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DSP TMS320F206復位問(wèn)題研究
摘要：在數字信號處理器的應用系統設計中，復位處理是一個(gè)最基本又極為關(guān)鍵的問(wèn)題。較全面地闡述了TMS320F206DSP的復位和抗干擾問(wèn)題，并就如何保證DSP系統運行的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了重點(diǎn)討論，詳細介紹了幾種相關(guān)的復位方法。TMS3206（以下簡(jiǎn)稱(chēng)F206）是TI公司生產(chǎn)的定點(diǎn)DSP芯片TMS320C2XX系列中的一個(gè)成員，F206提供了一個(gè)4.5K字的片內存儲器，片內存儲器操作比外部存儲器具有更高的抗干擾能力、更低的價(jià)格和更低的功耗。此外，F206片內還集成了32K字的閃速存儲器，當系統斷電后，閃速存儲器內容仍保持不變，加電后又可使用。F206的這些特點(diǎn)使得到了廣泛的應用。
在電力故障錄波器的設計中使用了TMS320F206，主要目是是利用它較強的數據處理能力，對電力線(xiàn)路的電壓、電流信號進(jìn)行連續的16點(diǎn)FFT運行（采集點(diǎn)數為64點(diǎn)/周期），計算出基波及各次諧波含量以便更準確地進(jìn)行故障啟動(dòng)判斷。系統主要由數據采集及邏輯控制、F206（DSP）、硬件監控電路、數據通信接口等部分構成。為了滿(mǎn)足數據存儲及處理的需要，還在F206外擴展了64K字的數據存儲RAM（四片IDT71256高速RAM芯片）。
電力故障錄波器的設計關(guān)鍵在于保證對電力故障信號及時(shí)準確的記錄，系統對實(shí)時(shí)性的要求相當高。此外，由于變電站、發(fā)電廠(chǎng)環(huán)境中的電磁條件十分復雜，加之系統運行的時(shí)鐘頻率較高，極有可能產(chǎn)生干擾和被干擾現象。有鑒于此，為了保證系統運行的實(shí)時(shí)性和穩定性，必須非常小心地進(jìn)行復位及抗干擾設計。
下面就結合基于TMS320F206的故障錄波器的設計體會(huì )，詳細探討DSP復位的特點(diǎn)、對系統運行的影響和需要注意的問(wèn)題。
1 幾種復位方式的討論
對于TM320F206而言，復位是不可屏蔽的外部中斷（中斷矢量地址0000H），隨時(shí)可用它外F206置于一種已知狀態(tài)。復位是優(yōu)先級別最高的中斷，一般在加電后芯片處于未知狀態(tài)時(shí)對其復位。因為復位信號終止存儲器操作并初始化各硬件狀態(tài)位，所以每次復位后系統應重新運行初始化程序。
在嚴格的意義上，F206的復位源只有一個(gè)，即復位引腳RS產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖信號，使芯片復位。為使系統在加電后能正確工作，RS端的低電平有效時(shí)間至少需要6個(gè)時(shí)鐘周期；F206鎖存復位脈沖并產(chǎn)生足夠長(cháng)的內部復位脈沖以確保芯片復位；在RS上升沿后16個(gè)周期，芯片完成對硬件的初始化并從0000H單元開(kāi)始執行第一條指令，通常這里是一條分支到系統初始化程序的跳轉指令。
雖然F206嚴格意義上的復位源只有一個(gè)，但根據對復位源的不同操作，F206的復位又可以分上電復位、硬件監復位、軟件復位等幾種不同的方式。
1.1 上電復位
前面已介紹過(guò)，對于TMS320F206數字信號處理器而言，為使芯片初始化正確，一般應保證復位端（RS）低電平至少持續6個(gè)時(shí)鐘周期，即當時(shí)鐘為20MHz時(shí)為300ns。但在上電后，系統的晶振往往需要幾百毫秒的穩定期，一般為100ms～300ms。根據這一特點(diǎn)，可以使用如圖1中所示的上電復位電路。
1.2 硬件監控復位（看門(mén)狗）
由于TMS320F206的工作時(shí)鐘頻率較高，加之故障錄波器的工作環(huán)境電磁干擾比較嚴重，為保證設備的正常運行，必須設置硬件監控功能。
F206芯片中并沒(méi)有內置看門(mén)狗功能，所以只能使用外部硬件監控電路。在有些DSP的相關(guān)設計資料中經(jīng)常推薦使用MAX706硬件監控芯片，這種芯片具有時(shí)間長(cháng)達1.6s的看門(mén)狗定時(shí)器功能，這具備上電復位和電源監控功能。
但是，根據我們的設計經(jīng)驗和對系統運行的仔細分析，使用MAX706等類(lèi)似的許多硬件監控芯片存在兩個(gè)需要注意的問(wèn)題。第一，看門(mén)狗定時(shí)器的時(shí)間過(guò)長(cháng)，MAX706的典型時(shí)間為1.6s，也就是說(shuō)，當DSP中的程序運行產(chǎn)生錯誤時(shí)，MAX706的典型時(shí)間為1.6s，也就是說(shuō)，當DSP中的程序運行產(chǎn)生錯誤時(shí)，MAX706要在1.6s（相當于80個(gè)工頻周期）后才能發(fā)出復位信號。第二，監控芯片輸出的復位信號脈沖寬度過(guò)大，MAX706的典型值為200ms（相當于10個(gè)工頻周期），這主要是為了兼顧上電復位時(shí)對晶振100ms～300ms穩定期的要求。因此，從程序運行產(chǎn)生錯誤到DSP芯片完成復位，將有共1.8s的非受控時(shí)間，這對實(shí)時(shí)性要求很高的電力故障錄波器來(lái)說(shuō)是不能忍受的，如果在此期間電網(wǎng)發(fā)生故障，錄波器將無(wú)法作出正確的反應。很顯然，必須尋找一種具有合適看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間和復位脈沖寬度的硬件監控芯片。
在這里，必須明確對看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間的選擇條件。在程序設計中，為了保證硬件監控效果，不宜過(guò)多地設置對看門(mén)狗芯片的操作，一般應在程序循環(huán)的關(guān)鍵部位設置一至兩處對看門(mén)狗芯片的觸發(fā)。所以，看門(mén)狗定時(shí)器的時(shí)間只要大于一個(gè)需時(shí)最長(cháng)的程序循環(huán)即可。在基于F206的故障錄波器中，需時(shí)最長(cháng)程序循環(huán)包含一個(gè)16點(diǎn)的FFT運算，整個(gè)程序循環(huán)的總時(shí)間小于2ms。
由此看來(lái)，硬件監控電路的看門(mén)狗時(shí)間只要大于2ms即可滿(mǎn)足要求，過(guò)長(cháng)的看門(mén)狗時(shí)間是不必要的，對保證裝置的實(shí)時(shí)性也是十分不利的。
根據以上標準，我們選用了MAX6374監控芯片，其看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間可以通過(guò)外部引腳ST2、ST1、ST0的邏輯電平進(jìn)行精確調節，其引腳電平與看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間的關(guān)系如表1所示。
表1 MAX6374引腳電平與看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間的關(guān)系
0
0
0
1
1
1
10
0
1
1
0
0
1
10
1
0
1
0
1
0
13ms
3s
1s
禁止看門(mén)狗功能
30μs
1s
10s
10s
在此將看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間調節在3ms。
在對MAX6374監控芯片的觸發(fā)操作時(shí)，為了保證程序的緊湊和監控的有效，不宜采用在一處發(fā)脈沖的方式，而應該在程序的一點(diǎn)發(fā)出高電平，然后在另一點(diǎn)將電平變低，如此循環(huán)復地觸發(fā)看門(mén)狗定時(shí)器。
MAX6374的復位脈沖寬度
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