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為靈活方便地調試磁懸浮列車上眾多基于DSP芯片的控制系統,介紹了一種基于CAN總線的DSP程序加載技術｡該技術使對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｡該技術可靠性高､使用靈活方便,具有很強的實用性｡ 磁懸浮列車上有很多基于DSP芯片的模塊和系統｡目前, DSP芯片程序的加載與運行都主要依賴于仿真器,而DSP仿真器價格高､體積大,這使得磁懸浮列車系統的調試很不靈活方便;且這些基于DSP芯片的系統一旦脫離仿真器就只能運行事前載入的單一的程序,也使系統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,并根據這些原理,基于CAN總線,實現了DSP芯片程序的受控加載,使得DSP芯片程序的加載與啟動可直接受控于上位主控機｡由于主控機的靈活性很大,磁懸浮列車系統在調試時就可根據需要對其上各個控制模塊的主控DSP芯片加載不同的程序,控制它的啟動運行,非常方便靈活｡ 1 CAN總線的特點及工作原理 CAN Control Area Network,即控制器局域網 總線是一種有效支持分布式控制或定時控制的串行通訊網絡它以半雙工的方式工作?一個節點發送信息 多個節點接收信息 實現了全分布式多機系統?提高了數據在網絡中傳輸的可靠性｡其結構形式如圖1所示｡CAN總線的信息存取利用了廣播式的存取工作方式 信息可以在任何時候由任何節點發送到空閑的總線上每個節點的CAN總線接口必須接收總線上出現的所有信息?因此各節點都設置有一個接收寄存器 該寄存器接收信息 然后根據信息標文符決定是否讀取信息包中的數據以判斷是否使用這一信息｡ CAN總線的特點是以通信數據塊編碼代替傳統的地址編碼 CAN總線面向的是數據而不是節點這種方式的優點是可使網絡內的節點個數在理論上不受限制 加入或減少設備不影響整個系統的工作｡基于CAN總線的各種系統可以根據用戶需要任意改變節點數量｡CAN總線收發數據的長度最多為8個字節因而不存在占線時間問題 可以保證通信的實時性?通信速率最高可達1Mb/s距離為40m 最遠可達10km速率為5kb/s ｡對通信介質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行原理 在本項技術中,DSP的程序加載與啟動運行是通過對其HPI 8位并行口的操作實現的｡下面先簡單介紹一下DSP的HPI 8位并行口以及如何對它進行讀寫操作,然后介紹本文研究的這種DSP程序加載技術｡ 2.1 DSP芯片的并口(HPI)簡介 HPI并行口的讀寫操作主要由DSP的三個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,數據寄存器 ､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據高低字節的讀寫順序等;寫HPIA寄存器控制寫入或讀出數據的具體地址(自增模式下2 為數據寫入/讀出時的初始地址);從HPID直接寫入/讀出數據｡ HPI有兩種讀寫方式:普通模式下的讀寫按照HPIA的地址將HPID的數據寫入內存或將該地址的數據讀入HPID;自增模式下HPIA則是首地址,每次讀或寫操作后它都會自動指向下一個待讀寫的地址｡ 2.2 DSP芯片的程序加載與啟動 由CCS編譯器生成的DSP可執行文件是一種.out文件｡本方法中首先調用TI公司提供的hex500.exe程序,將其轉換為.hex文件3,這種.hex文件的組織結構具體如下: 它由一個一個的塊(block)組成,每一個塊的第一個字節表示當前塊包含的待加載的有效數據的長度,第二､第三個字節表示這些有效數據寫入DSP內存時的首地址,從第五個字節開始是待寫入DSP內存的有效數據(第四個字節通常為0x00,是無效數據),超出當前有效數據長度的數據不需要處理｡需要注意的是,文件的結尾(也就是最后一個塊)的第一個字節的數據是0,表示當前塊為文件的結尾,其后的任何數據都是無效數據｡ 知道這種.hex文件的組織結構后,就可以分離出其中的有效數據,然后就可將這些有效數據寫入DSP的內存｡本技術是通過DSP的HPI口來完成寫操作的｡具體如下: 首先對DSP復位,清除原來的數據;然后在單片機的控制下從.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據寫入DSP的內存;寫操作完成后,向DSP的內存地址0x007f寫數據0x8000,程序即啟動,開始執行｡ 3 系統的組成 系統組成框圖如圖2所示｡ ISA插卡通過ISA插槽與PC機(即相當于磁懸浮系統上的主控機)連接,受PC機的控制,接收來自PC機的數據,向PC機轉發收到的數據｡插卡上有SJA1000芯片,通過它與PCB板上的SJA1000實現數據交換｡  CB板上的SJA1000的數據/地址信號線與單片機的P0并口相連,同時P0并口也與DSP的HPI并口數據線HD0~7相連｡在單片機的控制下,SJA1000接收來自PC機的數據,并將其通過P0并口發送給單片機,然后單片機再將這些數據通過HPI發送給DSP｡ 4 系統的實現 4.1 硬件實現 根據系統組成框圖,各個具體模塊的硬件實現如圖3､圖4､圖5所示｡ 圖3為單片機的接口電路,并口P0與SJA1000的并行數據口D0~D7(如圖4所示)及DSP的HPI口(如圖5所示)相連,實現數據交換:SJA1000接收來自CAN總線的數據,通過并行數據口D0~D7及P0口發送給單片機,單片機接收到數據并經過處理后又通過P0口和HPI口轉發給DSP｡ HBIL､HCT0､CHT1､HR/W為HPI口的控制信號?2?,故HPI的讀寫等操作都受控于單片機｡ CSCAN為SJA1000的選通信號,/RST為SJA1000與DSP的復位信號;RD､WR分別為讀寫控制信號｡ 4.2 軟件實現 PC機程序負責對.hex文件的分析,并根據分析結果,通過SJA1000,將每一個塊的“頭部”和有效數據有區別地向CAN總線上發送,直到遇到文件結束符為止｡ 單片機控制程序負責接收從SJA1000上傳的CAN總線上的數據,分析數據的性質(即該幀數據是“頭部”還是有效數據),然后通過DSP芯片的HPI并行口將有效數據正確地寫入相應的內存地址｡ 本文研究的這項技術提供了一種簡單易行､成本低廉的DSP程序加載方法｡這項技術具有高度的可靠性､靈活性和實用性｡此項技術用于磁懸浮列車這樣一個復雜的DCS系統后,能夠很好地控制列車上眾多基于DSP芯片的系統的程序加載,并方便地對它們進行調試,使這些系統能根據不同的需要執行不同的程序,取得了很好的效果｡目前上海引進的磁懸浮列車也采用了此項在線調試技術｡ |
