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高性能FLASH存儲器在DSP電機(jī)智能保護(hù)中的應(yīng)用
摘要:DSP芯片以其高速、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)逐步被用到電機(jī)保護(hù)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(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)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(jī)保護(hù)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(shù)以及應(yīng)注意的問題和設(shè)計(jì)技巧。國內(nèi)的電動機(jī)保護(hù)裝置種類繁多,但隨著現(xiàn)代大中型電動機(jī)對保護(hù)要求的不斷提高和VLSI技術(shù)的不斷進(jìn)步,傳統(tǒng)的基于熱敏電阻、機(jī)械式繼電器和電子式等保護(hù)模式均因可靠性不高,容易出現(xiàn)誤操作等缺點(diǎn)已不能滿足需要;而以單片機(jī)為核心的數(shù)字或保護(hù)裝置的運(yùn)算速度不高、資源有限、數(shù)據(jù)處理能力和可擴(kuò)展性不好等問題日益突出。新的相關(guān)理論和技術(shù)(如小波變換、自適應(yīng)保護(hù)、故障診斷、模糊整定等)的出現(xiàn)加速了高性能和綜合型微機(jī)保護(hù)的發(fā)展,但這不僅要求更高性能的CPU(如近年飛速發(fā)展的系列DSP芯片)的支持,而且還要有與之相適應(yīng)的外圍存儲器的支持。鑒于此,筆者在開發(fā)基于DSP的大中型智能電動機(jī)保護(hù)裝置(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能如圖1)時(shí),在外擴(kuò)存儲器方面采用了AMD公司生產(chǎn)的Flash芯片Am29F010B。該Flash memory因容量大、體積小、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子、軍事、航空航天等領(lǐng)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(dá)到良好的配合,從而可顯著提高系統(tǒng)性能和可靠性。
1 硬件設(shè)計(jì)
1.1 TMS320C32芯片的特點(diǎn)
美國TI公司生產(chǎn)的TMS320系列DSP芯片以其改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)、獨(dú)立的指令系統(tǒng)、專用硬件乘法器、多種尋址方式等優(yōu)點(diǎn)以及高速數(shù)據(jù)處理能力廣泛應(yīng)用在通訊、雷達(dá)、工業(yè)控制等領(lǐng)域。TMS320C32是TI的第一代浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C3X系列中的一款高性能浮點(diǎn)芯片,是對TMS320C30、TMS320C31中的不常用資源進(jìn)行簡化、并對其性能進(jìn)一步改進(jìn)后的高性價(jià)比處理器。它具有增強(qiáng)的外部存儲器接口,可以靈活方便地存取8/16/24/32位數(shù)據(jù)。它支持16/32位外部程序,從而為其外圍接口電路設(shè)計(jì)提供了很大的靈活性;其硬件上增加的一個(gè)非常有用的程序引導(dǎo)(Bootloader)功能使其程序可以從低速EPROM、PROM或串口裝入到系統(tǒng)的高速RAM中全速運(yùn)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(jié)合使用,因而靈活性和實(shí)時(shí)性都很強(qiáng);由于中斷矢量表可重設(shè)位,因此,將其應(yīng)用到電動機(jī)保護(hù)中可以大大提高整個(gè)保護(hù)裝置的各項(xiàng)性能。
1.2 Flash Memory芯片Am29F010B
Am29F010B是AMD公司生產(chǎn)的多功能閃爍內(nèi)存,它的主要技術(shù)特點(diǎn)如下:
*可單電壓(5V)進(jìn)行讀、寫操作;
*高性能,最大存取時(shí)間為45ns;
*可靠性極高,可重復(fù)編程不小于10萬次,數(shù)據(jù)保持大于100年;
*低功耗(讀操作,寫/擦除操作以及空閑狀態(tài)的電流典型值分別為12mA、30mA和1μsA);
*具有扇區(qū)擦除能力,對于所分成的8個(gè)完全一樣的分扇區(qū),既可以塊擦除,也可以整個(gè)芯片一起擦除;
*嵌入式擦除算法可自動地預(yù)編程和擦除芯片,它可以將設(shè)好的扇區(qū)用嵌入式編程算法自動地編程以把數(shù)據(jù)寫到特定的地址;
*帶有JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的Flash EEPROM管腳輸出和命令集;
*具有編程周期結(jié)束檢測功能,可縮短等待時(shí)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(shù)據(jù)線,可用于輸出數(shù)據(jù)或?qū)懭朊詈蛿?shù)據(jù)。
A0~A16:地址線,其中A16~A14為扇區(qū)地址,可用000~111代表8個(gè)扇區(qū),A13~A0為扇區(qū)內(nèi)的字節(jié)地址。
CE:片選線,低電平有效,高電平時(shí)芯片處于空閑狀態(tài);
OE,WE:分別為讀、寫控制線。圖3給出了對FLASH編程時(shí),CE、OE和WE的狀態(tài)時(shí)序。
其中,PD為編程數(shù)據(jù),tch為CE持續(xù)時(shí)間,tcs為CE建立時(shí)間,tDS為數(shù)據(jù)建立時(shí)間,tDH為數(shù)據(jù)維持時(shí)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(fā)系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采用的是32位浮點(diǎn)數(shù),連接方法是將四片8位數(shù)據(jù)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?cè)萘繛?28k×32B。
TMS320C32的外擴(kuò)存儲器的尋址空間范圍由三組相互獨(dú)立的控制信號STRB0、STRB1和IOSTRB來控制,可用于對相互獨(dú)立的存取空間進(jìn)行操作而不會出現(xiàn)端口沖突。所不同的是,IOSTRB只能用32位寬的程序或數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存操作;STRB0和STRB1由各自的四個(gè)控制引腳來實(shí)現(xiàn),可以用8/16/32位寬的存儲器存取8/16/32位數(shù)據(jù),還可以用16或32位寬的程序存儲器進(jìn)行存取操作,因而比較靈活。
圖4的設(shè)計(jì)中使用的是STRB0,F(xiàn)lash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(shí)現(xiàn)。此時(shí)各片的片選信號CE分別由STRB0-B0、STRB0-B1、STRB0-B2、STR
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