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TMS320LF240x DSP控制器的應(yīng)用實踐

發(fā)布時間:2007/8/20 0:00:00 訪問次數(shù):1038

引 言
TI公司在1982年成功推出其第一代DSP芯片之后,相繼推出了多種適合不同應(yīng)用、不同規(guī)格的DSP系列。TMS320F240x DSP是為了滿足控制應(yīng)用而設(shè)計的,屬于TMS320C2xx系列。通過把一個高性能的DSP內(nèi)核和微處理器的片內(nèi)外部設(shè)備集成在一個芯片的方案,TMS320LF240x DSP成為傳統(tǒng)微控制器和昂貴的多片設(shè)計的一種廉價替代產(chǎn)品。3OMIPS的處理速度,使TMS320IF240x DSP可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的16位微控制器和微處理器的性能。筆者曾用該系列芯片中的TMS320F2406開發(fā)過電動執(zhí)行機(jī)構(gòu),得到了滿意的結(jié)果。結(jié)合自己的開發(fā)經(jīng)驗,筆者簡要介紹TMS320LF240xDSP的硬件結(jié)構(gòu)、C程序開發(fā)過程中若干關(guān)鍵的問題。其中很多包括筆者的心得和體會。

1 TMS320LF240X DSP硬件結(jié)構(gòu)特點
TMS320LF240x DSP有以下一些特點:采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù),使得供電電壓降為3.3V,減少了功耗;基于TMS320C2xxDSP的CPU核,保證與TMS320系列DSP代碼兼容;片內(nèi)有高達(dá)32K字的Flash程序存儲器,544字的雙口RAM(DARAM)和2K字的單口RAM(SARAM);兩個事件管理器模塊EVA和EVB,適用于控制各類電機(jī);看門狗定時器模塊(WDT);控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊;串行通信接口(SCI)模塊;16位的串行外設(shè)接口(SPI)模塊;JTAG接口,使得在系統(tǒng)編程(ISP,)很容易實現(xiàn);10位A/D轉(zhuǎn)換器最小的轉(zhuǎn)換時間為500ns,可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)2個8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或1個16通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器,而每次要轉(zhuǎn)換的通道都可通過編程來選擇。需要說明的是,TMS320LF240x DSF是定點l6位芯片,存儲數(shù)據(jù)的最小單位是16位的字,每個地址(包括程序地址、數(shù)據(jù)地址及I/O地址)所存的數(shù)據(jù)都是16位。
1.1 改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)和流水線操作
DSP采用程序空間和數(shù)據(jù)空間完全分開的哈佛(Havard)結(jié)構(gòu),允許同時取指令和操作數(shù),而且允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳遞數(shù)據(jù),即改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。TMS320LF240x DSP的cPu核心具有獨立的內(nèi)部數(shù)據(jù)和程序總線結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)和程序總線分為6條l6位的總線,分別為:PAB,程序地址總線,為讀寫程序空間提供地址;DRAB,數(shù)據(jù)讀地址總線,為讀數(shù)據(jù)空間提地址;DWAB,數(shù)據(jù)寫地址總線,為寫數(shù)據(jù)空間提供地址;PRDB,從程序空間向c.PU傳送代碼、立即操作數(shù)和表信息的程序讀總線;DRDB,從數(shù)據(jù)空間向中央算術(shù)邏輯單元(CALU)和輔助寄存器算術(shù)單元(ARAU)傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀總線;DWEB,可以傳送數(shù)據(jù)到程序空間和數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)寫總線。數(shù)據(jù)讀地址總線(DRAB)和數(shù)據(jù)寫地址總線(DWAB)是相互獨立的地址總線,CPU 在相同的機(jī)器周期內(nèi)可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作。
TMS320LF240x DSP流水線具有四個獨立的階段:取指令、指令譯碼、取操作數(shù)以及指令執(zhí)行。一般情況下,取指令占用PAB和PRDB;指令譯碼不占用任何程序和數(shù)據(jù)總線;取操作數(shù)占用DRAB和DRDB;指令執(zhí)行包括將執(zhí)行結(jié)果寫回數(shù)據(jù)存儲器,將占用DWAB和DWEB?梢,TMS320LF240x DSP獨特的總線結(jié)構(gòu)大大減少了流水線沖突,極大提高了指令的運行速度。
1. 2事件管理器模塊
事件管理器模塊提供了許多適用于運動控制和電機(jī)控制的功能。每個240x器件都包括兩個事件管理器模塊:EVA和EVB。每個事件管理器模塊包括兩個16位69通用定時器、比較單元、捕獲單元、8個16位的脈寬調(diào)制(PWM)通道以及正交編碼脈沖輸入電路。它們能夠?qū)崿F(xiàn):三相反相器控制;PWM的對稱和非對稱波形;編程的PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時導(dǎo)通而引起短路。事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、多級電機(jī)以及逆變器。

2 C0FF目標(biāo)文件
TI公司匯編器所創(chuàng)建的目標(biāo)文件采用的是一種稱為COFF(Common Object File Format)的文件格式,即共同目標(biāo)文件格式。目的是提高編程和程序執(zhí)行的效率,同時也有利于使用TI公司的BIOS(Basic Input Output System)。
COFF文件格式的核心概念就是使用代碼段、數(shù)據(jù)段編程,而不是指令或數(shù)據(jù)簡單的順序編寫。代碼段和數(shù)據(jù)段的概念不僅是現(xiàn)代軟件編制的重要技術(shù)概念,同時也是嵌入式系統(tǒng)的重要編程技術(shù)。使用這種技術(shù)的優(yōu)點是:程序具有良好的可讀性;程序具有良好的可移植性;能與系統(tǒng)存儲單元充分配合。
在COFF目標(biāo)文件中,段(section)是其最小的單位。所謂“段”就是最終在TMS320 DSP的存儲器映像中占據(jù)連續(xù)空間的一塊代碼或數(shù)據(jù)。這些段在目標(biāo)文件中是相互獨立的。由于大多數(shù)系統(tǒng)都包含有不同類型的存儲器(ROM、RAM、EEPROM),所以使用段可使用戶更有效地利用目標(biāo)存儲器;所有段都能夠獨立進(jìn)行重定位,因此可以將不同的段分配至不同類型的存儲器中去。
通常,一個COFF目標(biāo)文件中都包含三個缺省段:text段(通常包含可執(zhí)行代碼)、.data段(通常包含已初始化數(shù)據(jù))和.bss段(通常為未初始化的數(shù)據(jù)保留所需的空間)。除了這三個缺省的段之外,編程人員可使用匯編器指示符(.sect和usect)自定義段。
TMS320LF240x DSP C編譯器產(chǎn)生可重定位的數(shù)據(jù)段和代碼段。這些段以不同方式分配到內(nèi)存中,以滿足不同的

引 言
TI公司在1982年成功推出其第一代DSP芯片之后,相繼推出了多種適合不同應(yīng)用、不同規(guī)格的DSP系列。TMS320F240x DSP是為了滿足控制應(yīng)用而設(shè)計的,屬于TMS320C2xx系列。通過把一個高性能的DSP內(nèi)核和微處理器的片內(nèi)外部設(shè)備集成在一個芯片的方案,TMS320LF240x DSP成為傳統(tǒng)微控制器和昂貴的多片設(shè)計的一種廉價替代產(chǎn)品。3OMIPS的處理速度,使TMS320IF240x DSP可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的16位微控制器和微處理器的性能。筆者曾用該系列芯片中的TMS320F2406開發(fā)過電動執(zhí)行機(jī)構(gòu),得到了滿意的結(jié)果。結(jié)合自己的開發(fā)經(jīng)驗,筆者簡要介紹TMS320LF240xDSP的硬件結(jié)構(gòu)、C程序開發(fā)過程中若干關(guān)鍵的問題。其中很多包括筆者的心得和體會。

1 TMS320LF240X DSP硬件結(jié)構(gòu)特點
TMS320LF240x DSP有以下一些特點:采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù),使得供電電壓降為3.3V,減少了功耗;基于TMS320C2xxDSP的CPU核,保證與TMS320系列DSP代碼兼容;片內(nèi)有高達(dá)32K字的Flash程序存儲器,544字的雙口RAM(DARAM)和2K字的單口RAM(SARAM);兩個事件管理器模塊EVA和EVB,適用于控制各類電機(jī);看門狗定時器模塊(WDT);控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊;串行通信接口(SCI)模塊;16位的串行外設(shè)接口(SPI)模塊;JTAG接口,使得在系統(tǒng)編程(ISP,)很容易實現(xiàn);10位A/D轉(zhuǎn)換器最小的轉(zhuǎn)換時間為500ns,可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)2個8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或1個16通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器,而每次要轉(zhuǎn)換的通道都可通過編程來選擇。需要說明的是,TMS320LF240x DSF是定點l6位芯片,存儲數(shù)據(jù)的最小單位是16位的字,每個地址(包括程序地址、數(shù)據(jù)地址及I/O地址)所存的數(shù)據(jù)都是16位。
1.1 改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)和流水線操作
DSP采用程序空間和數(shù)據(jù)空間完全分開的哈佛(Havard)結(jié)構(gòu),允許同時取指令和操作數(shù),而且允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳遞數(shù)據(jù),即改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。TMS320LF240x DSP的cPu核心具有獨立的內(nèi)部數(shù)據(jù)和程序總線結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)和程序總線分為6條l6位的總線,分別為:PAB,程序地址總線,為讀寫程序空間提供地址;DRAB,數(shù)據(jù)讀地址總線,為讀數(shù)據(jù)空間提地址;DWAB,數(shù)據(jù)寫地址總線,為寫數(shù)據(jù)空間提供地址;PRDB,從程序空間向c.PU傳送代碼、立即操作數(shù)和表信息的程序讀總線;DRDB,從數(shù)據(jù)空間向中央算術(shù)邏輯單元(CALU)和輔助寄存器算術(shù)單元(ARAU)傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀總線;DWEB,可以傳送數(shù)據(jù)到程序空間和數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)寫總線。數(shù)據(jù)讀地址總線(DRAB)和數(shù)據(jù)寫地址總線(DWAB)是相互獨立的地址總線,CPU 在相同的機(jī)器周期內(nèi)可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作。
TMS320LF240x DSP流水線具有四個獨立的階段:取指令、指令譯碼、取操作數(shù)以及指令執(zhí)行。一般情況下,取指令占用PAB和PRDB;指令譯碼不占用任何程序和數(shù)據(jù)總線;取操作數(shù)占用DRAB和DRDB;指令執(zhí)行包括將執(zhí)行結(jié)果寫回數(shù)據(jù)存儲器,將占用DWAB和DWEB?梢,TMS320LF240x DSP獨特的總線結(jié)構(gòu)大大減少了流水線沖突,極大提高了指令的運行速度。
1. 2事件管理器模塊
事件管理器模塊提供了許多適用于運動控制和電機(jī)控制的功能。每個240x器件都包括兩個事件管理器模塊:EVA和EVB。每個事件管理器模塊包括兩個16位69通用定時器、比較單元、捕獲單元、8個16位的脈寬調(diào)制(PWM)通道以及正交編碼脈沖輸入電路。它們能夠?qū)崿F(xiàn):三相反相器控制;PWM的對稱和非對稱波形;編程的PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時導(dǎo)通而引起短路。事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、多級電機(jī)以及逆變器。

2 C0FF目標(biāo)文件
TI公司匯編器所創(chuàng)建的目標(biāo)文件采用的是一種稱為COFF(Common Object File Format)的文件格式,即共同目標(biāo)文件格式。目的是提高編程和程序執(zhí)行的效率,同時也有利于使用TI公司的BIOS(Basic Input Output System)。
COFF文件格式的核心概念就是使用代碼段、數(shù)據(jù)段編程,而不是指令或數(shù)據(jù)簡單的順序編寫。代碼段和數(shù)據(jù)段的概念不僅是現(xiàn)代軟件編制的重要技術(shù)概念,同時也是嵌入式系統(tǒng)的重要編程技術(shù)。使用這種技術(shù)的優(yōu)點是:程序具有良好的可讀性;程序具有良好的可移植性;能與系統(tǒng)存儲單元充分配合。
在COFF目標(biāo)文件中,段(section)是其最小的單位。所謂“段”就是最終在TMS320 DSP的存儲器映像中占據(jù)連續(xù)空間的一塊代碼或數(shù)據(jù)。這些段在目標(biāo)文件中是相互獨立的。由于大多數(shù)系統(tǒng)都包含有不同類型的存儲器(ROM、RAM、EEPROM),所以使用段可使用戶更有效地利用目標(biāo)存儲器;所有段都能夠獨立進(jìn)行重定位,因此可以將不同的段分配至不同類型的存儲器中去。
通常,一個COFF目標(biāo)文件中都包含三個缺省段:text段(通常包含可執(zhí)行代碼)、.data段(通常包含已初始化數(shù)據(jù))和.bss段(通常為未初始化的數(shù)據(jù)保留所需的空間)。除了這三個缺省的段之外,編程人員可使用匯編器指示符(.sect和usect)自定義段。
TMS320LF240x DSP C編譯器產(chǎn)生可重定位的數(shù)據(jù)段和代碼段。這些段以不同方式分配到內(nèi)存中,以滿足不同的

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