TMS320LF2407A与PC多机串行通信的一种典型方法

基于DSP的两轴高精度稳定平台，介绍了一种TMS320LF2407与PC多机串行通信的软硬件方案，并对这种方法的优缺点进行了讨论,提出了一种基于奇偶校验的校验数方法，实践证明,该方法有效地提高了串行通信的可靠性。?
    关键词：稳定平台,TMS320LF2407A,多机串行通信,校验数

    稳定平台，是指能够使被稳对象在干扰作用下相对惯性空间保持方位不变，或在指令力矩作用下，按给定规律相对惯性空间转动的装置。它广泛应用于惯性测量、武器装备以及空间技术中。在稳定平台中,伺服控制技术是关键技术之一。
    随着电子技术和计算机技术的发展，DSP芯片的性能不断提高，这为选用数字伺服控制方案创造了条件。在基于DSP的两轴高精度稳定平台系统中，采用两块TI公司的马达专用控制芯片TMS320LF2407A作为控制器，分别控制单轴。F2407A包含了高速C2XX DSP CPU内核及SCI与CAN通信模块，为实时通信提供了方便。但它同时也存在人机界面不友好、软件资源没有PC机丰富等因素，这些制约了它的应用。
    为了充分发挥该控制芯片的特点，兼具良好的人机接口以利于调试与监控，本系统采用PC机和DSP的主从式结构。PC机作为主机，完成对DSP的控制、数据结果的显示以及人机接口，而DSP完成实时控制，上传实时数据。这样，如何实现多DSP与PC机的可靠通信，在整个系统实现中成为一个重要问题。本文以基于DSP的两轴高精度稳定平台为背景，介绍了一种TMS320LF2407A与PC多机串行通信的软硬件方案，并对这种方法的优缺点进行了讨论。
1 TMS320LF2407A及串行通信接口（SCI）
1.1 TMS320LF2407A简介
    TMS320LF2407A是在TMS320系列DSP的基础上，专为数字电机控制而设计的。采用高性能静态CMOS技术，电压从5V降为3.3V，减少了功耗，而且指令执行速度提高到40MIPS，几乎所有指令都可以在25ns的单周期内完成，如此高的运算速度可以通过采用高级控制算法如：自适应控制、卡尔曼滤波以及状态控制，来提高系统的性能。而且，它有电机控制应用所必须的外设,如：32K 片内FLASH、2K 单访问RAM、串行外设接口（SPI）、两个事件管理模块、16通道双10位A/D转换器。不仅如此，片内还有串行通信接口（SCI）和CAN控制器模块，为多机通信的实现提供了可能。
1.2 串行通信接口（SCI）
    串行通信接口支持与CPU以及其它使用非归零格式的异步外设之间的异步串行数字通信。SCI的接收器与发送器都是双缓冲的，有各自独立的控制位与中断位，都可以同时工作在全双工模式下。为了保证数据的完整性，SCI对接收的数据进行间断检测、奇偶性、超时以及帧错误等的检查。SCI可以通过16位的波特率选择寄存器，设置多达65000种通信速度，还可以通过RS?232或RS?485与许多主流外设接口。另外，SCI还提供了多处理器通讯模式，为其与PC多机通信的实现奠定了基础。
2 TMS320LF2407A与PC多机串行通信的一种典型方法（SCI方法）
    SCI具有多处理器通讯模式，可以用来进行多机通讯。多处理器通讯格式允许处理器在同一串行线路图1PC与F2407A的通讯数据格式中，将数据块有效地传递给其它处理器，在同一条串行线路中，每次只可以有一个传输，即每次只有一个发送者。通讯过程中，在串行数据链路中的所有DSP，设置它们的SCI的sleep位（SCICTL1.2）为进入接收睡眠模式，这样，只有探测到地址帧才中断。发送者发出的数据块的第一个帧数据为地址帧，被所有的接收者读取，只有具有正确地址（由软件设定，不同DSP也可以有相同的地址，这样可以实现广播通讯）的接收者才能读取其后的数据，其它接收者，不作响应，等待下一地址帧的到来。多处理器通讯模式又可以分为空闲线路模式与地址位模式。空闲线路模式在地址帧前有一段延时，没有附加的地址/数据位，在处理超过10个字节的数据块的情况下，空闲线路模式比地址模式效率高。空闲线路模式应该用在典型非多处理器通讯中。而且，对于空闲线路模式在地址帧前的延时，PC机处理起来较繁琐，故，没有采用空闲线路模式，而是采用了地址位模式。地址位模式，顾名思义，就是每个字节中加入一个地址/数据位（1表示地址帧，0表示数据帧）来区分数据与地址，这种模式处理小块数据是十分有效的。于是，本方法就是通过使PC在整个通讯过程中模拟DSP的通讯，采用地址位多处理器通讯模式来实现DSP与PC多机串行通信。

2.1 通讯协议与硬件接口?
    为了实现通讯，PC与F2407A之间必须采用相同的通讯格式。图1是PC的异步串行通讯数据格式与F2407A在地址位多处理器模式下的数据格式。
    从图中可以看出，通讯格式可采用8位数据位、1位停止位、DSP禁止奇偶校验位，波特率为9600bit/s。对于PC机通讯格式的确定，是通过对8250异步串行通讯控制器进行初始化来实现的。为了实现与F2407A在地址位模式下通讯，采用上述通讯格式的要求是不够的，必须在数据中通过指定奇偶校验位来加入地址/数据位。PC在发送地址帧时，设定奇偶校验位为1，发送数据帧时，设定奇偶校验位为0。
    由于禁止了奇偶校验位，对通讯的可靠性有所影响。为了克服这一影响，引入了一种基于奇偶校验的校验数方法。在每7个字节数据后置一校验数，校验数的每一位对应前面每个字节数据的奇偶校验位，最高位b7置校验数低7位的奇偶校验位，当数据少于7字节时，对应位置0。
    上位PC机发给每个轴DSP的控制命令如图2所示，第一字节为DSP编号，第二字节为数据长度，第三个字节为命令号，其后的字节为命令参数，数据长度不超过10个字节。

    图2中，数据长度：表示从命令号开始至命令参数n之间的帧数，n=0、1、2...6；校验数：从命令号至命令参数n的每字节数据的奇偶校验位填入校验数相应位中，如命令号的奇偶校验位填入校验数的b0位，以此类推，b7位填入校验数的奇偶校验位。
    下位DSP上传的数据为8个字节，前6个为实时数据，第7个为接收状态数，表示DSP接收的状态，每次数据接收结束置接收状态数。第8个字节仍旧为校验数。
    由于采用的RS-232通讯协议是点对点通讯，没有冲突检测与仲裁机制，而应用环境又是多机通讯，就必须控制对总线的访问。这里采用了主从通讯方式，即由上位PC机对总线访问进行控制。由上位机向从机发送指令与数据，当要求从机上传数据时，发送上传指令，等待从机的数据的上传。在此期间不发送任何要求发送数据的指令，以免产生冲突，导致通讯失败。
    在硬件上，由于RS-232是负逻辑，其低电平“0”在+5V-+15V之间，高电平“1”在-5V--15V之间。而F2407A用低电压设计，输入电压为3.3V，输出高电平“1”为2.4-2.8之间，低电平“0”为0.4-0.8之间。显然，这与RS-232协议不匹配，必须进行电平逻辑转换。我们就采用Modem的最简方式（3线制），通信中，双方都被看作数据终端设备，双方都可发也可收（全双工模式）。硬件接口图如图3所示。

2.2 软件实现?
    对于上位PC机来说，设定定时中断每隔20ms通过串行通讯口COM1向下位DSP发送指令，如果发送的是要求下位机发送数据的指令，则等待数据上传结束，对数据进行校验，如果校验出错，则发送重发指令，继续等待数据上传，反复3次，如果还是出错，显示通讯失败，退出中断。下位DSP接收数据采用查询的方式，它对接收的数据进行校验，如果校验错误，置接收状态数为假。DSP的数据发送则由上位机控制，发送固定长度的数据（包括实时数据以及状态数据，长度7字节），数据末尾加入校验数，实现与上位机多机串行通讯。当上位机读出下位DSP上次接收状态出错，则再次重复发送上次的指令。上位机可以采用Visual C++,下位DSP可以采用C语言与汇编语言混合编程，这样实现起来方便，且效率较高。图4分别给出上位机的定时中断与下位DSP接收数据的流程图。

3 结束语?
    SCI方法实现成本较低，只需一块电平逻辑转换芯片及一根串行通信线，就实现了TMS320LF2407与PC多机串行通信。虽然禁止了奇偶位，但由于采用了基于奇偶校验的校验数方法，通过实际运行，测得其误码率仍旧在要求范围内，实现了高速可靠通讯，满足了实时通讯要求。但也有一定局限性，比如说：由于RS?232协议的限制，通讯距离只有大约15m，没有冲突检测与仲裁机制，只有采用PC机对总线访问进[FL(2K2]行控制，这样就降低了PC的使用效率以及总线的使用效率。对于这些问题，在以后的研究中可以进一步解决。如，可以采用RS?485协议，增加通讯距离，采用2407A上备有的CAN控制器，通过CAN总线来解决，但实现中也存在一些不足。总的说来，SCI方法实现的多机通讯是一种性价比较高的高速实时通讯方法，有很广泛的应用领域。

参考文献?

1 刘和平等编著.TMS320LF240X DSP结构、原理及应用.北京:北京航空航天大学出版社,2002
2 胡广等.在Windows 98下PC和TMS320LF240的多机串行通讯.电子技术,2001(3)
3 潘名莲等编著.微计算机原理.北京:电子工业出版社，1994