TMS320F2812三種運(yùn)行方式在SRM控制中的應(yīng)用＊

溫燕斌，蔡燕，李雪

（天津工業(yè)大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300160）

溫燕斌（碩士研究生），研究方向?yàn)殚_關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；蔡燕（教授），研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)；李雪（碩士研究生），研究方向?yàn)殚_關(guān)磁阻電機(jī)及其紡織應(yīng)用。

引 言

開關(guān)磁阻電機(jī)（Switched Reluctance Motor，SRM）的控制對(duì)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)150 MHz。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18KSARAM（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(zhǎng)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＿SEC－TION”指令，將自己定義的數(shù)據(jù)段或代碼段分配到對(duì)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(jiǎn)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.asm中，具體程序如下：

此處存放了兩個(gè)長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)指令，因?yàn)閃D＿DISABLE被置1，先跳轉(zhuǎn)到屏蔽看門狗的代碼處運(yùn)行。

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，"ramfuncs"）”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：

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－funcsLoadStart，＆Ramfuncs Load－End，＆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DSP28xx＿SectionCopy.asm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.asm 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

TMS320F2812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(duì)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（220V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(duì)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(jiǎn)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150MHz，可以更好地看出各種運(yùn)行方式的不同。Cputimer0產(chǎn)生40kHz高速中斷，在中斷服務(wù)程序中翻轉(zhuǎn)某GPIO口電平，觀測(cè)其波形，頻率應(yīng)為20kHz。代碼在RAM中運(yùn)行正常，頻率為20kHz；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(duì)它們運(yùn)行的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并作了簡(jiǎn)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。

［1］孫麗明.TMS320F2812原理及其C語言程序開發(fā)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

［2］呂奎峰，呂強(qiáng)，常天慶，等.TMS320X281xDSP原理及C程序開發(fā)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［3］Yang Yuefeng，Zhang Yihuang，Wang Sujie.Four－Quadrant Control of Dsp－based Switched Reluctance Drives for EV［C］／／2nd IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications，2007：2162－2167.

［4］Texas Instruments.Running an Application from Internal Flash Memroy on the TMS320F28xx DSP ［OL］.［2011－09］.http：／／focus.ti.com／lit／an／spra958e／spra958e.pdf.

［5］Texas Instruments.Copying Compiler Sections From Flash to RAM on the TMS320F28xxx DSCs ［OL］.［2011－09］.http：／／www.ti.com／cn／litv／pdf／spraau8.