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DSP TMS320F206復(fù)位問(wèn)題研究
摘要：在數(shù)字信號(hào)處理器的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，復(fù)位處理是一個(gè)最基本又極為關(guān)鍵的問(wèn)題。較全面地闡述了TMS320F206DSP的復(fù)位和抗干擾問(wèn)題，并就如何保證DSP系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了重點(diǎn)討論，詳細(xì)介紹了幾種相關(guān)的復(fù)位方法。TMS3206（以下簡(jiǎn)稱F206）是TI公司生產(chǎn)的定點(diǎn)DSP芯片TMS320C2XX系列中的一個(gè)成員，F(xiàn)206提供了一個(gè)4.5K字的片內(nèi)存儲(chǔ)器，片內(nèi)存儲(chǔ)器操作比外部存儲(chǔ)器具有更高的抗干擾能力、更低的價(jià)格和更低的功耗。此外，F(xiàn)206片內(nèi)還集成了32K字的閃速存儲(chǔ)器，當(dāng)系統(tǒng)斷電后，閃速存儲(chǔ)器內(nèi)容仍保持不變，加電后又可使用。F206的這些特點(diǎn)使得到了廣泛的應(yīng)用。
在電力故障錄波器的設(shè)計(jì)中使用了TMS320F206，主要目是是利用它較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)電力線路的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行連續(xù)的16點(diǎn)FFT運(yùn)行（采集點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)/周期），計(jì)算出基波及各次諧波含量以便更準(zhǔn)確地進(jìn)行故障啟動(dòng)判斷。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集及邏輯控制、F206（DSP）、硬件監(jiān)控電路、數(shù)據(jù)通信接口等部分構(gòu)成。為了滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理的需要，還在F206外擴(kuò)展了64K字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM（四片IDT71256高速RAM芯片）。
電力故障錄波器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于保證對(duì)電力故障信號(hào)及時(shí)準(zhǔn)確的記錄，系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求相當(dāng)高。此外，由于變電站、發(fā)電廠環(huán)境中的電磁條件十分復(fù)雜，加之系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)鐘頻率較高，極有可能產(chǎn)生干擾和被干擾現(xiàn)象。有鑒于此，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，必須非常小心地進(jìn)行復(fù)位及抗干擾設(shè)計(jì)。
下面就結(jié)合基于TMS320F206的故障錄波器的設(shè)計(jì)體會(huì)，詳細(xì)探討DSP復(fù)位的特點(diǎn)、對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響和需要注意的問(wèn)題。
1 幾種復(fù)位方式的討論
對(duì)于TM320F206而言，復(fù)位是不可屏蔽的外部中斷（中斷矢量地址0000H），隨時(shí)可用它外F206置于一種已知狀態(tài)。復(fù)位是優(yōu)先級(jí)別最高的中斷，一般在加電后芯片處于未知狀態(tài)時(shí)對(duì)其復(fù)位。因?yàn)閺?fù)位信號(hào)終止存儲(chǔ)器操作并初始化各硬件狀態(tài)位，所以每次復(fù)位后系統(tǒng)應(yīng)重新運(yùn)行初始化程序。
在嚴(yán)格的意義上，F(xiàn)206的復(fù)位源只有一個(gè)，即復(fù)位引腳RS產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖信號(hào)，使芯片復(fù)位。為使系統(tǒng)在加電后能正確工作，RS端的低電平有效時(shí)間至少需要6個(gè)時(shí)鐘周期；F206鎖存復(fù)位脈沖并產(chǎn)生足夠長(zhǎng)的內(nèi)部復(fù)位脈沖以確保芯片復(fù)位；在RS上升沿后16個(gè)周期，芯片完成對(duì)硬件的初始化并從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行第一條指令，通常這里是一條分支到系統(tǒng)初始化程序的跳轉(zhuǎn)指令。
雖然F206嚴(yán)格意義上的復(fù)位源只有一個(gè)，但根據(jù)對(duì)復(fù)位源的不同操作，F(xiàn)206的復(fù)位又可以分上電復(fù)位、硬件監(jiān)復(fù)位、軟件復(fù)位等幾種不同的方式。
1.1 上電復(fù)位
前面已介紹過(guò)，對(duì)于TMS320F206數(shù)字信號(hào)處理器而言，為使芯片初始化正確，一般應(yīng)保證復(fù)位端（RS）低電平至少持續(xù)6個(gè)時(shí)鐘周期，即當(dāng)時(shí)鐘為20MHz時(shí)為300ns。但在上電后，系統(tǒng)的晶振往往需要幾百毫秒的穩(wěn)定期，一般為100ms～300ms。根據(jù)這一特點(diǎn)，可以使用如圖1中所示的上電復(fù)位電路。
1.2 硬件監(jiān)控復(fù)位（看門(mén)狗）
由于TMS320F206的工作時(shí)鐘頻率較高，加之故障錄波器的工作環(huán)境電磁干擾比較嚴(yán)重，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，必須設(shè)置硬件監(jiān)控功能。
F206芯片中并沒(méi)有內(nèi)置看門(mén)狗功能，所以只能使用外部硬件監(jiān)控電路。在有些DSP的相關(guān)設(shè)計(jì)資料中經(jīng)常推薦使用MAX706硬件監(jiān)控芯片，這種芯片具有時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1.6s的看門(mén)狗定時(shí)器功能，這具備上電復(fù)位和電源監(jiān)控功能。
但是，根據(jù)我們的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的仔細(xì)分析，使用MAX706等類似的許多硬件監(jiān)控芯片存在兩個(gè)需要注意的問(wèn)題。第一，看門(mén)狗定時(shí)器的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，MAX706的典型時(shí)間為1.6s，也就是說(shuō)，當(dāng)DSP中的程序運(yùn)行產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)，MAX706的典型時(shí)間為1.6s，也就是說(shuō)，當(dāng)DSP中的程序運(yùn)行產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)，MAX706要在1.6s（相當(dāng)于80個(gè)工頻周期）后才能發(fā)出復(fù)位信號(hào)。第二，監(jiān)控芯片輸出的復(fù)位信號(hào)脈沖寬度過(guò)大，MAX706的典型值為200ms（相當(dāng)于10個(gè)工頻周期），這主要是為了兼顧上電復(fù)位時(shí)對(duì)晶振100ms～300ms穩(wěn)定期的要求。因此，從程序運(yùn)行產(chǎn)生錯(cuò)誤到DSP芯片完成復(fù)位，將有共1.8s的非受控時(shí)間，這對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的電力故障錄波器來(lái)說(shuō)是不能忍受的，如果在此期間電網(wǎng)發(fā)生故障，錄波器將無(wú)法作出正確的反應(yīng)。很顯然，必須尋找一種具有合適看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間和復(fù)位脈沖寬度的硬件監(jiān)控芯片。
在這里，必須明確對(duì)看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間的選擇條件。在程序設(shè)計(jì)中，為了保證硬件監(jiān)控效果，不宜過(guò)多地設(shè)置對(duì)看門(mén)狗芯片的操作，一般應(yīng)在程序循環(huán)的關(guān)鍵部位設(shè)置一至兩處對(duì)看門(mén)狗芯片的觸發(fā)。所以，看門(mén)狗定時(shí)器的時(shí)間只要大于一個(gè)需時(shí)最長(zhǎng)的程序循環(huán)即可。在基于F206的故障錄波器中，需時(shí)最長(zhǎng)程序循環(huán)包含一個(gè)16點(diǎn)的FFT運(yùn)算，整個(gè)程序循環(huán)的總時(shí)間小于2ms。
由此看來(lái)，硬件監(jiān)控電路的看門(mén)狗時(shí)間只要大于2ms即可滿足要求，過(guò)長(zhǎng)的看門(mén)狗時(shí)間是不必要的，對(duì)保證裝置的實(shí)時(shí)性也是十分不利的。
根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，我們選用了MAX6374監(jiān)控芯片，其看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間可以通過(guò)外部引腳ST2、ST1、ST0的邏輯電平進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，其引腳電平與看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間的關(guān)系如表1所示。
表1 MAX6374引腳電平與看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間的關(guān)系
0
0
0
1
1
1
10
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1
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10
1
0
1
0
1
0
13ms
3s
1s
禁止看門(mén)狗功能
30μs
1s
10s
10s
在此將看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間調(diào)節(jié)在3ms。
在對(duì)MAX6374監(jiān)控芯片的觸發(fā)操作時(shí)，為了保證程序的緊湊和監(jiān)控的有效，不宜采用在一處發(fā)脈沖的方式，而應(yīng)該在程序的一點(diǎn)發(fā)出高電平，然后在另一點(diǎn)將電平變低，如此循環(huán)復(fù)地觸發(fā)看門(mén)狗定時(shí)器。
MAX6374的復(fù)位脈沖寬度
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