次寫入的初始地址,從這些初始地址開始不斷地將有效數(shù)據(jù)寫入DSP的內(nèi)存;寫操作完成后,向DSP的內(nèi)存地址0x007f寫數(shù)據(jù)0x8000,程序即啟動(dòng),開始執(zhí)行。
3 系統(tǒng)的組成
系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。ISA插卡通過ISA插槽與PC機(jī)(即相當(dāng)于磁懸浮系統(tǒng)上的主控機(jī))連接,受PC機(jī)的控制,接收來自PC機(jī)的數(shù)據(jù),向PC機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)。插卡上有SJA1000芯片,通過它與PCB板上的SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。PCB板上的SJA1000的數(shù)據(jù)/地址信號(hào)線與單片機(jī)的P0并口相連,同時(shí)P0并口也與DSP的HPI并口數(shù)據(jù)線HD0～7相連。在單片機(jī)的控制下,SJA1000接收來自PC機(jī)的數(shù)據(jù),并將其通過P0并口發(fā)送給單片機(jī),然后單片機(jī)再將這些數(shù)據(jù)通過HPI發(fā)送給DSP。
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4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
4.1 硬件實(shí)現(xiàn)
根據(jù)系統(tǒng)組成框圖,各個(gè)具體模塊的硬件實(shí)現(xiàn)如圖3、圖4、圖5所示。
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圖3為單片機(jī)的接口電路,并口P0與SJA1000的并行數(shù)據(jù)口D0～D7(如圖4所示)及DSP的HPI口(如圖5所示)相連,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換:SJA1000接收來自CAN總線的數(shù)據(jù),通過并行數(shù)據(jù)口D0~D7及P0口發(fā)送給單片機(jī),單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)并經(jīng)過處理后又通過P0口和HPI口轉(zhuǎn)發(fā)給DSP。
HBIL、HCT0、CHT1、HR/W為HPI口的控制信號(hào)" title="控制信號(hào)">控制信號(hào)[2],故HPI的讀寫等操作都受控于單片機(jī)。
CSCAN為SJA1000的選通信號(hào),/RST為SJA1000與DSP的復(fù)位信號(hào);RD、WR分別為讀寫控制信號(hào)。
4.2 軟件實(shí)現(xiàn)
PC機(jī)程序負(fù)責(zé)對(duì).hex文件的分析,并根據(jù)分析結(jié)果,通過SJA1000,將每一個(gè)塊的“頭部”和有效數(shù)據(jù)有區(qū)別地向CAN總線上發(fā)送,直到遇到文件結(jié)束符為止。
單片機(jī)控制程序負(fù)責(zé)接收從SJA1000上傳的CAN總線上的數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù)的性質(zhì)(即該幀數(shù)據(jù)是“頭部”還是有效數(shù)據(jù)),然后通過DSP芯片的HPI并行口將有效數(shù)據(jù)正確地寫入相應(yīng)的內(nèi)存地址。
本文研究的這項(xiàng)技術(shù)提供了一種簡(jiǎn)單易行、成本低廉的DSP程序加載方法。這項(xiàng)技術(shù)具有高度的可靠性、靈活性和實(shí)用性。此項(xiàng)技術(shù)用于磁懸浮列車這樣一個(gè)復(fù)雜的DCS系統(tǒng)后,能夠很好地控制列車上眾多基于DSP芯片的系統(tǒng)的程序加載,并方便地對(duì)它們進(jìn)行調(diào)試,使這些系統(tǒng)能根據(jù)不同的需要執(zhí)行不同的程序,取得了很好的效果。目前上海引進(jìn)的磁懸浮列車也采用了此項(xiàng)在線調(diào)試技術(shù)。
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參考文獻(xiàn)
1? 郭小青.基于CAN總線的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng). 杭州應(yīng)用工程技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2001:13(2)
2? 劉益成. TMS320C54x DSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與開發(fā)P353-P380.北京:北京航空航天出版社, 2002