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DSP TMS320F206复位问题研究

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:在数字信号处理器的应用系统设计中,复位处理是一个最基本又极为关键的问题。较全面地阐述了TMS320F206DSP的复位和抗干扰问题,并就如何保证DSP系统运行的实时性进行了重点讨论,详细介绍了几种相关的复位方法。
  关键词:TMS320F206复位看门狗实时性
  
  TMS3206(以下简称F206)是TI公司生产的定点DSP芯片TMS320C2XX系列中的一个成员,F206提供了一个4.5K字的片内存储器,片内存储器操作比外部存储器具有更高的抗干扰能力、更低的价格和更低的功耗。此外,F206片内还集成了32K字的闪速存储器,当系统断电后,闪速存储器内容仍保持不变,加电后又可使用。F206的这些特点使得到了广泛的应用。
  
  在电力故障录波器的设计中使用了TMS320F206,主要目是是利用它较强的数据处理能力,对电力线路的电压、电流信号进行连续的16点FFT运行(采集点数为64点/周期),计算出基波及各次谐波含量以便更准确地进行故障启动判断。系统主要由数据采集及逻辑控制、F206(DSP)、硬件监控电路、数据通信接口等部分构成。为了满足数据存储及处理的需要,还在F206外扩展了64K字的数据存储RAM(四片IDT71256高速RAM芯片)。
  
  电力故障录波器的设计关键在于保证对电力故障信号及时准确的记录,系统对实时性的要求相当高。此外,由于变电站、发电厂环境中的电磁条件十分复杂,加之系统运行的时钟频率较高,极有可能产生干扰和被干扰现象。有鉴于此,为了保证系统运行的实时性和稳定性,必须非常小心地进行复位及抗干扰设计。
  
  下面就结合基于TMS320F206的故障录波器的设计体会,详细探讨DSP复位的特点、对系统运行的影响和需要注意的问题。
  
  1几种复位方式的讨论
  
  对于TM320F206而言,复位是不可屏蔽的外部中断(中断矢量地址0000H),随时可用它外F206置于一种已知状态。复位是优先级别最高的中断,一般在加电后芯片处于未知状态时对其复位。因为复位信号终止存储器操作并初始化各硬件状态位,所以每次复位后系统应重新运行初始化程序。
  
  在严格的意义上,F206的复位源只有一个,即复位引脚RS产生一个低电平脉冲信号,使芯片复位。为使系统在加电后能正确工作,RS端的低电平有效时间至少需要6个时钟周期;F206锁存复位脉冲并产生足够长的内部复位脉冲以确保芯片复位;在RS上升沿后16个周期,芯片完成对硬件的初始化并从0000H单元开始执行第一条指令,通常这里是一条分支到系统初始化程序的跳转指令。
  
  虽然F206严格意义上的复位源只有一个,但根据对复位源的不同操作,F206的复位又可以分上电复位、硬件监复位、软件复位等几种不同的方式。
  
  1.1上电复位
  
  前面已介绍过,对于TMS320F206数字信号处理器而言,为使芯片初始化正确,一般应保证复位端(RS)低电平至少持续6个时钟周期,即当时钟为20MHz时为300ns。但在上电后,系统的晶振往往需要几百毫秒的稳定期,一般为100ms~300ms。根据这一特点,可以使用如图1中所示的上电复位电路。
  
  1.2硬件监控复位(看门狗)
  
  由于TMS320F206的工作时钟频率较高,加之故障录波器的工作环境电磁干扰比较严重,为保证设备的正常运行,必须设置硬件监控功能。
  
  F206芯片中并没有内置看门狗功能,所以只能使用外部硬件监控电路。在有些DSP的相关设计资料中经常推荐使用MAX706硬件监控芯片,这种芯片具有时间长达1.6s的看门狗定时器功能,这具备上电复位和电源监控功能。
  
  但是,根据我们的设计经验和对系统运行的仔细分析,使用MAX706等类似的许多硬件监控芯片存在两个需要注意的问题。第一,看门狗定时器的时间过长,MAX706的典型时间为1.6s,也就是说,当DSP中的程序运行产生错误时,MAX706的典型时间为1.6s,也就是说,当DSP中的程序运行产生错误时,MAX706要在1.6s(相当于80个工频周期)后才能发出复位信号。第二,监控芯片输出的复位信号脉冲宽度过大,MAX706的典型值为200ms(相当于10个工频周期),这主要是为了兼顾上电复位时对晶振100ms~300ms稳定期的要求。因此,从程序运行产生错误到DSP芯片完成复位,将有共1.8s的非受控时间,这对实时性要求很高的电力故障录波器来说是不能忍受的,如果在此期间电网发生故障,录波器将无法作出正确的反应。很显然,必须寻找一种具有合适看门狗定时器时间和复位脉冲宽度的硬件监控芯片。
  
  在这里,必须明确对看门狗定时器时间的选择条件。在程序设计中,为了保证硬件监控效果,不宜过多地设置对看门狗芯片的操作,一般应在程序循环的关键部位设置一至两处对看门狗芯片的触发。所以,看门狗定时器的时间只要大于一个需时最长的程序循环即可。在基于F206的故障录波器中,需时最长程序循环包含一个16点的FFT运算,整个程序循环的总时间小于2ms。
  
  由此看来,硬件监控电路的看门狗时间只要大于2ms即可满足要求,过长的看门狗时间是不必要的,对保证装置的实时性也是十分不利的。
  
  根据以上标准,我们选用了MAX6374监控芯片,其看门狗定时器时间可以通过外部引脚ST2、ST1、ST0的逻辑电平进行精确调节,其引脚电平与看门狗定时器时间的关系如表1所示。
  
  表1MAX6374引脚电平与看门狗定时器时间的关系
  
 

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