TMS320C6748'e Dayalı Çok Kanallı Seri İletişim Arayüzünün Tasarımı ve Uygulanması
Mikroişlemci DSP, dijital sinyal işleme algoritmalarının gerçekleştirilmesi için üretilmiş bir cihazdır.Donanım yapısının özelliği, dahili belleğin program veriyolunu ve veri yolunu ayırmak için kullandığı Harvard yapısında gösterilmektedir ve özel bir donanım çarpanı vardır. Bununla birlikte, gömülü DSP sisteminin uygulama alanında, genellikle aynı anda birden fazla harici cihaz ile veri etkileşimi ve iletişimin yürütülmesi gerekmektedir.Seri iletişim arayüzü, sadeliği ve güvenilirliği nedeniyle hala yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir.Geçerli DSP seri port daha fazladır. Daha az, çok kanallı seri iletişim arabirimi kabiliyetini karşılayamaz.
Bu makale, sistem hesaplamasını ve kontrolünü gerçek zamanlı olarak tamamlayabilen ve dijital sinyal işlemede DSP'nin teknik avantajlarından tam anlamıyla yararlanabilen gömülü uçuş kontrol sisteminin çekirdek işleme çipi olarak yüksek hızlı kayan nokta işlemci DSP'yi kullanır. Çok kanallı seri iletişim arayüzünün entegrasyonunu ve genişlemesini gerçekleştirmek için asenkron iletişim protokol yongasına ve 3-8 kod çözücüye dayanan çok kanallı bir seri iletişim arayüz devresi tasarlandı.Alt katman, TI tabanlı gerçek zamanlı işletim sistemi çekirdeği SYS / BIOS'unu çalıştırır. Geliştirmek. Yalnızca yazılım geliştirmenin zorluğunu azaltmakla kalmaz, aynı zamanda geliştirme döngüsünü büyük ölçüde kısaltan sistemin kararlılığını da garanti eder.
1 donanım devre tasarımı
1.1 Sistem mimarisi tasarımı
DSP işlemcisine dayanan çok kanallı seri iletişim arayüz sistemi (bundan böyle arayüz sistemi olarak anılacaktır) esas olarak kontrol devreleri ve arayüz devrelerinden oluşur Sistem mimarisi Şekil 1'de gösterilmektedir. Bunlar arasında, kontrol devresi, esas olarak DSP işlemcisi, bellek, sıfırlama devresi, saat devresi, güç kaynağı devresi ve JTAG ve diğer yardımcı devreleri içeren sistemin çekirdek işleme modülüdür; arayüz devresi, esas olarak protokol işlemcisi dahil olmak üzere çok kanallı seri iletişimi gerçekleştirmek için bir modüldür. , Dekoder, izolasyon devresi ve seviye dönüştürme devresi vb.
1.2 Kontrol devresi tasarımı
Çekirdek işlemci DSP, TI'nin 456 MHz'de saat hızına sahip ve 3648 MIPS ve 2756 MFLOPS'a kadar hesaplama gücüne sahip kayan noktalı aritmetik düşük güçlü yongası TMS320C6748'i seçer.
Saat devresi, saat sinyali olarak 24 MHz OSC harici saat kristal çıkışı kullanır.
Güç kaynağı devresi, entegre bir güç kaynağı modunu benimser, yani çekirdek voltajı ve G / Ç voltajı aynı güç modülünden sağlanır. Çekirdek voltajı 1,2 V ve G / Ç voltajı 1,8 V ve 3,3 V'dir. Bu sistem daha verimli bir güç yönetimi kullanır Chip TPS650061RUK, verimliliği% 90'a ulaşabilir ve gerekli basınç düşüşü küçüktür.
Sıfırlama devresi, yalnızca güç açma sıfırlama ve manuel sıfırlama işlevlerine sahip olmakla kalmayan, aynı zamanda güç kaynağı voltaj izleme işlevine sahip olan ve minimum 140 ms süreli düşük seviyeli bir aktif sıfırlama sinyali verebilen IPM811 sıfırlama çipine göre tasarlanmıştır.
RAM belleği, DSP'ye daha büyük program yürütme / veri depolama alanı sağlayabilen TI'nin düşük güçlü yüksek hızlı RAMMT47H64M16 yongasını kullanır. Flash bellek, sistem yazılımının sağlamlaştırılmış depolanması için SPANSION'ın S29GL128N yongasını kullanır.
1.3 Arayüz devre tasarımı
Protokol işlemcisi, otomatik yazılım / donanım akış kontrol özelliklerine sahip evrensel bir eşzamansız seri iletişim denetleyicisi olan TL16C754 yongasını ve iki eşzamansız saat arasında veri iletimini saklayabilen ve tamponlayabilen 64 baytlık bir FIFO kullanır ve geçebilir Kesmek için farklı tetikleme seviyelerine ulaşmak için programlama; veriler, UART paralel veri ve seri verilerin format dönüşümü için 5 bit, 6 bit, 7 bit veya 8 bit olarak programlanabilir. Kod çözücü, 8 bitlik veri dönüştürme gerçekleştirebilen 3-8 kod çözücü 74LS138 yongasını kullanır.
Sistem, TMS320C6748'in EMIF veri yolunu 16C754A'nın 8 bitlik veri yolu ile bağlar ve EMIF eşleme alanında TL16C754'ün adresini yapılandırır. 8 RS422 arayüz sinyalinin geçitlenmesi.
İzolasyon devresi, arayüz devresinin dijital izolasyonunu sağlamak için ADI'nin altı kanallı dijital izolatörü ADuM7643'ü kullanır.
Seviye dönüştürme devresi, RS422 sinyal alıcı verici işlevini gerçekleştirmek için sürücü veri yolu alıcı-vericisi MAX490'ı kullanır. RS422 ve diğer seri veri arayüzü standart sistemlerinde kullanılan düşük güçlü bir alıcı-vericidir.Maksimum iletim hızı 2,5 Mb / sn olan sürüş ve alıcı olmak üzere iki modül vardır.
Donanım tasarımında, EMIF arayüzü 8-bit veri hattı, DSP ile harici cihaz arasındaki normal iletişimi sağlamak için bire bir TL16C754 portuna karşılık gelir.Harici veri gönderildiğinde, DSP'nin harici kesmesini tetikleyecektir. Kod çözücü devresinde, 3 adres sinyali üzerinden 8 farklı çip seçme sinyali üretilir.Kod çözücü bir flaş oluşturduğunda, karşılık gelen paralel veriler veriyoluna iletilecek ve alım için bekleyecektir.Arayüz devresinin şematik diyagramı şekilde gösterilmiştir. 2 gösterilmektedir.
2 Sürücü yazılımı uygulaması
DSP sürücü yazılımı, TI'nin SYS / BIOS işletim sistemine göre tasarlanmış ve geliştirilmiştir ve geliştirme ortamı CCS5.5'tir (Code Composer Studio). Sistem yazılımı şunlara ayrılmıştır: sistem başlatma modülü, UART sürücü modülü, sistem kesme modülü. SYS / BIOS'un çok iş parçacıklı kesme kontrolü, çok kanallı seri iletişim arabiriminin işlevini gerçekleştirmek için kullanılır.Sistem açıldıktan sonra, donanım sistemi Flash bellekteki programı otomatik olarak 256 KB yonga belleğine yükler ve çalışmaya başlar.
İlk olarak, cihazın CPU'sunun başlatılmasını gerçekleştirin, işletim ortamını başlatmak için cinit'i çalıştırın, sistem konfigürasyonunu başlatmak için SYS / BIOS sistem işlevini çağırın; ardından EMIF veriyolu ve saatin başlatılmasını tamamlamak için ana işlevi çağırın, vb. İşi bekleyin. Ana işlev döndükten sonra, BIOS_start'ı çağırın, donanım kesintisini etkinleştirin ve önceliğe göre seri donanım kesme hizmeti alt yordamını algılamaya ve yürütmeye başlayın.Yazılım işlevi, bu kesme görevlerinin sürücüsü altında tamamlanır.Seri kesme esas olarak veri alımını tamamlar.
Bu sistemin yazılımı temel olarak EMIF veriyolunun okuma ve yazma sırasını ve DSP tarafından TL16C754'ün kayıt kontrol sinyalini tamamlar.
(1) Sistemin başlatılması. Başlatma temel olarak PLL yapılandırmasını, pin çoğullama kontrol yazmacı (PINMUXReg) yapılandırmasını, güç kontrol yazmacı (PSC) yapılandırmasını içerir. TMS320C6748'in pimleri çoğunlukla çoklanmış olduğundan, ilgili PINMUX kaydını uygulama koşullarına göre yapılandırmak gerekir. PSC, C67x'in önemli bir özelliğidir.PSC'yi yapılandırarak, yonganın belirli bir kısmının güç kaynağı, güç tüketimini en aza indirmek için bağımsız olarak kontrol edilebilir.
(2) GPIO kesinti yapılandırması. TMS320C6748'in bağımsız bir harici kesme pini yoktur.GPIO'yu kesinti kaynak sinyali olarak yapılandırır.Kesintiyi yapılandırırken, kesmenin yönüne ve tetik moduna dikkat etmelisiniz.
(3) Zamanlama kontrolü. CE4 alanı okuma ve yazma işlemleri, CE4CFG kaydı yapılandırılarak kontrol edilir. CE4CFG, kurulumu, flaşı, tutma süresini ve veri genişliğini kontrol edebilir. Bu makale UART'ı EMIFA'nın CE4 boşluk bölümüne genişletir.CE4 genişleme alanının temel adresi 0x64000000'dür.UART'ı okurken ve yazarken 0x64000000 adresinde işlem yapabilirsiniz. DSP işlemcisi WE, OE ve CE4 sinyalleri aracılığıyla seri port çipini kontrol eder, ancak kod çözücü çipi aracılığıyla 8 UART sinyalini seçmek için 3 bitlik bir adres hattı ve CE4 gerektirir. DSP'nin eşzamansız arayüze okuma döngüsü, kurulum süresi, flaş süresi ve tutma süresinden oluşur. Anahtar program tasarımı aşağıdaki gibidir:
EMIFWaitTimingConfig (SOC_EMIFA_0_REGS, CHIP_
SELECT_4, EMIFA_ WAITTIME_CONFIG (1,2,1,1,2,1,0));
(4) Çok kanallı UART kesinti kontrolü. TL16C754 yongası 4 kesme sinyali sağlar, bu nedenle 8 UART'ın bir kesme kaynağını paylaşma şeklini benimser ve 8 UART verisini paralel olarak işlemek için SYS / BIOS'ta interrupt 4'ü (INT4) çağırır.Kesinti işleme akışı Şekil 3'te gösterilmiştir.
3 Sistem testi doğrulaması
3.1 Tek seri arayüz testi
Test testi için rastgele bir seri bağlantı noktası seçin. Öncelikle, arayüz sisteminin iletişim arayüzünü PC'nin RS232 seri portuna bağlayın ve PC, belirtilen konfigürasyon parametrelerine göre seri iletişimi başlatır ve arayüz sistemine veri göndermek için üst bilgisayar test yazılımını kullanır. Arayüz sistemi, seri port verilerini almak için kesme modunu kullanır.Veri alındıktan sonra, arayüz sistemi verileri iletir.Verileri aldıktan sonra, PC, tutarlı olup olmadığını kontrol etmek için orijinal verilerle karşılaştırır. Tutarlılarsa, ana bilgisayar test yazılımı seri port testini görüntüler Başarılı, test sonucu Şekil 4'te gösterilmektedir. Test sonuçları, tek kanallı seri iletişim arayüzü veri iletiminin eksiksiz ve güvenilir olduğunu göstermektedir.
3.2 İkili seri arayüz testi
Saha testi sırasında, arayüz sisteminin iki RS422 seri portu, harici GPS alıcısına ve IMU'nun seri portuna bağlanmak için rastgele seçilir ve arayüz sisteminin iletişim arayüzü, PC'nin RS232 seri portuna bağlanır. GPS alıcısı ve IMU veri çerçevelerini aynı anda almak için iki seri bağlantı noktası kullanın ve bunları ilgili veri arabellek biriminde saklayın. Arayüz sistemi DSP'nin dahili sürücüsü, GPS ve IMU verilerinin bir çerçevesinin alınıp alınmadığını sürekli olarak algılar.Eğer doğru alınırsa, üst bilgisayar test yazılımı tarafından görüntülenecek ve bir veri dosyası formatında saklanacaktır. Testten sonra, veri dosyasını açın ve tasarlanan çok kanallı seri iletişim arayüzü GPS ve IMU verilerini tamamen alabilir. Test sonucu Şekil 5'te gösterilmektedir. Test sonuçları, ikili seri iletişim arayüzünün veri iletiminin eksiksiz ve güvenilir olduğunu göstermektedir.
4. Sonuç
Bu makale, DSP'ye dayalı çok kanallı bir seri iletişim arayüz sistemi tasarlamaktadır.Sistemin donanım arayüz devresi basittir ve hata ayıklama uygundur. DSP'nin EMIF kontrol yöntemi, veri aktarımını tamamlamak için kullanılır ve arayüz entegrasyonu ve genişletme, DSP'nin dahili belleği ile çevre birimleri arasındaki veri aktarım hızı sorununu çözen ve DSP'nin hesaplama yükünü azaltan asenkron iletişim protokolü yongası ve kod çözücü aracılığıyla gerçekleştirilir. Seri iletişimin gerçek zamanlı performansını ve güvenilirliğini geliştirin. Temel sürücü, yalnızca yazılım geliştirmenin zorluğunu azaltmakla kalmayan, aynı zamanda geliştirme döngüsünü büyük ölçüde kısaltan sistemin kararlılığını da garanti eden SYS / BIOS gerçek zamanlı işletim sistemine dayalı olarak tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Deneysel testler sayesinde, tasarlanan çok kanallı seri iletişim arayüz sistemi çok kanallı verileri alabilir ve veri aktarımı eksiksiz ve güvenilirdir.Araştırma öncesi projeye uygulanmış ve sonraki gelişimi için güçlü bir garanti sağlanmıştır.
Referanslar
Yu Fengqin. TMS320C6000DSP yapı prensibi ve donanım tasarımı Pekin: Beihang University Press, 2008.
Zhang Xiaofeng, Li Yueli, Li Xiangyang, vb. FPGA ve SC16C554'e dayalı çoklu seri iletişim için bir yöntem Elektronik Teknoloji, 2009, 46 (6): 34-36.
Li Haiyang DSP ve FPGA tabanlı çok fonksiyonlu gömülü navigasyon bilgisayar sistemi tasarımı Nanjing: Nanjing Havacılık ve Uzay Üniversitesi, 2003.
Liu Fengxin, Zhao Jiangong, FPGA'ya dayalı çoklu paralel bağımsız seri portların uygulanması Enstrümantasyon Teknolojisi ve Sensörler, 2010 (11): 44-46.
Shi Xiaofeng, Li Zheng, Cai Zhiquan DSP'ye dayalı yüksek hızlı veri toplama ve işleme sistemi Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2001, 27 (6): 78-80.
Yu Shaolin, Han Bo, Li Ping FPGA tabanlı uçuş kontrol bilgisayarının çok kanallı seri iletişim tasarımı Bilgisayar Mühendisliği, 2011, 37 (20): 242-245.
Jiang Yanhong. FPGA tabanlı UART Tasarım ve Uygulama Bilgisayar Mühendisliği, 2008, 34 (21): 225-226.
yazar bilgileri:
Yang Qingguo, Chen Jun, Xiao Guilin
(Hunan Yunjian Group Co., Ltd., Changsha, Hunan 410100)
