嵌入式實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)接口通信的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉犁

【摘要】 本文從ARM+DSP嵌入式仿真系統(tǒng)的相關(guān)理論入手，分析其特點(diǎn)，論述ARM+DSP嵌入式仿真平臺(tái)CAN總線的接口硬件以及總線通信原理和程序設(shè)計(jì)，分析嵌入式實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)接口通信技術(shù)在動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，展望其未來。

【關(guān)鍵詞】 嵌入式系統(tǒng) 實(shí)時(shí)仿真 ARM+DSP 動(dòng)力推進(jìn)

一、ARM+DSP雙核嵌入式仿真系統(tǒng)的定義與特點(diǎn)

所謂嵌入式系統(tǒng)即指以應(yīng)用為中心的一種專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，此系統(tǒng)的軟硬件均可裁剪，對(duì)體積、能耗等各方面的要求非常嚴(yán)格。嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)核小、結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，其系統(tǒng)軟件非常高效，可用多任務(wù)的操作系統(tǒng)來開發(fā)軟件。

ARM+DSP雙核嵌入式仿真平臺(tái)由RISC、C5000DSP、C2000DSP組成，采用雙核芯片TMS320VC5470對(duì)APM部分和C5000DSP部分進(jìn)行集成組合，有效的提高了系統(tǒng)功效，降低了能耗，編程靈活度顯著提高，還可加速軟硬件升級(jí)，節(jié)省投資，提高上市速度。

使用TMS320VC5470芯片實(shí)現(xiàn)ARM+DSP嵌入式仿真平臺(tái)具有更多優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為其簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，令A(yù)RM與DSP構(gòu)成整體等，許多嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)采用ARM+DSP的結(jié)構(gòu)組合來充分發(fā)揮兩種處理器的優(yōu)勢(shì)，從每個(gè)處理器中獲得最大益處，以獲得更高性能。

二、ARM+DSP嵌入式仿真平臺(tái)動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

ARM+DSP嵌入式仿真平臺(tái)主要由以ARM，C5000DSP，C2000DSP3個(gè)處理器為中心的功能部分構(gòu)成。其中ARM部分的ARM核微控制器是是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。主要負(fù)責(zé)上電后完成整個(gè)系統(tǒng)的自舉加載和系統(tǒng)的任務(wù)分配、從物理設(shè)備輸入和向物理設(shè)備輸出信號(hào)、通過CAN總線與上位計(jì)算機(jī)通信等。

C5000DSP部分主要運(yùn)行動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并將仿真所得的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)傳遞給C2000DSP部分的電機(jī)控制單元，C2000DSP部分接收運(yùn)算結(jié)果，按照該結(jié)果控制電動(dòng)機(jī)達(dá)到仿真的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，最終實(shí)現(xiàn)用電動(dòng)機(jī)來模擬推進(jìn)主機(jī)。

以ARM+DSP為核心的嵌入式系統(tǒng)具有很強(qiáng)的控制接口能力和高速數(shù)字處理能力，可以達(dá)到實(shí)時(shí)運(yùn)行精確的動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、實(shí)時(shí)控制外圍物理設(shè)備的目的，從而實(shí)現(xiàn)精確實(shí)時(shí)的半物理實(shí)物在環(huán)的動(dòng)力推進(jìn)仿真系統(tǒng)。

三、ARM+DSP嵌入式仿真平臺(tái)CAN總線通信的接口設(shè)計(jì)

本嵌入系統(tǒng)中，CAN被分為不同的功能模塊，收發(fā)器在發(fā)送時(shí)將其邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為物理信號(hào)，與接受時(shí)恰好相反。通常，SPI用于DSP處理器與外部設(shè)備間的通信，因而我們把CAN總線通過2407的SPI和5470的ARM側(cè)SPI口取得通信，最終形成完整的硬件結(jié)構(gòu)。

CAN總線通信接口電路內(nèi)存接口方面，片內(nèi)RAM相比片外更具優(yōu)先權(quán)，由于程序和數(shù)據(jù)空間共享外擴(kuò)RAM，因而外擴(kuò)數(shù)據(jù)空間和程序空間再CMD文件方面的分配上不能出現(xiàn)重疊的地址映射。

四、ARM+DSP嵌入式仿真平臺(tái)的實(shí)時(shí)仿真通信程序設(shè)計(jì)實(shí)例研究

在ARM+DSP嵌入式仿真平臺(tái)下，5407的C5000DSP部分大部分是用來與進(jìn)行傳播推進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行分析，該系統(tǒng)可用于傳統(tǒng)的柴油機(jī)等方面，或新型的電力系統(tǒng)方面。

C5000DSP程序?qū)嵸|(zhì)上是以實(shí)時(shí)循環(huán)迭代求解微分方程組為主的程序，每次循環(huán)求解一次，得出推擠系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)并將結(jié)果傳送給APM部分，通過SPI接口模塊傳送給2407DSP部分來顯示與控制。

2407DSP大部分負(fù)責(zé)從其SPI接口模塊的接收緩沖寄存器讀取FIFO接收來自ARM側(cè)SPI口從C5000DSP部分仿真結(jié)果中獲取的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩信號(hào)。其中，TMS320LF2407則是這個(gè)控制子系統(tǒng)的核心，它通過查詢檢測(cè)主控指令位正常與否，正常則讀取這個(gè)子系統(tǒng)的給定信號(hào)，并通過捕獲子程序接入反饋值。周而復(fù)始直到出現(xiàn)不正常或ARM主控成粗結(jié)束該任務(wù)的進(jìn)程。

五、結(jié)論與展望

本文的創(chuàng)作對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的功能開拓和日后完善較為有益，在以后的工作開展中還應(yīng)考慮到以下幾點(diǎn)：

CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用不可局限于已經(jīng)形成的ARM+DSP嵌入式仿真系統(tǒng)中引入CAN總線，以后還可把現(xiàn)場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)大，最終形成完整的傳播仿真體系，下一版應(yīng)考慮更換內(nèi)部RAM容量更高的雙核芯片、簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)等，以更好的提升本嵌入式仿真平臺(tái)的通信效率。

另外，項(xiàng)目的開發(fā)應(yīng)考慮尋找更廣闊的推廣平臺(tái)，相信其此成果可在工業(yè)控制、通信、圖像處理等多方面獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2] 2011年嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)5月份主題 “MCU中國(guó)設(shè)計(jì)與中國(guó)應(yīng)用”主題討論會(huì)[J]；單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用；2011年05期

[3] 張娜；；淺析自動(dòng)化嵌入式系統(tǒng)的選擇與調(diào)試[J]；黑龍江科技信息；2011年16期

[4] 楊劍鋒；謝銀波；吳靜；沈海；；校企合作，共譜嵌入式教學(xué)新篇章[J]；計(jì)算機(jī)教育；2011年15期

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 相春雷.嵌入式系統(tǒng)：應(yīng)機(jī)而動(dòng)，日進(jìn)無疆[J].軟件世界， 2010年02期

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