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高性能FLASH存儲器在DSP電機智能保護中的應用
摘要：DSP芯片以其高速、實時性等優點逐步被用到電機保護中，利用高性能外圍器件尤其是外圍存儲器與DSP的硬件匹配是充分發揮其優點的必要條件。文中以基于TMS320C32高速CPU為核心芯片的智能型電機保護裝置為模型，介紹了高性能FLASH芯片Am29F010B與DSP芯片的硬件接口電路、軟件編程技術以及應注意的問題和設計技巧。國內的電動機保護裝置種類繁多，但隨著現代大中型電動機對保護要求的不斷提高和VLSI技術的不斷進步，傳統的基于熱敏電阻、機械式繼電器和電子式等保護模式均因可靠性不高，容易出現誤操作等缺點已不能滿足需要；而以單片機為核心的數字或保護裝置的運算速度不高、資源有限、數據處理能力和可擴展性不好等問題日益突出。新的相關理論和技術（如小波變換、自適應保護、故障診斷、模糊整定等）的出現加速了高性能和綜合型微機保護的發展，但這不僅要求更高性能的CPU（如近年飛速發展的系列DSP芯片）的支持，而且還要有與之相適應的外圍存儲器的支持。鑒于此，筆者在開發基于DSP的大中型智能電動機保護裝置（系統結構功能如圖1）時，在外擴存儲器方面采用了AMD公司生產的Flash芯片Am29F010B。該Flash memory因容量大、體積小、功耗低、成本低等優點而被廣泛應用于消費類電子、軍事、航空航天等領域。
它可以在線更新，并具有較高的靈活性，因而可與高性能CPU芯片TMS320C32達到良好的配合，從而可顯著提高系統性能和可靠性。
1 硬件設計
1.1 TMS320C32芯片的特點
美國TI公司生產的TMS320系列DSP芯片以其改進的哈佛總線結構、獨立的指令系統、專用硬件乘法器、多種尋址方式等優點以及高速數據處理能力廣泛應用在通訊、雷達、工業控制等領域。TMS320C32是TI的第一代浮點DSP芯片TMS320C3X系列中的一款高性能浮點芯片，是對TMS320C30、TMS320C31中的不常用資源進行簡化、并對其性能進一步改進后的高性價比處理器。它具有增強的外部存儲器接口，可以靈活方便地存取8/16/24/32位數據。它支持16/32位外部程序，從而為其外圍接口電路設計提供了很大的靈活性；其硬件上增加的一個非常有用的程序引導（Bootloader）功能使其程序可以從低速EPROM、PROM或串口裝入到系統的高速RAM中全速運行；它所配備的C編譯器具有很高的效率，可直接用匯編語言或兩者相結合使用，因而靈活性和實時性都很強；由于中斷矢量表可重設位，因此，將其應用到電動機保護中可以大大提高整個保護裝置的各項性能。
1.2 Flash Memory芯片Am29F010B
Am29F010B是AMD公司生產的多功能閃爍內存，它的主要技術特點如下：
*可單電壓（5V）進行讀、寫操作；
*高性能，最大存取時間為45ns；
*可靠性極高，可重復編程不小于10萬次，數據保持大于100年；
*低功耗（讀操作，寫/擦除操作以及空閑狀態的電流典型值分別為12mA、30mA和1μsA）;
*具有扇區擦除能力，對于所分成的8個完全一樣的分扇區，既可以塊擦除，也可以整個芯片一起擦除；
*嵌入式擦除算法可自動地預編程和擦除芯片，它可以將設好的扇區用嵌入式編程算法自動地編程以把數據寫到特定的地址；
*帶有JEDEC標準的Flash EEPROM管腳輸出和命令集；
*具有編程周期結束檢測功能，可縮短等待時間；
Am29F010B存儲器采用PDIP，PLCC，TSOP封裝，圖2給出了Am29F010B的PDIP封裝引腳圖，各引腳的功能如下：
DQ7～DQ0：雙向數據線，可用于輸出數據或寫入命令和數據。
A0～A16：地址線，其中A16～A14為扇區地址，可用000～111代表8個扇區，A13～A0為扇區內的字節地址。
CE：片選線，低電平有效，高電平時芯片處于空閑狀態；
OE，WE:分別為讀、寫控制線。圖3給出了對FLASH編程時，CE、OE和WE的狀態時序。
其中，PD為編程數據，tch為CE持續時間，tcs為CE建立時間，tDS為數據建立時間，tDH為數據維持時間，twp為寫脈沖寬度。
1.3 Am29F010B與TMS320C32的硬件接口
Am29F010B與TMS320C32的硬件接口電路原理圖如圖4所示。
圖中，Am29F010B的17根地址線A0～A16分別與TMS320C32的A0～A16相連。每片Am29F010B的容量為128k×8B。在本開發系統中，數據采用的是32位浮點數，連接方法是將四片8位數據寬的Am29F010B一起與TMS320C32連接，即將四片Am29F010B的D0～D7依次與TMS320C32的D0～D7、D8～D15、D16～D23及D24～D31連接，總容量為128k×32B。
TMS320C32的外擴存儲器的尋址空間范圍由三組相互獨立的控制信號STRB0、STRB1和IOSTRB來控制，可用于對相互獨立的存取空間進行操作而不會出現端口沖突。所不同的是，IOSTRB只能用32位寬的程序或數據存儲器進行存操作；STRB0和STRB1由各自的四個控制引腳來實現，可以用8/16/32位寬的存儲器存取8/16/32位數據，還可以用16或32位寬的程序存儲器進行存取操作，因而比較靈活。
圖4的設計中使用的是STRB0，Flash所占的128k×32B存取空間的地址范圍為000000H～01FFFFH，外圍程序存儲器配置為32位，可由PRGW置低電平來實現。此時各片的片選信號CE分別由STRB0-B0、STRB0-B1、STRB0-B2、STR
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