英創(chuàng)信息技術(shù)EM9380多路任意脈沖發(fā)生器及應(yīng)用

EM9380是面向?qū)崟r(shí)控制應(yīng)用的一款工控主板，這里所說(shuō)的實(shí)時(shí)控制是指那些控制周期可能短至幾十微妙的控制應(yīng)用。EM9380通過(guò)板上獨(dú)立運(yùn)行的硬件協(xié)處理器（Cortex-M3），可很好的滿足這類應(yīng)用的需求。多路任意脈沖發(fā)生器，就是按照用戶預(yù)設(shè)的流程，按設(shè)定的時(shí)間間隔（最短25us），同時(shí)更新多路（最多8路）數(shù)字輸出的電平狀態(tài)，從而構(gòu)成多路任意周期的脈沖信號(hào)輸出。多路任意脈沖發(fā)生器功能，可用于步進(jìn)電機(jī)的控制，在紡織、印刷設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用。本文后續(xù)部分將主要介紹在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)任意脈沖發(fā)生器功能的流程。

接口硬件說(shuō)明

EM9380中的GPIO0–GPIO15是由其硬件協(xié)處理器直接控制的，它們均可作為任意脈沖發(fā)生器的輸出，輸出的總數(shù)不超過(guò)8路。對(duì)選定作為意脈沖輸出的GPIO，首先需要設(shè)置成輸出模式。因?yàn)樵贓M9380上電或復(fù)位啟動(dòng)后，GPIO0 – GPIO15均處于輸出狀態(tài)的，由于內(nèi)部100KΩ上拉，其電平均為高電平（管腳懸空時(shí)）。在實(shí)際應(yīng)用中，若需要脈沖輸出的初始電平為低電平，可在其管腳接10KΩ的下拉電阻至地。

接口軟件說(shuō)明

為了操作GPIO0–GPIO15這組GPIO，首先需要打開(kāi)硬件寫(xiě)處理器的驅(qū)動(dòng)程序，其設(shè)備文件名為”MCU2:”（注意是MCU2，而不是MCU1）：
#include // 數(shù)據(jù)類型定義
HANDLE hMCU2;
hMCU2 = CreateFile(_T(“MCU2:”), // name of device
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, // desired access
FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, // sharing mode
NULL, // security attributes (ignored)
OPEN_EXISTING, // creation disposition
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, // flags/attributes
NULL); // template file (ignored)

驅(qū)動(dòng)程序MCU2通過(guò)DeviceIoControl，支持以下GPIO命令：
MCU_GENERIC_GPIO_OE // 輸出使能
MCU_GENERIC_GPIO_OD // 輸出禁止，作為數(shù)字輸入
MCU_GENERIC_GPIO_SET // 輸出高電平
MCU_GENERIC_GPIO_CLR // 輸出低電平
MCU_GENERIC_GPIO_PIN // 讀取輸入管腳電平狀態(tài)
MCU_GENERIC_GPIO_OF // 實(shí)時(shí)控制輸出流

其中前5個(gè)命令通過(guò)以下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)GPIO的命令：
typedef struct
{
BYTE ucSize; // 本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小 = 17字節(jié)
BYTE ucCmd; // GPIO命令碼：MCU_GENERIC_GPIO_XXX
DWORD dwPins; // 操作的管腳位
DWORD dwStatus; // 返回的管腳電平狀態(tài)
DWORD dwPeriod; // 實(shí)時(shí)控制周期，單位us；= 0: 常規(guī)功能
bool bFlashed; // 保存本配置作為啟動(dòng)缺省功能
BYTE ucChkSum; // 校驗(yàn)和
} MCU_GPIO_INFO, *PMCU_GPIO_INFO; // struct for GPIO

對(duì)于本應(yīng)用來(lái)說(shuō)，首先需要把所選擇的GPIO設(shè)置為輸出模式，具體代碼如下：
MCU_GPIO_INFO Info; //定義結(jié)構(gòu)對(duì)象
memset（&Info, 0, sizeof（MCU_GPIO_INFO））；//清零
//填寫(xiě)所需的參數(shù)
Info.ucSize = sizeof（MCU_GPIO_INFO）;
Info.ucCmd = MCU_GENERIC_GPIO_OE; //設(shè)置為輸出模式
Info.dwPins = GPIO3 | GPIO2 | GPIO1 | GPIO0; //設(shè)置4路脈沖輸出
// 生成chksum字節(jié)
Info.ucChkSum = ChkSum（&Info, sizeof（MCU_GPIO_INFO）-1）;
// 調(diào)用DeviceIoControl
if (!DeviceIoControl(hMCU2, // File handle to the driver
MCU_IOCTL_ACCESS, // I/O control code
&Info, // input buffer
sizeof(MCU_GPIO_INFO), // in buffer size
NULL, // out buffer
0, // out buffer size
NULL, // pointer to number of bytes returned
NULL)) // ignored (=NULL)
{
// 出錯(cuò)處理......
return FALSE;
}

其次是設(shè)置脈沖的初始電平及脈沖的更新周期，其主要代碼如下：
memset（&Info, 0, sizeof（MCU_GPIO_INFO））；//清零
//填寫(xiě)所需的參數(shù)
Info.ucSize = sizeof（MCU_GPIO_INFO）;
Info.ucCmd = MCU_GENERIC_GPIO_SET; //輸出的初始電平為高電平
//Info.ucCmd = MCU_GENERIC_GPIO_CLR; //輸出的初始電平為低電平
Info.dwPins = GPIO3 | GPIO2 | GPIO1 | GPIO0; //設(shè)置4路脈沖輸出
Info.dwPeriod = 25; //設(shè)置更新周期為25us

接著的生成ChkSum字節(jié)和調(diào)用DeviceIoControl操作和上一步是一樣的，不再贅述。

設(shè)置了更新周期后，硬件協(xié)處理器已處于脈沖輸出狀態(tài)，只等驅(qū)動(dòng)程序MCU2下傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)流了。下傳的數(shù)據(jù)流將按以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分包逐一下傳：
typedef struct
{
BYTE ucSize; //本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小 = 64字節(jié)
BYTE ucCmd; // = MCU_GENERIC_GPIO_OF
BYTE ucRawDat[60]; // 更新數(shù)據(jù)字節(jié)
BYTE ucChkSum; //
} MCU_GPIO_FLOW, *PMCU_GPIO_FLOW; // struct for GPIO

每一個(gè)更新數(shù)據(jù)字節(jié)對(duì)應(yīng)著一次更新，所以一包數(shù)據(jù)可供60個(gè)更新周期使用。數(shù)據(jù)字節(jié)的格式是按GPIO的編號(hào)右對(duì)齊的，即設(shè)置的GPIO中，編號(hào)最小的那一路，其更新的bit為更新數(shù)據(jù)字節(jié)的LSB（D0），其他數(shù)據(jù)按編號(hào)遞增，向左排列至MSB（D7）。

下傳數(shù)據(jù)流，同樣需要做ChkSum，再調(diào)用DeviceIoControl：
if (!DeviceIoControl(hMCU2, //File handle to the driver
MCU_IOCTL_ACCESS, // I/O control code
&Flow, // input buffer
sizeof(MCU_GPIO_FLOW), // in buffer size
NULL, // out buffer
0, // out buffer size
NULL, // pointer to number of bytes returned
NULL)) // ignored (=NULL)
{
// 出錯(cuò)處理......
return FALSE;
}

數(shù)據(jù)更新流程說(shuō)明

對(duì)任意脈沖發(fā)生器功能，EM9380硬件協(xié)處理器內(nèi)部設(shè)置有一對(duì)256字節(jié)的乒乓Buffer。這樣驅(qū)動(dòng)程序MCU2在下傳數(shù)據(jù)包時(shí)，每次可發(fā)送4個(gè)數(shù)據(jù)包（第一次下傳1個(gè)包即可），這樣可進(jìn)一步提高主CPU的工作效率。對(duì)25us更新周期來(lái)說(shuō)，就表示驅(qū)動(dòng)程序下傳數(shù)據(jù)的間隔為6ms。一旦第一包數(shù)據(jù)下傳至硬件協(xié)處理器，實(shí)質(zhì)性啟動(dòng)任意脈沖波形輸出后，當(dāng)有空閑的乒乓Buffer時(shí)，硬件協(xié)處理器會(huì)立即通知驅(qū)動(dòng)程序MCU2。應(yīng)用程序可設(shè)置專門(mén)線程獲取數(shù)據(jù)請(qǐng)求事件，從而啟動(dòng)數(shù)據(jù)下傳。其基本的流程如下：

DWORD dwReturn = 0; // 返回狀態(tài)，= 1：數(shù)據(jù)請(qǐng)求，= 0：超時(shí)
DWORD dwTimeout = 12; // 12ms，2倍正常下傳間隔
// 初始下傳一個(gè)數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)入主循環(huán)。
// ......
// 主循環(huán)：等待下傳數(shù)據(jù)請(qǐng)求
for（; ;）
{
if (!DeviceIoControl(hMCU2, // File handle to the driver
MCU_IOCTL_WAIT_FOR_DATA, // I/O control code
&dwTimeout, // input buffer
sizeof(DWORD), // in buffer size
NULL, // out buffer
0, // out buffer size
&dwReturn, // pointer to number of bytes returned
NULL)) // ignored (=NULL)
{
// 出錯(cuò)處理......
}
if（dwReturn）
{
// 下傳數(shù)據(jù)包（4包）......
dwReturn = 0; // 清標(biāo)志
}
}