TMS320F2812三種運行方式在SRM控制中的應(yīng)用

引言
    開關(guān)磁阻電機(Switched Reluctance Motor，SRM)的控制對實時性的要求很高，它需要不斷地判斷其轉(zhuǎn)子瞬時位置、相電流等信息，進(jìn)而控制SRM換相，實現(xiàn)電機運轉(zhuǎn)。而作為SRM的控制核心，不僅要實現(xiàn)上述SRM基本控制功能，而且要實現(xiàn)各種控制策略(包括電流斬波控制、電壓PWM控制、角度位置控制)，甚至是很復(fù)雜的SRM優(yōu)化算法的應(yīng)用。因此，SRM的控制需要一個性能優(yōu)越的控制核心。
    TI公司推出的TMS320F2812是一款性能非常優(yōu)越的數(shù)字信號處理器(DSP)，最高工作時鐘頻率可達(dá)150MHz。其外設(shè)功能十分強大，存儲資源也很豐富：芯片內(nèi)部集成了18K SARAM(M0、M1各1K，L0、L1各4K，H0為8K)，F(xiàn)lash為128K；且預(yù)留了5個擴展空間，方便用戶進(jìn)行功能擴展。這就為TMS320F2812運行方式的多樣化提供了條件，同時也是選其作為SRM控制核心的原因。

1 TMS320F2812三種運行方式的實現(xiàn)
    TMS320F2812代碼的開發(fā)環(huán)境為CCS，其工程一般由頭文件、源文件、庫文件以及連接命令文件(CMD)四種文件組成。頭文件采用位域結(jié)構(gòu)體進(jìn)行定義，方便用戶操作相關(guān)寄存器；源文件保存用戶開發(fā)時編寫的軟件代碼；庫文件為系統(tǒng)文件，無法修改；CMD文件則是用來分配存儲空間的，它告訴鏈接器將編譯器生成的段鏈接到哪。所以，要想實現(xiàn)代碼運行方式的多樣化，必須很好地了解CMD文件。
    CMD文件包括MEMORY和SECTIONS。其中，MEMORY的作用是指示存儲空間的起始位置和長度，而SECTIONS的作用是將各種初始化段和非初始化段分配到相應(yīng)的存儲空間。二者都是由編譯器自己編譯、生成及歸類的。初始化段包括所有的代碼、常量及初始化表格等；非初始化段由變量、堆棧等組成。用戶也可以通過“#pragma DATA_SECTION”和“#pragma CODE_SECTION”指令，將自己定義的數(shù)據(jù)段或代碼段分配到對應(yīng)的數(shù)據(jù)空間或程序空間，完成映射。
1．1 RAM調(diào)試運行
    RAM調(diào)試運行指的是將用戶編寫的代碼下載(load)到片內(nèi)RAM，并在RAM上直接運行的一種運行方式。這種方式實際上就是通常所說的在線仿真。TMS320F2812通過仿真器與主機相連，主機能夠在線調(diào)試程序，例如啟動、停止、單步運行、設(shè)置斷點等。
    RAM調(diào)試運行方式實現(xiàn)簡單，其程序流程為：code_start-> wd_disable-> c_int00-> main()。 code_start和wd_disable的程序包含于DSP281x_CodeStartBranch．a(chǎn)sm中，具體程序如下：

   
    段生成完畢，還需要在CMD文件中將其映射到RAMH0上，即所謂的H0啟動模式。之后程序就會照流程直接在RAMH0上運行程序，實現(xiàn)RAM調(diào)試運行的方式。

1．2 Flash直接運行
    Flash直接運行指的是將用戶編寫的代碼燒寫到Flash，并在Flash初始化完成后，用戶代碼運行于Flash上的一種運行方式。
    與RAM調(diào)試運行相比，F(xiàn)lash直接運行的程序流程多了一個Memory_copy的環(huán)節(jié)，即code_start-> wd_disable-> c_int00-> main()-> Memory_copy。這是因為要想在Flash上直接運行程序，就需要配置好Flash控制寄存器(FACTIVEWAIT、FBANKWAIT等)。但這些寄存器是不能在Flash上直接配置的，所以只能將包含這些配置語句的Flash初始化函數(shù)InitFlash()搬運到RAM中運行。
    InitFlash()的搬運是通過指令“#pragma CODE_SECTION(InitFlash，“ramfunes”)”和CMD文件配置實現(xiàn)的。前者將函數(shù)InitFlash()映射到段ramfuncs，后者在SECTIONS中作如下配置：
    ramfuncs：LOAD=FLASH，PAGE=0
         RUN=RAML0，PAGE=0
         LOAD_START(_RamfuncsLoadStart)，
    LOAD_END(_RamfuncsLoadEnd)，
         RUN_START(_RamfuncsRunStart)
    其中，RamfuncsLoadStart等為已定義好的3個外部全局變量。這樣配置后，只需要在主程序main()中先調(diào)用MemCopy(&Ram-funcsLoad Start，＆Ramfuncs LoadEnd，＆Ram funcsRunStart)將已經(jīng)燒寫到Flash中的初始化函數(shù)InitFlash()代碼全部復(fù)制到以Ram-funcsRun
Start開頭的RAM中，再調(diào)用函數(shù)InitFlash()就實現(xiàn)了InitFlash()的搬運。
    最后需要注意的一點就是，給codestart段分配的BEGIN段需要映射到以0x3F7FF6開頭的一段Flash上，用于Flash啟動模式，而不再是在RAM上。如此配置之后，其他用戶代碼就可以在Flash上正常運行了。
1．3 Flash到RAM全搬運運行
    Flash直接運行歸根到底就是實現(xiàn)了一個函數(shù)從Flash到RAM的搬運，而Flash到RAM的全搬運運行就是將所有初始化段全部搬運到RAM的一種運行方式。因此，其程序流程也與Flash直接運行類似，即code_start-> wd_disable-> copy_sections-> c_int00-> main()。與Memory_ copy不一樣的是，copy_sections搬運的是由編譯器編譯生成的初始化段(．text、．cinit、．pinit等)，而不是某一個函數(shù)了。所以，不能把該段放到C語言環(huán)境建立之后，而應(yīng)在屏蔽看門狗后，否則程序無法運行。而且，搬運代碼也只能用匯編語言編寫，具體程序在文件DSP28 xx_SectionCopy．a(chǎn)sm中實現(xiàn)，以．text段的搬運為例：

    代碼把燒寫地址和運行地址分別存儲到XAR6和XAR7寄存器后，并將該段大小存入累加器ACC，通過判斷累加器ACC是否為零來完成某個段的復(fù)制。copysections段直接分配到Flash地址空間。而被搬運的．text段在CMD文件中的配置則與Flash直接運行方式的ramfuncs段的配置類似，．text段燒寫到Flash空間，復(fù)制到RAM后再運行。
    另外，DSP281x_CodeStartBranch．a(chǎn)sm中的．ref_c_int00應(yīng)修改為．ref copy_sections，同時將wd_disable映射到wddisable段，并分配到Flash地址空間。

2 SRM控制應(yīng)用研究
    TM8320F2812的三種運行方式下載與運行存儲介質(zhì)的不同，使得三種運行方式的特點不盡相同，各有利弊，適合于不同情況下SRM控制的程序調(diào)試。
    RAM調(diào)試運行代碼下載到RAM，并采用H0啟動模式，程序直接在RAM上運行，運行速度快，可以正常地運行于150MHz的系統(tǒng)時鐘下。而且，主機通過仿真器與TMS320F2812相連，能夠在線調(diào)試程序，例如啟動、停止、單步運行、設(shè)置斷點等等。在線調(diào)試功能對于剛開始的代碼編寫和修改是非常有用的，但RAM調(diào)試運行受限于RAM空間的大小，無法運行很大的程序；同時，必須使仿真器與主機相連，否則無法運行程序。RAM掉電代碼消失的特點更是限制了RAM調(diào)試運行方式在實際中的應(yīng)用。因此RAM調(diào)試運行適合于初期SRM控制的程序調(diào)試。此時，SRM控制的母線電壓值不是很高，程序代碼不是很大，同時可以很方便地觀察一些變量的變化，方便記錄分析。
    當(dāng)SRM控制的母線電壓值提升上來(220 V以上)后，程序越來越大，設(shè)計也越趨于完善，不可能一直使用仿真器進(jìn)行調(diào)試，將程序下載到Flash就成為了唯一的選擇。Flash直接運行代碼燒寫到Flash中，采用Flash啟動模式，程序最終在Flash上運行。128K的地址空間能夠滿足大程序的運行，而且燒寫到Flash的代碼掉電后不會消失，也不需要再連接仿真器，使得TMS320F2812能夠很好完成實際應(yīng)用。但Flash運行速度慢，對運行時間要求苛刻的程序如直接在Flash上運行，往往不能滿足要求，使得SRM工作性能下降。
    Flash到RAM全搬運運行綜合了二者的優(yōu)點，代碼燒寫到Flash中，在C語言環(huán)境建立之前先將所有初始化相關(guān)段搬運到RAM中再運行，既實現(xiàn)了代碼的掉電不消失，又保證了代碼的全速運行。唯一的缺點就是受限于RAM空間的大小，不能運行太大的程序，否則可能溢出。
    為了簡單驗證3種運行方式的不同，本文利用了TMS320F2812的32位CPU定時器Cputimer0，因為該定時器工作于150 MHz，可以更好地看出各種運行方式的不同。Cputimer0產(chǎn)生40 kHz高速中斷，在中斷服務(wù)程序中翻轉(zhuǎn)某GPIO口電平，觀測其波形，頻率應(yīng)為20kHz。代碼在RAM中運行正常，頻率為20 kHz；而在Flash中運行要慢一點，為19．97kHz。而且程序越大，這種限制也就越明顯。

3 結(jié)論
    本文詳細(xì)地介紹了TMS320F2812的3種運行方式的實現(xiàn)方法，對它們運行的特點進(jìn)行了分析，并作了簡單的實驗驗證。3種運行方式各有利弊，在實際SRM控制應(yīng)用中，應(yīng)該充分地理解它們各自的特點，選取最適合的方式更快、更好地完成實際應(yīng)用。