數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812在開關(guān)磁阻電機(jī)中的調(diào)試方法

引言

開關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Motor，SRM）的控制對實(shí)時(shí)性的要求很高，它需要不斷地判斷其轉(zhuǎn)子瞬時(shí)位置、相電流等信息，進(jìn)而控制SRM換相，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。而作為SRM的控制核心，不僅要實(shí)現(xiàn)上述SRM基本控制功能，而且要實(shí)現(xiàn)各種控制策略（包括電流斬波控制、電壓PWM控制、角度位置控制），甚至是很復(fù)雜的SRM優(yōu)化算法的應(yīng)用。因此，SRM的控制需要一個(gè)性能優(yōu)越的控制核心。

TI公司推出的TMS320F2812是一款性能非常優(yōu)越的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），最高工作時(shí)鐘頻率可達(dá)150MHz。其外設(shè)功能十分強(qiáng)大，存儲(chǔ)資源也很豐富：芯片內(nèi)部集成了18K SARAM（M0、M1各1K，L0、L1各4K，H0為8K），F(xiàn)lash為128K；且預(yù)留了5個(gè)擴(kuò)展空間，方便用戶進(jìn)行功能擴(kuò)展。這就為TMS320F2812運(yùn)行方式的多樣化提供了條件，同時(shí)也是選其作為SRM控制核心的原因。

1 、TMS320F2812三種運(yùn)行方式的實(shí)現(xiàn)

TMS320F2812代碼的開發(fā)環(huán)境為CCS，其工程一般由頭文件、源文件、庫文件以及連接命令文件（CMD）四種文件組成。頭文件采用位域結(jié)構(gòu)體進(jìn)行定義，方便用戶操作相關(guān)寄存器；源文件保存用戶開發(fā)時(shí)編寫的軟件代碼；庫文件為系統(tǒng)文件，無法修改；CMD文件則是用來分配存儲(chǔ)空間的，它告訴鏈接器將編譯器生成的段鏈接到哪。所以，要想實(shí)現(xiàn)代碼運(yùn)行方式的多樣化，必須很好地了解CMD文件。

CMD文件包括MEMORY和SECTIONS。其中，MEMORY的作用是指示存儲(chǔ)空間的起始位置和長度，而SECTIONS的作用是將各種初始化段和非初始化段分配到相應(yīng)的存儲(chǔ)空間。二者都是由編譯器自己編譯、生成及歸類的。初始化段包括所有的代碼、常量及初始化表格等；非初始化段由變量、堆棧等組成。用戶也可以通過“#pragma DATA_SECTION”和“#pragma CODE_SECTION”指令，將自己定義的數(shù)據(jù)段或代碼段分配到對應(yīng)的數(shù)據(jù)空間或程序空間，完成映射。

1．1 RAM調(diào)試運(yùn)行

RAM調(diào)試運(yùn)行指的是將用戶編寫的代碼下載（load）到片內(nèi)RAM，并在RAM上直接運(yùn)行的一種運(yùn)行方式。這種方式實(shí)際上就是通常所說的在線仿真。TMS320F2812通過仿真器與主機(jī)相連，主機(jī)能夠在線調(diào)試程序，例如啟動(dòng)、停止、單步運(yùn)行、設(shè)置斷點(diǎn)等。

RAM調(diào)試運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)簡單，其程序流程為：code_start-》 wd_disable-》 c_int00-》 main（）。 code_start和wd_disable的程序包含于DSP281x_CodeStartBranch．a(chǎn)sm中，具體程序如下：

段生成完畢，還需要在CMD文件中將其映射到RAMH0上，即所謂的H0啟動(dòng)模式。之后程序就會(huì)照流程直接在RAMH0上運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)RAM調(diào)試運(yùn)行的方式。

1．2 Flash直接運(yùn)行

Flash直接運(yùn)行指的是將用戶編寫的代碼燒寫到Flash，并在Flash初始化完成后，用戶代碼運(yùn)行于Flash上的一種運(yùn)行方式。

與RAM調(diào)試運(yùn)行相比，F(xiàn)lash直接運(yùn)行的程序流程多了一個(gè)Memory_copy的環(huán)節(jié)，即code_start-》 wd_disable-》 c_int00-》 main（）-》 Memory_copy。這是因?yàn)橐朐贔lash上直接運(yùn)行程序，就需要配置好Flash控制寄存器（FACTIVEWAIT、FBANKWAIT等）。但這些寄存器是不能在Flash上直接配置的，所以只能將包含這些配置語句的Flash初始化函數(shù)InitFlash（）搬運(yùn)到RAM中運(yùn)行。

InitFlash（）的搬運(yùn)是通過指令“#pragma CODE_SECTION（InitFlash，“ramfunes”）”和CMD文件配置實(shí)現(xiàn)的。前者將函數(shù)InitFlash（）映射到段ramfuncs，后者在SECTIONS中作如下配置：

ramfuncs：LOAD=FLASH，PAGE=0

RUN=RAML0，PAGE=0

LOAD_START（_RamfuncsLoadStart），

LOAD_END（_RamfuncsLoadEnd），

RUN_START（_RamfuncsRunStart）

其中，RamfuncsLoadStart等為已定義好的3個(gè)外部全局變量。這樣配置后，只需要在主程序main（）中先調(diào)用MemCopy（&Ram-funcsLoad Start，＆Ramfuncs LoadEnd，＆Ram funcsRunStart）將已經(jīng)燒寫到Flash中的初始化函數(shù)InitFlash（）代碼全部復(fù)制到以Ram-funcsRun

Start開頭的RAM中，再調(diào)用函數(shù)InitFlash（）就實(shí)現(xiàn)了InitFlash（）的搬運(yùn)。

最后需要注意的一點(diǎn)就是，給codestart段分配的BEGIN段需要映射到以0x3F7FF6開頭的一段Flash上，用于Flash啟動(dòng)模式，而不再是在RAM上。如此配置之后，其他用戶代碼就可以在Flash上正常運(yùn)行了。

1．3 Flash到RAM全搬運(yùn)運(yùn)行

Flash直接運(yùn)行歸根到底就是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)函數(shù)從Flash到RAM的搬運(yùn)，而Flash到RAM的全搬運(yùn)運(yùn)行就是將所有初始化段全部搬運(yùn)到RAM的一種運(yùn)行方式。因此，其程序流程也與Flash直接運(yùn)行類似，即code_start-》 wd_disable-》 copy_sections-》 c_int00-》 main（）。與Memory_ copy不一樣的是，copy_sections搬運(yùn)的是由編譯器編譯生成的初始化段（．text、．cinit、．pinit等），而不是某一個(gè)函數(shù)了。所以，不能把該段放到C語言環(huán)境建立之后，而應(yīng)在屏蔽看門狗后，否則程序無法運(yùn)行。而且，搬運(yùn)代碼也只能用匯編語言編寫，具體程序在文件DSP28 xx_SectionCopy．a(chǎn)sm中實(shí)現(xiàn)，以．text段的搬運(yùn)為例：

代碼把燒寫地址和運(yùn)行地址分別存儲(chǔ)到XAR6和XAR7寄存器后，并將該段大小存入累加器ACC，通過判斷累加器ACC是否為零來完成某個(gè)段的復(fù)制。copysections段直接分配到Flash地址空間。而被搬運(yùn)的．text段在CMD文件中的配置則與Flash直接運(yùn)行方式的ramfuncs段的配置類似，．text段燒寫到Flash空間，復(fù)制到RAM后再運(yùn)行。

另外，DSP281x_CodeStartBranch．a(chǎn)sm中的．ref_c_int00應(yīng)修改為．ref copy_sections，同時(shí)將wd_disable映射到wddisable段，并分配到Flash地址空間。

2、 SRM控制應(yīng)用研究

TM8320F2812的三種運(yùn)行方式下載與運(yùn)行存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，使得三種運(yùn)行方式的特點(diǎn)不盡相同，各有利弊，適合于不同情況下SRM控制的程序調(diào)試。

RAM調(diào)試運(yùn)行代碼下載到RAM，并采用H0啟動(dòng)模式，程序直接在RAM上運(yùn)行，運(yùn)行速度快，可以正常地運(yùn)行于150MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘下。而且，主機(jī)通過仿真器與TMS320F2812相連，能夠在線調(diào)試程序，例如啟動(dòng)、停止、單步運(yùn)行、設(shè)置斷點(diǎn)等等。在線調(diào)試功能對于剛開始的代碼編寫和修改是非常有用的，但RAM調(diào)試運(yùn)行受限于RAM空間的大小，無法運(yùn)行很大的程序；同時(shí)，必須使仿真器與主機(jī)相連，否則無法運(yùn)行程序。RAM掉電代碼消失的特點(diǎn)更是限制了RAM調(diào)試運(yùn)行方式在實(shí)際中的應(yīng)用。因此RAM調(diào)試運(yùn)行適合于初期SRM控制的程序調(diào)試。此時(shí)，SRM控制的母線電壓值不是很高，程序代碼不是很大，同時(shí)可以很方便地觀察一些變量的變化，方便記錄分析。

當(dāng)SRM控制的母線電壓值提升上來（220 V以上）后，程序越來越大，設(shè)計(jì)也越趨于完善，不可能一直使用仿真器進(jìn)行調(diào)試，將程序下載到Flash就成為了唯一的選擇。Flash直接運(yùn)行代碼燒寫到Flash中，采用Flash啟動(dòng)模式，程序最終在Flash上運(yùn)行。128K的地址空間能夠滿足大程序的運(yùn)行，而且燒寫到Flash的代碼掉電后不會(huì)消失，也不需要再連接仿真器，使得TMS320F2812能夠很好完成實(shí)際應(yīng)用。但Flash運(yùn)行速度慢，對運(yùn)行時(shí)間要求苛刻的程序如直接在Flash上運(yùn)行，往往不能滿足要求，使得SRM工作性能下降。

Flash到RAM全搬運(yùn)運(yùn)行綜合了二者的優(yōu)點(diǎn)，代碼燒寫到Flash中，在C語言環(huán)境建立之前先將所有初始化相關(guān)段搬運(yùn)到RAM中再運(yùn)行，既實(shí)現(xiàn)了代碼的掉電不消失，又保證了代碼的全速運(yùn)行。唯一的缺點(diǎn)就是受限于RAM空間的大小，不能運(yùn)行太大的程序，否則可能溢出。

為了簡單驗(yàn)證3種運(yùn)行方式的不同，本文利用了TMS320F2812的32位CPU定時(shí)器Cputimer0，因?yàn)樵摱〞r(shí)器工作于150 MHz，可以更好地看出各種運(yùn)行方式的不同。Cputimer0產(chǎn)生40 kHz高速中斷，在中斷服務(wù)程序中翻轉(zhuǎn)某GPIO口電平，觀測其波形，頻率應(yīng)為20kHz。代碼在RAM中運(yùn)行正常，頻率為20 kHz；而在Flash中運(yùn)行要慢一點(diǎn)，為19．97kHz。而且程序越大，這種限制也就越明顯。

3 、結(jié)論

本文詳細(xì)地介紹了TMS320F2812的3種運(yùn)行方式的實(shí)現(xiàn)方法，對它們運(yùn)行的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并作了簡單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。3種運(yùn)行方式各有利弊，在實(shí)際SRM控制應(yīng)用中，應(yīng)該充分地理解它們各自的特點(diǎn)，選取最適合的方式更快、更好地完成實(shí)際應(yīng)用。

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