在使用或選擇DSP系統監控芯片時(shí)需考慮的幾大因素

引言

硬件監控芯片作為提高系統可靠性的一種重要手段，在單片機和數字信號處理器(DSP)的應用系統設計中得到了廣泛的應用。對于有一定單片機應用經(jīng)驗的設計人員來(lái)說(shuō)，在開(kāi)始進(jìn)行DSP系統的設計時(shí)，往往會(huì )根據經(jīng)驗使用在單片機系統中常用的監控芯片，如MAX706、MAX1232等。但是，由于DSP自身一些有別于單片機的特點(diǎn)，特別是在實(shí)時(shí)性要求比較高的情況下，完全照搬單片機系統中使用監控芯片的經(jīng)驗是不合適的。

下面結合使用德州儀器公司出品的定點(diǎn)DSP芯片TMS320F206(簡(jiǎn)稱(chēng)F206)在電力故障錄波器中的設計體會(huì )，詳細探討DSP系統硬件監控芯片的選擇、對系統運行實(shí)時(shí)性的影響和需要注意的問(wèn)題。

1 DSP復位的特點(diǎn)以及對監控芯片的要求

在進(jìn)行討論之前，有必要簡(jiǎn)單介紹F206的復位特點(diǎn)。對于F206而言，復位是不可屏蔽的外部中斷(中斷矢量地址0000H)，隨時(shí)可用它將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。因為復位信號中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1個(gè)，即復位引腳RS產(chǎn)生1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1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。

由于F206的工作時(shí)鐘頻率較高，加之電力故障錄波器運行環(huán)境的電磁干擾比較嚴重，為保證設備的正常運行，必須設置硬件監控功能。

與主要用于控制領(lǐng)域的TMS320F24X系列芯片不同，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。在一些DPS的相關(guān)設計資料中經(jīng)常使用MAX706或MAX1232硬件監控芯片，其中MAX706具有時(shí)間長(cháng)達1.6 s的看門(mén)狗定時(shí)器功能，MAX1232的看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間則為0.2~ 1.6 s可調;此外，還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2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1.6 s，也就是說(shuō)，當DSP中的程序運行產(chǎn)生錯誤時(shí)，MAX706要在 1.6 s(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200 ms(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100~300 ms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，將有共計1.8 s的非受控時(shí)間，這對于對實(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，必須尋找一種具有適合看門(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1~2處對看門(mén)狗芯片的觸發(fā)操作。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)的程序循環(huán)包含1個(gè)16點(diǎn)的FFT運算，整個(gè)程序循環(huán)的總時(shí)間小于2 ms。

由此看來(lái)，硬件監控電路的看門(mén)狗時(shí)間只要大于2 ms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。

2 MAX6369~MAX6374監控芯片的原理及應用

根據以上標準，我們選用了MAXIM公司出品的MAX6374監控芯片。MAX6374是MAX6369~ MAX6374系列監控芯片中的一員。該系列芯片的看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間可以通過(guò)外部引腳SET2、SET1、SET0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所列。

表1中的tWD 就是看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間，tDELAY是看門(mén)狗定時(shí)器啟動(dòng)延遲時(shí)間。

表1

看門(mén)狗定時(shí)器啟動(dòng)延遲時(shí)間tDELAY是指在系統上電到監控芯片看門(mén)狗定時(shí)器正式啟動(dòng)之間的時(shí)間間隔。這個(gè)功能主要用于防止系統上電后初始化時(shí)的意外復位，特別是在許多DSP系統的設計中，在系統上電后需要將固化在片外低速ROM中的程序加載到片內程序RAM中以便全速運行，看門(mén)狗定時(shí)器啟動(dòng)延時(shí)功能的使用就顯得尤為重要。

根據前面對具體系統的分析，在此將MAX6374芯片的看門(mén)狗定時(shí)器時(shí)間調節在3 ms，也就是將選擇端全部接地。MAX6374的最小復位脈沖寬度為1 ms，相當于20個(gè)DSP時(shí)鐘周期(系統采用20 MHz有源晶體振蕩器)，完全滿(mǎn)足F206的復位要求。需要指出的是，MAX6374監控芯片沒(méi)有上電復位和電壓監控功能，需要另外設計上電復位電路。圖1所示是一個(gè)完整的DSP復位電路。

圖1中XF端輸出1 個(gè)軟件復位信號。在F206的復位端(RS)接1個(gè)與門(mén)的主要目的是為了將幾種復位信號隔離起來(lái)，不至于互相影響。

圖1 系統復位電路