某光電跟蹤產(chǎn)品雙DSP系統(tǒng)RS422通信設(shè)計(jì)

摘要：以某光電跟蹤產(chǎn)品雙DSP系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了RS 422通信設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用Maxim公司提供的Max490ESA作為接口芯片。給出了其硬件接口原理圖，并分別從DSP和PC機(jī)兩方面詳細(xì)介紹了RS 422通信程序的設(shè)計(jì)，具體給出了設(shè)計(jì)思路和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過內(nèi)外場試驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)RS 422通信設(shè)計(jì)的可靠性及便捷性。
關(guān)鍵詞：雙DSP；RS 422通信；位流；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

0 引言
    信息社會(huì)的發(fā)展，在很大程度上取決于信息與信號(hào)處理技術(shù)的先進(jìn)性。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的出現(xiàn)改變了信息與信號(hào)處理技術(shù)的整個(gè)面貌；而數(shù)字處理器作為數(shù)字信號(hào)處理的核心技術(shù)，其應(yīng)用已經(jīng)涉及到設(shè)計(jì)信號(hào)處理的各個(gè)領(lǐng)域，成為電子系統(tǒng)的心臟。某光電跟蹤產(chǎn)品設(shè)計(jì)了基于TMS320C6201B和ADSP2187L的雙DSP的信息處理平臺(tái)，它提高了對(duì)信息的識(shí)別處理速度，具有實(shí)時(shí)性好、控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。一般情況下，可利用JTAG口對(duì)DSP進(jìn)行調(diào)試，然而，在整機(jī)情況下，這種方式就不太適用了。因而，在本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了RS 422接口，大大方便了遠(yuǎn)程調(diào)試和整機(jī)調(diào)試。

1 RS 422通信設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)選用Maxim公司提供的Max490ESA作為接口芯片，它具備高速、低功耗等特點(diǎn)。圖1所示為RS422接口原理圖。

    該通信設(shè)計(jì)的接口程序包括兩個(gè)部分：DSP上的通信程序設(shè)計(jì)和PC機(jī)上的通信程序設(shè)計(jì)。
    DSP的通信程序設(shè)計(jì)主要是調(diào)用INT5和TIMER0中斷實(shí)現(xiàn)的。RX信號(hào)線掛在TMS320C6201的INT5腳，當(dāng)6201檢測到下跳時(shí)，引發(fā)一個(gè)中斷，在中斷程序中，立即將ADSP2187前端的數(shù)據(jù)采集到DSP的片內(nèi)，然后開放TIMER0中斷處理程序。中斷程序負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)給PC機(jī)。
    PC機(jī)的RS 422通信程序采用C++Builder編寫，為多線程程序。利用了專用的RS 422通信控件Vcomm32來實(shí)現(xiàn)通信。
1．1 DSP上的RS 422通信程序設(shè)計(jì)
    DSP上的RS 422通信程序是一種有限狀態(tài)機(jī)，它利用上層協(xié)議將位流進(jìn)行傳輸，具體設(shè)計(jì)如下：
1．1．1 位流的形成
    發(fā)送過程：RS 422是四線制的差分電平通信標(biāo)準(zhǔn)，在本系統(tǒng)中，TMS320C6201B的McBSP1用作通用I／O口，將MeBSP1的7根本來用作同步通信用的數(shù)據(jù)與控制線，現(xiàn)設(shè)置為通用I／O線。
    通過將TMS320C6201B的McBSP1接口的DX引腳置高與置低實(shí)現(xiàn)發(fā)送一位位的數(shù)據(jù)流，通過讀取RX引腳上的電平信號(hào)來接收數(shù)據(jù)位流。位流的速度與PC機(jī)上接收與發(fā)送流的速度一致。位流的格式遵循標(biāo)準(zhǔn)異步通信協(xié)議(UART)，本系統(tǒng)中，設(shè)定為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，2位停止位。由于TMS320C6201B上沒有帶UART通信口，只能用軟件通過通用I／O引腳模仿UART。位流的節(jié)奏由TMS320C6201B的定時(shí)器0定時(shí)周期控制。圖2所示為UART通用異步通信協(xié)議。

    接收過程：RS 422傳輸線Rx+、Rx-經(jīng)過MAX490ESA422接口芯片后，變成5 V CMOS電平信號(hào)Rx。Rx接至TMS320C6201B的兩個(gè)地方，一是TMS320C6201B的McBSP1的Rx腳，另外還同時(shí)接至TMS320C6201B的INT5腳。接收的過程如下：一旦PC機(jī)發(fā)出一個(gè)8位數(shù)據(jù)，PC機(jī)首先要發(fā)送電平為低的起始位，這時(shí)將引起Rx腳由高到低的跳變，TMS320C6201B的INT5腳將感受到這一電平的跳變，這將引發(fā)TMS320C6201B的一次電平中斷，用來提示TMS320C6201B，請(qǐng)準(zhǔn)備接收PC機(jī)上的數(shù)據(jù)。在INT5的中斷處理程序中，首先關(guān)掉INT5腳電平中斷，以防后來還沒有接收完8位的數(shù)據(jù)位流上的電平變化再次引發(fā)不希望出現(xiàn)的中斷，然后退出中斷。TIMER0開始計(jì)數(shù)到給定的周期時(shí)，引起了TIMER0的定時(shí)中斷，TIMER0判斷是否收滿8位，如果沒有，則讀取McBSP1腳上的Rx信號(hào)，將其移入到接收緩沖區(qū)；如果接收滿了8位，則根據(jù)接收緩沖區(qū)接收到的字的意義以及DSP其他參數(shù)做出處理，當(dāng)然，收滿8位，TIMER0定時(shí)將打開INT5中斷，復(fù)原系統(tǒng)其他狀態(tài)，為下一次接收完整數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。這樣就完整地接收到了PC機(jī)上的一串完整的8位數(shù)據(jù)。
1．1．2 上層通信協(xié)議
    位流形成后必須能識(shí)別出位流中包含的意義，或者建立一種DSP與PC之間的通信協(xié)議或通信狀態(tài)機(jī)，確保DSP能夠識(shí)別出PC機(jī)發(fā)出的命令字，同時(shí)PC機(jī)也能正確接收包含著特別含義的位流。
    該通信協(xié)議要實(shí)現(xiàn)以下功能：
    (1)確保DSP與PC機(jī)能正確地握手。當(dāng)握手不成功時(shí)，要有相應(yīng)的錯(cuò)誤處理機(jī)制；當(dāng)握手不成功的次數(shù)太多時(shí)，必須停止握手，提示操作人員做相應(yīng)的處理。
    (2)在握手成功后，DSP能夠根據(jù)PC發(fā)出的命令，做出相應(yīng)的響應(yīng)。
    (3)協(xié)議應(yīng)該簡單，不太復(fù)雜，擴(kuò)展容易。
    為了達(dá)到以上設(shè)計(jì)目的，本系統(tǒng)在DSP上設(shè)計(jì)了如圖3所示的RS 422通信狀態(tài)機(jī)。

    其基本過程是：當(dāng)DSP啟動(dòng)后，進(jìn)入主程序，首先將通信狀態(tài)機(jī)置于準(zhǔn)備接收PC機(jī)握手碼狀態(tài)，一旦收到PC機(jī)發(fā)出的8位數(shù)據(jù)，判斷是否是8位握手碼，如果是則將通信狀態(tài)機(jī)置于發(fā)送握手碼狀態(tài)，如果握手碼接收錯(cuò)誤，則發(fā)0x55，否則發(fā)0xAA。如果是正確的握手碼，則將通信狀態(tài)機(jī)置于準(zhǔn)備接收PC機(jī)命令態(tài)。下一步，通信狀態(tài)機(jī)等待接收PC機(jī)發(fā)出的命令，一旦收到8位數(shù)據(jù)，則認(rèn)為是PC機(jī)發(fā)出的命令，并根據(jù)PC發(fā)出的命令，將通信狀態(tài)機(jī)調(diào)整到PC機(jī)要求的工作狀態(tài)，然后執(zhí)行PC機(jī)要求的操作，如傳送AD原始數(shù)據(jù)與相關(guān)結(jié)果，等待接受PC機(jī)發(fā)出2187的程序數(shù)據(jù)等。當(dāng)執(zhí)行完P(guān)C機(jī)的命令，調(diào)整通信狀態(tài)機(jī)回到初始等待PC發(fā)出握手測試碼狀態(tài)，為新一輪的通信準(zhǔn)備好條件。
1．2 PC機(jī)上的RS 422通信與數(shù)據(jù)處理
    PC機(jī)上的RS 422通信程序也需要遵循上面的所列出的通信協(xié)議。下面將詳細(xì)討論P(yáng)C機(jī)上的RS 422通信與數(shù)據(jù)處理程序。PC機(jī)上的RS 422通信與數(shù)據(jù)處理程序主要完成以下功能：
    (1)將ADSP2187的程序文件分解，裝入緩沖區(qū)內(nèi)，等待RS 422接口發(fā)出。
    (2)將TMS320C6201B的程序文件分解，裝入緩沖區(qū)內(nèi)，等待RS 422接口發(fā)出。
    (3)接收DSP發(fā)出的相關(guān)運(yùn)行結(jié)果，顯示、存貯、打印。
    相對(duì)于DSP上的軟件來講，PC機(jī)上的軟件要相對(duì)復(fù)雜些。目前本系統(tǒng)用三個(gè)PC機(jī)上的軟件分別實(shí)現(xiàn)它。
    PC機(jī)上的軟件用C++Builder5．0軟件編寫，RS 422通信模塊用Comm控件實(shí)現(xiàn)，使用比較方便，下面分別介紹說明PC機(jī)上這三個(gè)功能軟件的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)。
1．2．1 ADSP2187裝入程序
    由于CCS本身存在無法裝入大文件的bug，因此，在開發(fā)階段，實(shí)現(xiàn)裝入任意長度的文件是必須的。利用PC機(jī)上的C++Builder程序開發(fā)工具，首先必須能夠?qū)DSP2187的原始程序文件分解，形成CCS本身可用的數(shù)據(jù)格式。將分析出的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)Buffer內(nèi)，然后通過RS 422接口發(fā)送到TMS320C6201的片內(nèi)指定的單元內(nèi)。當(dāng)發(fā)送完畢后，TMS320C6201內(nèi)部Boot2187函數(shù)將負(fù)責(zé)將ADSP2187數(shù)據(jù)裝到ADSP2187片內(nèi)，并啟動(dòng)它。在TMS320C6201B內(nèi)，幾個(gè)簡單的循環(huán)語句，即可以將得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到ADSP2187片內(nèi)。下面是程序裝載說明：
    (1)TMS320C6201裝載程序流程
    IDMA_IAL=0x80000000；
    IDMA_IAL=程序段首地址：PM區(qū)地址不變，DM區(qū)首地址+0X4000；
    讀數(shù)據(jù)使用IRD，寫數(shù)據(jù)使用IDMA_IWR；
    程序區(qū)為24位字長，讀寫均為先高16位再低8位數(shù)據(jù)；
    (2)關(guān)于程序段地址為0X0000開始的程序段
    TMS320C6201不能從0地址開始裝程序，而需要從0X0001地址開始裝程序；
    0地址處的指令不裝；
    例如：上面的0x0000開始的程序段裝入為：
   
    (3)TMS320C6201啟動(dòng)ADSP2187程序運(yùn)行的操作
   
   
    圖4所示為ADSP2187程序文件分解的數(shù)據(jù)格式及其意義。

1．2．2 TMS320C6201裝入程序
    TMS320C6201B的裝入與ADSP2187程序的裝入基本一致，不同的是TMS320C6201B的程序獲取方法不同，TMS320C6201B的程序源文件是在Simulator下將TMS320C6201B的程序區(qū)導(dǎo)出而形成的源程序文件。由于無法將大文件裝入到TMS320C6201B片內(nèi)，希望通過RS 422接口，將數(shù)據(jù)發(fā)至TMS320C6201B的SBSRAM內(nèi)或其他緩沖單元。作為燒寫FLASH的準(zhǔn)備。
    PC機(jī)的分析程序最后將TMS320C6201B的數(shù)據(jù)整理成如圖5所示的格式，再將這些代碼裝入到SBSRAM中，最后燒錄到FLASHRAM中。

1．2．3 接收DSP發(fā)出的相關(guān)運(yùn)行結(jié)果
    這部分程序的作用是向DSP發(fā)出獲取AD前端數(shù)據(jù)與相關(guān)計(jì)算結(jié)果的命令，然后將相關(guān)計(jì)算結(jié)果與原始數(shù)據(jù)上傳到PC機(jī)上，PC機(jī)將數(shù)據(jù)存貯在緩沖區(qū)內(nèi)，將之顯示、打印、存貯成規(guī)范化的文件。

2 結(jié)論
    內(nèi)外場試驗(yàn)表明，某光電跟蹤產(chǎn)品雙DSP系統(tǒng)由于在設(shè)計(jì)中采用了RS 422接口，大大方便了遠(yuǎn)程調(diào)試和整機(jī)調(diào)試，避免了內(nèi)外場測試及調(diào)試必須拆除外殼體的問題，大大節(jié)約了調(diào)試及測試時(shí)間。另外，該項(xiàng)技術(shù)不僅在某光電跟蹤產(chǎn)品雙DSP系統(tǒng)中得到可靠驗(yàn)證，目前還被推廣應(yīng)用到其他嵌入式系統(tǒng)中。