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嵌入式目標模塊在DSP系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

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作者:華中科技大學(xué)交通學(xué)院 向先波 時間:2007-04-23 來源:電子設(shè)計應(yīng)用 收藏
引言

隨著電子技術(shù)的不斷進步,特別是3C(計算機、通信、消費電子)的飛速發(fā)展,電子設(shè)備日趨數(shù)字化、小型化和集成化,嵌入式芯片逐漸成為設(shè)計開發(fā)人員的首選。作為嵌入式芯片的典型代表之一,在信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

雖然為3C產(chǎn)品的開發(fā)提供了很好的硬件支撐平臺,但設(shè)計者仍得花費一定的時間去掌握內(nèi)部各種寄存器的正確設(shè)置、軟件編程方法以及控制算法設(shè)計,這必然會增大產(chǎn)品開發(fā)難度,延長產(chǎn)品開發(fā)周期,從而影響開發(fā)效率。Matlab公司最新推出的針對DSP應(yīng)用控制系統(tǒng)而開發(fā)的嵌入式目標Embedded Target for TI C2000 DSP即可解決上述問題,用戶通過使用該,不僅可以進行電路的系統(tǒng)級仿真,還可編譯生成相應(yīng)的C語言代碼,并下載到目標板,直接運行程序,進行算法的探索與設(shè)計思路的驗證,提高開發(fā)效率。

應(yīng)用流程

作為一種專用的集成開發(fā)環(huán)境,Matlab公司最新推出的Embedded Target for TI C2000 DSP 開發(fā)平臺能夠讓設(shè)計人員直接進行(半)實物仿真、算法的探索與研究,以及產(chǎn)品可靠性的驗證,從而有效地減少了設(shè)計開發(fā)過程中的消耗,加快了原型開發(fā)的速度。該平臺有如下幾個優(yōu)點:

       1) 在TI C2000 DSP 上自動測試、執(zhí)行Simulink仿真模型;

       2) 提供化的系統(tǒng)和功能,比如PWM、ADC、CAN以及目標板載內(nèi)存等;

       3) 生成文檔化的易讀可編輯的C語言代碼,并生成Code Composer Studio項目文件;

       4) 在F2407 eZdsp評估板和F2812 eZdsp評估板上進行自動化實時測試;

       5) 對TI推出的IQmath Library提供模塊化的支持,可以用于仿真和代碼生成;

       6) 可以進行定點系統(tǒng)的設(shè)計、仿真、自動定標和代碼生成工作。

Embedded Target for TI C2000 DSP提供了將MATLAB和Simulink與TI eXpressDSP工具、TI C2000 DSP控制器集成在一起進行系統(tǒng)開發(fā)的手段。通過Real-Time Workshop和TI的開發(fā)工具將Simulink模型轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟rC代碼,這樣就可以利用這些產(chǎn)品在TI C2000 DSP系統(tǒng)上(如F2812 eZds評估板和F2407 eZdsp評估板等)實現(xiàn)自動代碼生成、產(chǎn)品原型和實現(xiàn),并可實時進行算法驗證,極大地提高了開發(fā)效率。另外,該模塊還有強大的可擴充能力,用戶可以增加自己的代碼、中斷服務(wù)程序、IO設(shè)備驅(qū)動到(Code Composer Studio)的工程項目中,這樣就可以直接驅(qū)動自行開發(fā)研制的控制板卡或第三方的硬件設(shè)備板卡,完成產(chǎn)品的設(shè)計。采用該平臺,開發(fā)人員不用編寫一行代碼,就可以完成幾乎所有設(shè)計、仿真和編程下載的工作,整個開發(fā)流程如圖1所示。

Embedded Target for TI C2000應(yīng)用流程示意圖

                               圖1  Embedded Target for TI C2000應(yīng)用流程示意圖

Embedded Target for TI C2000 DSP應(yīng)用實例

下面以一個基于DSP TMS320F2812芯片的帶CAN2.0B網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)字逆變控制器的設(shè)計為例,介紹利用Embedded Target for TI C2000 DSP模塊,與Matlab的Simulink產(chǎn)品中的其他模塊結(jié)合,實現(xiàn)對該逆變控制器進行仿真和編程下載的應(yīng)用。

數(shù)字式逆變器采用單相半橋逆變結(jié)構(gòu),逆變控制器核心芯片選用TMS320F2812,輸出兩路SPWM,EXB841模塊作為SPWM信號的驅(qū)動放大器,控制開關(guān)采用全控器件IGBT,輸入電壓311V,輸出電壓為100V(有效值),開關(guān)頻率為10kHz,逆變輸出電壓頻率為50Hz。逆變控制器的系統(tǒng)原理及接口框圖如圖2所示,逆變系統(tǒng)的電流和電壓通過電壓霍爾傳感器和電流采樣電路分別檢測出來,送入模擬信號處理電路中進行模擬濾波處理和幅值調(diào)整,處理后的信號送入DSP芯片之中,經(jīng)過DSP片內(nèi)的12位A/D轉(zhuǎn)換模塊,變?yōu)閿?shù)字信號,DSP對信號進行數(shù)字濾波后,判斷單相半橋的輸出電壓、電流是否過壓或過流,并采取相應(yīng)的保護措施;再根據(jù)控制算法進行處理,通過DSP片內(nèi)的PWM輸出模塊,得到所需要的兩路SPWM波形信號,經(jīng)過EXB841驅(qū)動放大模塊進行處理,最后對IGBT逆變半橋進行

控制,從而實現(xiàn)直流-交流的逆變。同時還利用DSP片內(nèi)的CAN2.0B模塊,保留一個對外的CAN網(wǎng)絡(luò)接口,便于使用網(wǎng)絡(luò)通信對數(shù)字逆變控制器進行實時控制和監(jiān)測。

DSP逆變控制器接口示意圖

                                        圖2  DSP逆變控制器接口示意圖

C語言項目框架圖

在Matlab下輸入c2000lib命令,可以顯示Embedded Target for TI C2000 DSP目前所能夠支持的各種DSP功能模塊及相關(guān)信息。仿真時,主要利用Embedded Target for TI C2000 DSP所提供的C28X ADC、C28X PWM以及Mailbox子模塊。

如圖3所示,系統(tǒng)利用A/D轉(zhuǎn)換模塊,將采集到的逆變電流和電壓作為SPWM輸出的控制源。并通過CAN通道1將A/D轉(zhuǎn)換值以及PWM輸出占空比輸送出來,同時還可以通過CAN通道0接收來自于網(wǎng)絡(luò)上的通信命令,執(zhí)行相應(yīng)的子程序。C28X ADC模塊在功能上完全等同于TMS320F2812的12位A/D轉(zhuǎn)換模塊,可以選擇合適的模擬輸入通道。C28X PWM模塊在功能上完全等同于TMS320F2812事件管理器中帶死區(qū)的全比較單元模塊,同樣可以選擇定時器、PWM輸出單元、PWM引腳極性以及設(shè)置死區(qū)時間。

Matlab下DSP應(yīng)用模塊仿真及下載示意圖

                                圖3 Matlab下DSP應(yīng)用模塊仿真及下載示意圖

編程下載之前,先要對F2812 eZdsp模塊進行編譯屬性、目標板和仿真器的選擇設(shè)置,以及Real-Time Workshop的屬性設(shè)置,具體步驟如下:

       1. 打開2.20,選擇合適的硬件仿真器,此處選擇F2812 XDS510 Emulator,打開DSP軟件集成開發(fā)環(huán)境。

       2.在Matlab下輸入ccsboardinfo命令顯示出來,查看Embedded Target for TI C2000 DSP所支持的板卡及驅(qū)動,如用戶升級仿真器或更換板卡,則需安裝相應(yīng)的驅(qū)動程序,才能支持對應(yīng)的物理設(shè)備。

       3. 右鍵點擊F2812 eZDSP,對評估板硬件鏈接模塊進行編譯、鏈接和運行等選項的設(shè)置。注意,在設(shè)置BuildOptions屬性時,若沒有連接目標板或仿真器,則BuildAction只選擇Build,可編譯生成C代碼;若有目標板及仿真器,則可選擇Build_and_execute,實現(xiàn)C代碼的編譯下載及實時運行。

       4. 在DSPBoard選項中選擇與目標板一致的DSP芯片類型,并更改DSP板標號,如F2812 PP Emulator等,本文改為F2812 XDS510 Emulator。

       5. 設(shè)置Real-Time Workshop的相關(guān)屬性,可以根據(jù)個人的習(xí)慣進行定制。

經(jīng)過上述設(shè)置步驟之后,可以選擇工具菜單內(nèi)的Real-Time Workshop下的Build Model生成仿真模型對應(yīng)的C語言代碼,Matlab的Command窗口會顯示后臺處理的詳細過程,代碼的編譯及鏈接

過程在中也會有顯示。最后,CCS會自動打開Matlab所生成的軟件項目代碼,CCS中顯示出來的SPWM項目的框架(F2812_SPWM.pjt)如圖4所示,一共有F2812_SPWM_ main.c等14個C語言子程序、SPWM.cmd文件和一些頭文件。所生成的逆變控制器C代碼,保留了模型中相應(yīng)的變量名,具有良好的可讀性和可維護性,其中所生成CAN通信的主要源代碼如下:

    /* CAN 郵箱發(fā)送子程序*/
    {
      ECanaMboxes.MBOX1.MDL.word. LOW_WORD=F2812_SPWM_B.R eadMsgADValueDutyCycle;
      ECanaMboxes.MBOX1.MSGC TRL.bit.DLC = 2;
      ECanaRegs.CANTRS.bit.TRS1 = 1;    // set eCAN Transmit Request Set register
      while(ECanaRegs.CANTA.bit.TA1 != 1 ) {} // check eCAN Transmit Acknowledge register
      ECanaRegs.CANTA.bit.TA1 = 1;      // clear eCAN Transmit Acknowledge register       
    } 

CCS中自動生成的

                                 圖4 CCS中自動生成的

另外,用Embedded Target for TI C2000 DSP所提供的Build/Reload/Run模塊,可以一步到位地將Matlab生成的C語言代碼直接轉(zhuǎn)為COFF文件下載到DSP逆變控制器的目標板中,不需作兩個開發(fā)平臺下的程序移植。如有特殊需求,還可以自行增加一些代碼。這樣就可以避開繁瑣的編程步驟,直接進行在線算法驗證,最終獲取最優(yōu)的控制程序?qū)崿F(xiàn)。

結(jié)語

本文所介紹的DSP結(jié)合Matlab的應(yīng)用實例較為典型。利用Matlab提供的Embedded Target for TI C2000 DSP 模塊,還可完成對基于DSP的三相逆變控制器、電機控制或機器人等其他一些更為復(fù)雜的控制系統(tǒng)的仿真、直接編程下載和算法設(shè)計驗證,實現(xiàn)DSP系統(tǒng)開發(fā)的一步到位。該方法簡單有效、性價比高、開發(fā)周期短、適用范圍廣,有一定的參考價值和通用性。



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