高性能FLASH存儲器在DSP電機智能保護中的應用

摘要：DSP芯片以其高速、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)逐步被用到電機保護中，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保護裝置為模型，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)以及應注意的問(wèn)題和設計技巧。

國內的電動(dòng)機保護裝置種類(lèi)繁多，但隨著(zhù)現代大中型電動(dòng)機對保護要求的不斷提高和VLSI技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統的基于熱敏電阻、機械式繼電器和電子式等保護模式均因可靠性不高，容易出現誤操作等缺點(diǎn)已不能滿(mǎn)足需要；而以單片機為核心的數字或保護裝置的運算速度不高、資源有限、數據處理能力和可擴展性不好等問(wèn)題日益突出。新的相關(guān)理論和技術(shù)（如小波變換、自適應保護、故障診斷、模糊整定等）的出現加速了高性能和綜合型微機保護的發(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的外圍存儲器的支持。鑒于此，筆者在開(kāi)發(fā)基于DSP的大中型智能電動(dòng)機保護裝置（系統結構功能如圖1）時(shí)，在外擴存儲器方面采用了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)而被廣泛應用于消費類(lèi)電子、軍事、航空航天等領(lǐng)域。它可以在線(xiàn)更新，并具有較高的靈活性，因而可與高性能CPU芯片TMS320C32達到良好的配合，從而可顯著(zhù)提高系統性能和可靠性。

1 硬件設計

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(xiàn)結構、獨立的指令系統、專(zhuān)用硬件乘法器、多種尋址方式等優(yōu)點(diǎn)以及高速數據處理能力廣泛應用在通訊、雷達、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(jiǎn)化、并對其性能進(jìn)一步改進(jìn)后的高性?xún)r(jià)比處理器。它具有增強的外部存儲器接口，可以靈活方便地存取8/16/24/32位數據。它支持16/32位外部程序，從而為其外圍接口電路設計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（Bootloader）功能使其程序可以從低速EPROM、PROM或串口裝入到系統的高速RAM中全速運行；它所配備的C編譯器具有很高的效率，可直接用匯編語(yǔ)言或兩者相結合使用，因而靈活性和實(shí)時(shí)性都很強；由于中斷矢量表可重設位，因此，將其應用到電動(dòng)機保護中可以大大提高整個(gè)保護裝置的各項性能。

1.2 Flash Memory芯片Am29F010B

Am29F010B是AMD公司生產(chǎn)的多功能閃爍內存，它的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

*可單電壓（5V）進(jìn)行讀、寫(xiě)操作；

*高性能，最大存取時(shí)間為45ns；

*可靠性極高，可重復編程不小于10萬(wàn)次，數據保持大于100年；

*低功耗（讀操作，寫(xiě)/擦除操作以及空閑狀態(tài)的電流典型值分別為12mA、30mA和1μsA）;

*具有扇區擦除能力，對于所分成的8個(gè)完全一樣的分扇區，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(dòng)地預編程和擦除芯片，它可以將設好的扇區用嵌入式編程算法自動(dòng)地編程以把數據寫(xiě)到特定的地址；

*帶有JEDEC標準的Flash EEPROM管腳輸出和命令集；

*具有編程周期結束檢測功能，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：雙向數據線(xiàn)，可用于輸出數據或寫(xiě)入命令和數據。

A0～A16：地址線(xiàn)，其中A16～A14為扇區地址，可用000～111代表8個(gè)扇區，A13～A0為扇區內的字節地址。

CE：片選線(xiàn)，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(xiě)控制線(xiàn)。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為編程數據，tch為CE持續時(shí)間，tcs為CE建立時(shí)間，tDS為數據建立時(shí)間，tDH為數據維持時(shí)間，twp為寫(xiě)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(xiàn)A0～A16分別與TMS320C32的A0～A16相連。每片Am29F010B的容量為128k×8B。在本開(kāi)發(fā)系統中，數據采用的是32位浮點(diǎn)數，連接方法是將四片8位數據寬的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，總容量為128k×32B。

TMS320C32的外擴存儲器的尋址空間范圍由三組相互獨立的控制信號STRB0、STRB1和IOSTRB來(lái)控制，可用于對相互獨立的存取空間進(jìn)行操作而不會(huì )出現端口沖突。所不同的是，IOSTRB只能用32位寬的程序或數據存儲器進(jìn)行存操作；STRB0和STRB1由各自的四個(gè)控制引腳來(lái)實(shí)現，可以用8/16/32位寬的存儲器存取8/16/32位數據，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的設計中使用的是STRB0，Flash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(lái)實(shí)現。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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