基于CAN總線的DSP芯片程序的受控加載實(shí)現(xiàn)

該技術(shù)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(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｡

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)試時就可根據(jù)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(yùn)行,非常方便靈活｡

1 CAN總線的特點(diǎn)及工作原理

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控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)它以半雙工的方式工作?一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 多個節(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?#65377;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 信息可以在任何時候由任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送到空閑的總線上每個節(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｡ 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)個數(shù)在理論上不受限制 加入或減少設(shè)備不影響整個系統(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)的長度最多為8個字節(jié)因而不存在占線時間問題 可以保證通信的實(shí)時性?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的程序加載與啟動運(yùn)行是通過對其HPI 8位并行口的操作實(shí)現(xiàn)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(jìn)行讀寫操作,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(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詣又赶蛳乱粋€待讀寫的地址｡

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2.2 DSP芯片的程序加載與啟動

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: 它由一個一個的塊(block)組成,每一個塊的第一個字節(jié)表示當(dāng)前塊包含的待加載的有效數(shù)據(jù)的長度,第二､第三個字節(jié)表示這些有效數(shù)據(jù)寫入DSP內(nèi)存時的首地址,從第五個字節(jié)開始是待寫入DSP內(nèi)存的有效數(shù)據(jù)(第四個字節(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(也就是最后一個塊)的第一個字節(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,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｡

CB板上的SJA1000的數(shù)據(jù)/地址信號線與單片機(jī)的P0并口相連,同時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,各個具體模塊的硬件實(shí)現(xiàn)如圖3､圖4､圖5所示｡ 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?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,/RST為SJA1000與DSP的復(fù)位信號;RD､WR分別為讀寫控制信號｡

4.2 軟件實(shí)現(xiàn)

PC機(jī)程序負(fù)責(zé)對.hex文件的分析,并根據(jù)分析結(jié)果,通過SJA1000,將每一個塊的“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)｡