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双机信息处理系统设计方案解析
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2017-10-20
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介绍了基于TI公司TMS320F2812型DSP的信息处理系统的设计。采用2片TMS320F-2812 DSP，利用其丰富的片上资源和较高的数据处理能力，建立了一个具有速度快、功能强、价格低廉，通用性强等特点的信息处理系统双机平台。该平台弥补了单个DSP系统在处理大量数据输入/输出和接口突发信号时，引起系统不稳定从而造成数据丢失这一缺陷，提高了系统的稳定性。TMS320F2812-DSP双机平台可作为嵌入式系统硬件平台，进一步开发各种应用软件，其应用可拓展到光学网络、汽车控制、生物测定学等新兴应用领域。
1 引言
在信息处理系统中，对系统本身精度要求越来越高，所需处理的数据量越来越大，要求数据处理的速度越来越高，这就对系统的硬件提出了更高的要求。TMS320F2812（以下简称F2812）是美国德州仪器公司（TI）推出的功能强大、性能优越的32位定点DSP，具有150 MI/s的处理能力和强大的事件管理及嵌入式控制能力，片内集成有150 kxl6 bit存储器、16通道12位高性能A/D转换器、2个事件管理器（EVA和EVB）、3个32位定时器、5个串行接口（2个SCI、1个SPI、1个CAN、1个McBSP），支持45个外设中断（3个扩展中断），最多56个GPIO引脚，可外扩超过l Mxl6 bit的存储器。该器件既具备数字信号处理器强大的数据处理能力，又像微处理器那样具有适于控制的片内外设及接口，可谓实现了数字信号处理器与微处理器的最佳结合。这一高度集成化的芯片为高精度控制应用提供了一整套的片上系统，极大地降低了系统成本，使系统功耗低，实时性高，灵活性强；另一方面，F2812与TMS320F24x/LF240x（以下简称F24x/240x）原代码及部分功能相兼容，使其应用领域更加广泛，从电机数字控制领域拓展到光学网络、汽车控制、生物测定学等新兴应用领域。具体有生物测定学应用领域中的人力资源管理、汽车及家庭安全系统和身体入口控制等。总之，凭借F2812强大的数据处理能力及高度集成化程度，其应用范围还有很大的拓展空间。
在通常的数据处理系统中，采用单一CPU担任数据采集和处理工作，但在实时性要求严格的高速数据采集系统中，单一CPU常常因为大量数据输入/输出和接口突发信号直接影响数据采集系统的正常工作，为了解决单一CPU系统在高速模数（A/D）或数模（D/A）转换中的这一缺陷，本文采用两片F2812构成双机平台（分别称为A机和B机），分别完成信号的转换（A机）和与PC机的数据通信（B机），而A机和B机之间通过双口RAN进行数据交换。另外USB接口具有即插即用、热插拔、传输速度快、通用性强、易扩展和性价比高等优点，USB2.O接口的最高数据传输速率可达480Mb/s．通过USB2.0接口实现F2812 DSP双机平台与PC机的连接，不仅数据传输速率满足要求，而且较为方便实用。这样提高了整个系统的运算速度，使整机具有良好的性能提升空间。
限于篇幅有限，仅给出F2812 DSP双机平台、信号调理和A/D模块的硬件设计和软件流程。
2 F2812双机平台系统硬件设计
2.1 DSP双机平台模块硬件设计
TMS320F2812 DSP双机平台功能框图如图l所示。现将各部分的功能介绍如下：
（1）A机：主要完成4路模拟信号的实时A/D、 D/A转换。需要扩展256 kxl6 bit RAM、16 kxl6 bit双口RAM、高速4路12 bit D/A转换器、1路RS-422异步串行接口（备用），4路模拟输入信号通过信号调理模块连接A/D转换器接口。
（2）B机：主要完成USB2.O接口数据通讯、数据调整和操作-控制命令解析、系统工作状态显示。需要扩展256 kxl6 bit RAM、16 kxl6 bit双口RAM、512 kxl6 bit Flash、USB2.0接口模块、液晶显示屏-键盘-声光指示模块、1路RS-422异步串行接口（备用）。
（3）A机和B机通过外扩双口RAM器件共用存储区实现数据交换，共用30 MHz外部晶体振荡器（时钟源）。
（4）电源模块提供5路直流电源：±12 V（模拟）、+5 V（数字）、+3.3 V（数字）、+1.9 V（数字）。
（5）信号调理模块：4路双极性模拟输入信号不能直接接入F2812 DSP的A/D输入引脚，需要经过信号调理模块，将信号的最大电压幅值调整到F2812 DSP A/D输入允许的范围之内（0 V~+3 Vp-p），再输入至ADC。
（6）D/A模块：4路高速12 bit D/A转换器输出，建立时间小于120 ns。
（7）USB2.0接口模块：通过USB2.0接口实现F2812 DSP（B机）与PC机的物理连接，实现F2812DSP与PC机平台的数据交互。
（8）CPLD逻辑控制电路：实现F2812 DSP各个外部扩展功能模块的片选地址译码。
该模块是整个系统的核心部分。由于两片F2812 DSP的引脚连接基本相同，按照通用性强、接口清晰简捷、资源引出最大化、兼顾构建双机平台的设计思想设计单一F2812 DSP模块，再由单一F2812 DSP模块组建双机平台原理样机。这样只需要设计出一种F2812 DSP的PCB板，降低了风险，节省了时间和加工费用。在双机平台原理样机调试通过、软件调试通过和系统正常运行的基础上，可以再进行F2812 DSP双机平台的整体模块二次设计。
1 引言
在信息处理系统中，对系统本身精度要求越来越高，所需处理的数据量越来越大，要求数据处理的速度越来越高，这就对系统的硬件提出了更高的要求。TMS320F2812（以下简称F2812）是美国德州仪器公司（TI）推出的功能强大、性能优越的32位定点DSP，具有150 MI/s的处理能力和强大的事件管理及嵌入式控制能力，片内集成有150 kxl6 bit存储器、16通道12位高性能A/D转换器、2个事件管理器（EVA和EVB）、3个32位定时器、5个串行接口（2个SCI、1个SPI、1个CAN、1个McBSP），支持45个外设中断（3个扩展中断），最多56个GPIO引脚，可外扩超过l Mxl6 bit的存储器。该器件既具备数字信号处理器强大的数据处理能力，又像微处理器那样具有适于控制的片内外设及接口，可谓实现了数字信号处理器与微处理器的最佳结合。这一高度集成化的芯片为高精度控制应用提供了一整套的片上系统，极大地降低了系统成本，使系统功耗低，实时性高，灵活性强；另一方面，F2812与TMS320F24x/LF240x（以下简称F24x/240x）原代码及部分功能相兼容，使其应用领域更加广泛，从电机数字控制领域拓展到光学网络、汽车控制、生物测定学等新兴应用领域。具体有生物测定学应用领域中的人力资源管理、汽车及家庭安全系统和身体入口控制等。总之，凭借F2812强大的数据处理能力及高度集成化程度，其应用范围还有很大的拓展空间。
在通常的数据处理系统中，采用单一CPU担任数据采集和处理工作，但在实时性要求严格的高速数据采集系统中，单一CPU常常因为大量数据输入/输出和接口突发信号直接影响数据采集系统的正常工作，为了解决单一CPU系统在高速模数（A/D）或数模（D/A）转换中的这一缺陷，本文采用两片F2812构成双机平台（分别称为A机和B机），分别完成信号的转换（A机）和与PC机的数据通信（B机），而A机和B机之间通过双口RAN进行数据交换。另外USB接口具有即插即用、热插拔、传输速度快、通用性强、易扩展和性价比高等优点，USB2.O接口的最高数据传输速率可达480Mb/s．通过USB2.0接口实现F2812 DSP双机平台与PC机的连接，不仅数据传输速率满足要求，而且较为方便实用。这样提高了整个系统的运算速度，使整机具有良好的性能提升空间。
限于篇幅有限，仅给出F2812 DSP双机平台、信号调理和A/D模块的硬件设计和软件流程。
2 F2812双机平台系统硬件设计
2.1 DSP双机平台模块硬件设计
TMS320F2812 DSP双机平台功能框图如图l所示。现将各部分的功能介绍如下：
（1）A机：主要完成4路模拟信号的实时A/D、 D/A转换。需要扩展256 kxl6 bit RAM、16 kxl6 bit双口RAM、高速4路12 bit D/A转换器、1路RS-422异步串行接口（备用），4路模拟输入信号通过信号调理模块连接A/D转换器接口。
（2）B机：主要完成USB2.O接口数据通讯、数据调整和操作-控制命令解析、系统工作状态显示。需要扩展256 kxl6 bit RAM、16 kxl6 bit双口RAM、512 kxl6 bit Flash、USB2.0接口模块、液晶显示屏-键盘-声光指示模块、1路RS-422异步串行接口（备用）。
（3）A机和B机通过外扩双口RAM器件共用存储区实现数据交换，共用30 MHz外部晶体振荡器（时钟源）。
（4）电源模块提供5路直流电源：±12 V（模拟）、+5 V（数字）、+3.3 V（数字）、+1.9 V（数字）。
（5）信号调理模块：4路双极性模拟输入信号不能直接接入F2812 DSP的A/D输入引脚，需要经过信号调理模块，将信号的最大电压幅值调整到F2812 DSP A/D输入允许的范围之内（0 V~+3 Vp-p），再输入至ADC。
（6）D/A模块：4路高速12 bit D/A转换器输出，建立时间小于120 ns。
（7）USB2.0接口模块：通过USB2.0接口实现F2812 DSP（B机）与PC机的物理连接，实现F2812DSP与PC机平台的数据交互。
（8）CPLD逻辑控制电路：实现F2812 DSP各个外部扩展功能模块的片选地址译码。
该模块是整个系统的核心部分。由于两片F2812 DSP的引脚连接基本相同，按照通用性强、接口清晰简捷、资源引出最大化、兼顾构建双机平台的设计思想设计单一F2812 DSP模块，再由单一F2812 DSP模块组建双机平台原理样机。这样只需要设计出一种F2812 DSP的PCB板，降低了风险，节省了时间和加工费用。在双机平台原理样机调试通过、软件调试通过和系统正常运行的基础上，可以再进行F2812 DSP双机平台的整体模块二次设计。
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