一種基于CAN總線的DSP程序加載技術(shù)

摘要：為靈活方便地調(diào)試磁懸浮列車(chē)上眾多基于ＤＳＰ芯片的控制系統(tǒng)，介紹了一種基于ＣＡＮ總線的ＤＳＰ程序加載技術(shù)。該技術(shù)使對(duì)ＤＳＰ芯片程序的加載可以脫離仿真器而直接受控于列車(chē)的主控機(jī)。該技術(shù)可靠性高、使用靈活方便，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。 關(guān)鍵詞：CAN總線 單片機(jī) DSP HPI ISA 磁懸浮列車(chē)上有很多基于ＤＳＰ芯片的模塊和系統(tǒng)。目前， ＤＳＰ芯片程序的加載與運(yùn)行都主要依賴(lài)于仿真器，而ＤＳＰ仿真器價(jià)格高、體積大，這使得磁懸浮列車(chē)系統(tǒng)的調(diào)試很不靈活方便；且這些基于ＤＳＰ芯片的系統(tǒng)一旦脫離仿真器就只能運(yùn)行事前載入的單一的程序，也使系統(tǒng)的靈活性受到了很大的限制。 本文研究了ＤＳＰ芯片程序加載的基本原理，并根據(jù)這些原理，基于ＣＡＮ總線，實(shí)現(xiàn)了ＤＳＰ芯片程序的受控加載，使得ＤＳＰ芯片程序的加載與啟動(dòng)可直接受控于上位主控機(jī)。由于主控機(jī)的靈活性很大，磁懸浮列車(chē)系統(tǒng)在調(diào)試時(shí)就可根據(jù)需要對(duì)其上各個(gè)控制模塊的主控ＤＳＰ芯片加載不同的程序，控制它的啟動(dòng)運(yùn)行，非常方便靈活。 １ ＣＡＮ總線的特點(diǎn)及工作原理 ＣＡＮＣｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，即控制器局域網(wǎng)總線是一種有效支持分布式控制或定時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)它以半雙工的方式工作一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收信息實(shí)現(xiàn)了全分布式多機(jī)系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目煽啃?。其結(jié)構(gòu)形式如圖１所示。ＣＡＮ總線的信息存取利用了廣播式的存取工作方式信息可以在任何時(shí)候由任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送到空閑的總線上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的ＣＡＮ總線接口必須接收總線上出現(xiàn)的所有信息因此各節(jié)點(diǎn)都設(shè)置有一個(gè)接收寄存器該寄存器接收信息然后根據(jù)信息標(biāo)文符決定是否讀取信息包中的數(shù)據(jù)以判斷是否使用這一信息。 ＣＡＮ總線的特點(diǎn)是以通信數(shù)據(jù)塊編碼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地址編碼ＣＡＮ總線面向的是數(shù)據(jù)而不是節(jié)點(diǎn)這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制加入或減少設(shè)備不影響整個(gè)系統(tǒng)的工作?；冢茫粒慰偩€的各種系統(tǒng)可以根據(jù)用戶(hù)需要任意改變節(jié)點(diǎn)數(shù)量。ＣＡＮ總線收發(fā)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度最多為８?jìng)€(gè)字節(jié)因而不存在占線時(shí)間問(wèn)題可以保證通信的實(shí)時(shí)性通信速率最高可達(dá)１Ｍｂ／ｓ距離為４０ｍ最遠(yuǎn)可達(dá)１０ｋｍ速率為５ｋｂ／ｓ。對(duì)通信介質(zhì)的要求較低可以是光纖或同軸電纜甚至雙絞線。 ２ ＤＳＰ芯片的程序加載與運(yùn)行原理 在本項(xiàng)技術(shù)中，ＤＳＰ的程序加載與啟動(dòng)運(yùn)行是通過(guò)對(duì)其ＨＰＩ ８位并行口的操作實(shí)現(xiàn)的。下面先簡(jiǎn)單介紹一下ＤＳＰ的ＨＰＩ ８位并行口以及如何對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)操作，然后介紹本文研究的這種ＤＳＰ程序加載技術(shù)。 ２．１ ＤＳＰ芯片的并口（ＨＰＩ）簡(jiǎn)介 ＨＰＩ并行口的讀寫(xiě)操作主要由ＤＳＰ的三個(gè)１６位寄存器控制，它們分別是：ＨＰＩＣＨＰＩ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ，控制寄存器、ＨＰＩＤＨＰＩ Ｄａｔａ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ，數(shù)據(jù)寄存器、ＨＰＩＡＨＰＩ Ａｄｒｅｓｓ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ，地址寄存器。寫(xiě)ＨＰＩＣ寄存器控制ＨＰＩ并口的讀寫(xiě)方式以及數(shù)據(jù)高低字節(jié)的讀寫(xiě)順序等；寫(xiě)ＨＰＩＡ寄存器控制寫(xiě)入或讀出數(shù)據(jù)的具體地址（自增模式下２為數(shù)據(jù)寫(xiě)入／讀出時(shí)的初始地址）；從ＨＰＩＤ直接寫(xiě)入／讀出數(shù)據(jù)。 ＨＰＩ有兩種讀寫(xiě)方式：普通模式下的讀寫(xiě)按照ＨＰＩＡ的地址將ＨＰＩＤ的數(shù)據(jù)寫(xiě)入內(nèi)存或?qū)⒃摰刂返臄?shù)據(jù)讀入ＨＰＩＤ；自增模式下ＨＰＩＡ則是首地址，每次讀或?qū)懖僮骱笏紩?huì)自動(dòng)指向下一個(gè)待讀寫(xiě)的地址。 ２．２ ＤＳＰ芯片的程序加載與啟動(dòng) 由ＣＣＳ編譯器生成的ＤＳＰ可執(zhí)行文件是一種．ｏｕｔ文件。本方法中首先調(diào)用ＴＩ公司提供的ｈｅｘ５００．ｅｘｅ程序，將其轉(zhuǎn)換為．ｈｅｘ文件３，這種．ｈｅｘ文件的組織結(jié)構(gòu)具體如下： 它由一個(gè)一個(gè)的塊（ｂｌｏｃｋ）組成，每一個(gè)塊的第一個(gè)字節(jié)表示當(dāng)前塊包含的待加載的有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，第二、第三個(gè)字節(jié)表示這些有效數(shù)據(jù)寫(xiě)入ＤＳＰ內(nèi)存時(shí)的首地址，從第五個(gè)字節(jié)開(kāi)始是待寫(xiě)入ＤＳＰ內(nèi)存的有效數(shù)據(jù)（第四個(gè)字節(jié)通常為０ｘ００，是無(wú)效數(shù)據(jù)），超出當(dāng)前有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)不需要處理。需要注意的是，文件的結(jié)尾（也就是最后一個(gè)塊）的第一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)是０，表示當(dāng)前塊為文件的結(jié)尾，其后的任何數(shù)據(jù)都是無(wú)效數(shù)據(jù)。 知道這種．ｈｅｘ文件的組織結(jié)構(gòu)后，就可以分離出其中的有效數(shù)據(jù)，然后就可將這些有效數(shù)據(jù)寫(xiě)入ＤＳＰ的內(nèi)存。本技術(shù)是通過(guò)ＤＳＰ的ＨＰＩ口來(lái)完成寫(xiě)操作的。具體如下： 首先對(duì)ＤＳＰ復(fù)位，清除原來(lái)的數(shù)據(jù)；然后在單片機(jī)的控制下從．ｈｅｘ文件讀出每次寫(xiě)入的初始地址，從這些初始地址開(kāi)始不斷地將有效數(shù)據(jù)寫(xiě)入ＤＳＰ的內(nèi)存；寫(xiě)操作完成后，向ＤＳＰ的內(nèi)存地址０ｘ００７ｆ寫(xiě)數(shù)據(jù)０ｘ８０００，程序即啟動(dòng)，開(kāi)始執(zhí)行。 ３ 系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)組成框圖如圖２所示。 ＩＳＡ插卡通過(guò)ＩＳＡ插槽與ＰＣ機(jī)（即相當(dāng)于磁懸浮系統(tǒng)上的主控機(jī)）連接，受ＰＣ機(jī)的控制，接收來(lái)自ＰＣ機(jī)的數(shù)據(jù)，向ＰＣ機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)。插卡上有ＳＪＡ１０００芯片，通過(guò)它與ＰＣＢ板上的ＳＪＡ１０００實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。ＰＣＢ板上的ＳＪＡ１０００的數(shù)據(jù)／地址信號(hào)線與單片機(jī)的Ｐ０并口相連，同時(shí)Ｐ０并口也與ＤＳＰ的ＨＰＩ并口數(shù)據(jù)線ＨＤ０～７相連。在單片機(jī)的控制下，ＳＪＡ１０００接收來(lái)自ＰＣ機(jī)的數(shù)據(jù)，并將其通過(guò)Ｐ０并口發(fā)送給單片機(jī)，然后單片機(jī)再將這些數(shù)據(jù)通過(guò)ＨＰＩ發(fā)送給ＤＳＰ。 ４ 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) ４．１ 硬件實(shí)現(xiàn) 根據(jù)系統(tǒng)組成框圖，各個(gè)具體模塊的硬件實(shí)現(xiàn)如圖３、圖４、圖５所示。 圖３為單片機(jī)的接口電路，并口Ｐ０與ＳＪＡ１０００的并行數(shù)據(jù)口Ｄ０～Ｄ７（如圖４所示）及ＤＳＰ的ＨＰＩ口（如圖５所示）相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換：ＳＪＡ１０００接收來(lái)自ＣＡＮ總線的數(shù)據(jù)，通過(guò)并行數(shù)據(jù)口Ｄ０～Ｄ７及Ｐ０口發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)處理后又通過(guò)Ｐ０口和ＨＰＩ口轉(zhuǎn)發(fā)給ＤＳＰ。 ＨＢＩＬ、ＨＣＴ０、ＣＨＴ１、ＨＲ／Ｗ為ＨＰＩ口的控制信號(hào)２，故ＨＰＩ的讀寫(xiě)等操作都受控于單片機(jī)。 ＣＳＣＡＮ為ＳＪＡ１０００的選通信號(hào)，／ＲＳＴ為ＳＪＡ１０００與ＤＳＰ的復(fù)位信號(hào)；ＲＤ、ＷＲ分別為讀寫(xiě)控制信號(hào)。 ４．２ 軟件實(shí)現(xiàn) ＰＣ機(jī)程序負(fù)責(zé)對(duì)．ｈｅｘ文件的分析，并根據(jù)分析結(jié)果，通過(guò)ＳＪＡ１０００，將每一個(gè)塊的“頭部”和有效數(shù)據(jù)有區(qū)別地向ＣＡＮ總線上發(fā)送，直到遇到文件結(jié)束符為止。 單片機(jī)控制程序負(fù)責(zé)接收從ＳＪＡ１０００上傳的ＣＡＮ總線上的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)的性質(zhì)（即該幀數(shù)據(jù)是“頭部”還是有效數(shù)據(jù)），然后通過(guò)ＤＳＰ芯片的ＨＰＩ并行口將有效數(shù)據(jù)正確地寫(xiě)入相應(yīng)的內(nèi)存地址。 本文研究的這項(xiàng)技術(shù)提供了一種簡(jiǎn)單易行、成本低廉的ＤＳＰ程序加載方法。這項(xiàng)技術(shù)具有高度的可靠性、靈活性和實(shí)用性。此項(xiàng)技術(shù)用于磁懸浮列車(chē)這樣一個(gè)復(fù)雜的ＤＣＳ系統(tǒng)后，能夠很好地控制列車(chē)上眾多基于ＤＳＰ芯片的系統(tǒng)的程序加載，并方便地對(duì)它們進(jìn)行調(diào)試，使這些系統(tǒng)能根據(jù)不同的需要執(zhí)行不同的程序，取得了很好的效果。目前上海引進(jìn)的磁懸浮列車(chē)也采用了此項(xiàng)在線調(diào)試技術(shù)。