三大電機控制方案之DSP篇：TMS320F28335

　　近幾年來(lái)，基于DSP的電機專(zhuān)用集成電路由于在計算速度、容量存儲等方面比單片機具有更優(yōu)的性能，已逐漸代替單片機運用于電機控制系統中。目前的大部分電機都把電流環(huán)控制作為DSP的一個(gè)協(xié)處理來(lái)考慮，而速度或位置環(huán)控制則由 DSP芯片來(lái)實(shí)現。一般情況下，由于位置控制比較靈活，且差異性比較大，很難做到通用性，所以位置環(huán)一般由DSP來(lái)直接完成;但速度和電流環(huán)相對具有通用性，且互相關(guān)聯(lián)緊密，以致高性能的速度控制都離不開(kāi)電流控制，因此完全可以把它們集成到一個(gè)芯片中處理，這樣既可以實(shí)現速度伺服控制，又可以單獨進(jìn)行電流控制，還可以和DSP共同構成位置伺服系統。

　　市面上專(zhuān)注于電機控制DSP解決方案的廠(chǎng)商屈指可數，作為世界上最知名的DSP芯片生產(chǎn)廠(chǎng)商，美國德州儀器生產(chǎn)的TMS320系列芯片廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域，其中TMS320C2000系列便是面向工業(yè)控制推出的DSP芯片。

　　TMS320F28335簡(jiǎn)介

　　TMS320F28335數字信號處理器是屬于C2000系列的一款浮點(diǎn)DSP控制器。與以往的定點(diǎn)DSP相比，該器件的精度高，成本低， 功耗小，性能高，外設集成度高，數據以及程序存儲量大，A/D轉換更精確快速等。

　　TMS320F28335具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮 點(diǎn)處理單元，6個(gè)DMA通道支持ADC、McBSP和 EMIF，有多達18路的PWM輸出，其中有6路為T(mén)I特有的更高精度的PWM輸出 (HRPWM)，12位16通道ADC。得益于其浮點(diǎn)運算單元，用戶(hù)可快速編寫(xiě)控制算法而無(wú)需在處理小數操作上耗費過(guò)多的時(shí)間和精力，與前代DSP相比，平均性能提高50%，并與定點(diǎn)C28x控制器軟件兼容，從而簡(jiǎn)化軟件開(kāi)發(fā)， 縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。

　　功能框圖

　　特性

　　高性能靜態(tài) CMOS 技術(shù)

　　-高達 150MHz(6.67ns 周期時(shí)間)

　　-1.9V/1.8V內核，3.3V I/O設計

　　高性能 32 位 CPU(TMS320C28x)

　　-IEEE-754 單精度浮點(diǎn)單元(FPU)(只在 F2833x 上提供)

　　-16 x 16 和 32 x 32 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制 (MAC) 運算

　　-16 x 16 雙 MAC

　　-哈佛 (Harvard) 總線(xiàn)架構

　　-快速中斷響應和處理

　　-統一存儲器編程模型

　　-高效代碼(使用 C/C++ 和匯編語(yǔ)言)

　　6 通道 DMA 處理器(用于A(yíng)DC，McBSP，ePWM，XINTF 和 SARAM)

　　16 位或 32 位外部接口 (XINTF)

　　-超過(guò) 2M × 16 地址范圍

　　片載存儲器

　　-F28335，F28235：

　　-256K×16 閃存，34K×16 SARAM

　　-F28334，F28234：

　　-128K×16 閃存，34K×16 SARAM

　　-F28332，F28232：

　　-64K×16 閃存，26K×16S ARAM

　　-1K x 16 一次性可編程 (OTP) ROM

　　引導 ROM (8K X 16)

　　-支持軟件引導模式(通過(guò) SCI，SPI，CAN，I2C，McBSP，XINTF 和并行 I/O)

　　-標準數學(xué)表

　　時(shí)鐘和系統控制

　　-支持動(dòng)態(tài)鎖相環(huán) (PLL) 比率變化

　　-片載振蕩器

　　-安全裝置定時(shí)器模塊

　　GPIO0 到 GPIO63 引腳可以連接到八個(gè)外部?jì)群酥袛嗥渲械囊粋€(gè)

　　可支持全部58個(gè)外設中斷的外設中斷擴展 (PIE) 塊

　　128 位安全密鑰/鎖

　　-保護閃存 / OTP/RAM 模塊

　　-防止固件逆向工程

　　增強型控制外設

　　-多達 18 個(gè)脈寬調制 (PWM) 輸出

　　-高達 6 個(gè)支持 150ps 微邊界定位 (MEP) 分辨率的高分辨率脈寬調制器 (HRPWM) 輸出

　　-高達 6 個(gè)事件捕捉輸入

　　-多達兩個(gè)正交編碼器接口

　　-高達 8 個(gè) 32 位定時(shí)器(6 個(gè) eCAP 以及 2 個(gè) eQEP)

　　-高達 9 個(gè) 32 位定時(shí)器(6 個(gè)ePWM 以及 3 個(gè) XINTCTR)

　　三個(gè) 32 位 CPU 定時(shí)器

　　串行端口外設

　　-多達 2 個(gè)控制器局域網(wǎng) (CAN) 模塊

　　-多達 3 個(gè) SCI (UART) 模塊

　　-高達 2 個(gè) McBSP 模塊(可配置為 SPI)

　　-一個(gè)SPI模塊

　　-一個(gè)內部集成電路 (I2C) 總線(xiàn)

　　12 位模數轉換器 (ADC)，16 個(gè)通道

　　-80ns 轉換率

　　-2 x 8 通道輸入復用器

　　-兩個(gè)采樣保持

　　-單一/同步轉換

　　-內部或者外部基準

　　多達 88 個(gè)具有輸入濾波功能可單獨編程的多路復用通用輸入輸出 (GPIO) 引腳

　　JTAG 邊界掃描支持 IEEE 標準 1149.1-1990 標準測試端口和邊界掃面架構

　　高級仿真特性

　　-分析和斷點(diǎn)功能

　　-借助硬件的實(shí)時(shí)調試

　　開(kāi)發(fā)支持包括

　　-ANSI C/C++ 編譯器/匯編語(yǔ)言/連接器

　　-Code Composer Studio IDE

　　-DSP/BIOS

　　-數字電機控制和數字電源軟件庫

　　低功耗模式和省電模式

　　-支持 IDLE(空閑)、STANDBY(待機)、HALT(暫停)模式

　　-可禁用獨立外設時(shí)鐘

　　字節序：小端序

　　封裝選項：

　　-無(wú)鉛，綠色封裝

　　-薄型四方扁平封裝 (PGF，PTP)

　　-MicroStar BGA (ZHH)

　　-塑料 BGA 封裝 (ZJZ)

　　溫度選項：

　　-A：-40°C 至 85°C (PGF，ZHH，ZJZ)

　　-S：-40°C 至 125°C (PTP，ZJZ)

　　-Q：-40°C 至 125°C (PTP，ZJZ)

　　主要模塊分析

　　C28x CPU

　　F2833x (C28x+FPU)/F2823x (C28x)系列都屬于 TMS320C2000? 數字信號控制器 (DSC)平臺。 基于C28x+FPU 的控制器和 TI 現有的 C28xDSC具有相同的 32 位定點(diǎn)架構，但是還包括一個(gè)單精度(32 位)的 IEEE 754 浮點(diǎn)單元(FPU)。 這是一個(gè)非常高效的的 C/C++ 引擎，它能使用戶(hù)用高層次的語(yǔ)言開(kāi)發(fā)他們的系統控制軟件。 這也使得能夠使用 C/C++ 開(kāi)發(fā)算術(shù)算法。 此器件在處理 DSP 算術(shù)任務(wù)時(shí)與處理系統控制任務(wù)時(shí)同樣有效而系統控制任務(wù)通常由微控制器器件處理。 這樣的效率在很多系統中省卻了對第二個(gè)處理器的需要。 32 x 32 位 MAC 64 位處理能力使得控制器能夠有效地處理更高的數字分辨率問(wèn)題。 添加了帶有關(guān)鍵寄存器自動(dòng)環(huán)境保存的快速中斷響應，使得一個(gè)器件能夠用最小的延遲處理很多異步事件。 此器件有一個(gè)具有流水線(xiàn)式存儲器訪(fǎng)問(wèn)的 8 級深受保護管道。 這個(gè)流水線(xiàn)式操作使得此器件能夠在高速執行而無(wú)需求助于昂貴的高速存儲器。 特別分支超前硬件大大減少了條件不連續而帶來(lái)的延遲。 特別存儲條件操作進(jìn)一步提升了性能。

　　內存總線(xiàn)

　　與很多DSC類(lèi)型器件一樣，多總線(xiàn)被用于在內存和外設以及 CPU 之間移動(dòng)數據。 C28x 內存總線(xiàn)架構包含一個(gè)程序讀取總線(xiàn)、數據讀取總線(xiàn)和數據寫(xiě)入總線(xiàn)。 此程序讀取總線(xiàn)由 22 條地址線(xiàn)路和 32 條數據線(xiàn)路組成。 數據讀取和寫(xiě)入總線(xiàn)由 32 條地址線(xiàn)路和 32 條數據線(xiàn)路組成。 32 位寬數據總線(xiàn)可實(shí)現單周期 32 位運行。 多總線(xiàn)結構，通常稱(chēng)為哈弗總線(xiàn)，使得 C28x 能夠在一個(gè)單周期內取一個(gè)指令、讀取一個(gè)數據值和寫(xiě)入一個(gè)數據值。 所有連接在內存總線(xiàn)上的外設和內存對內存訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行優(yōu)先級設定。 總的來(lái)說(shuō)，內存總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的優(yōu)先級可概括如下：

　　最高級： 數據寫(xiě)入 (內存總線(xiàn)上不能同時(shí)進(jìn)行數據和程序寫(xiě)入。)

　　程序寫(xiě)入 (內存總線(xiàn)上不能同時(shí)進(jìn)行數據和程序寫(xiě)入。)

　　數據讀取

　　程序讀取 (內存總線(xiàn)上不能同時(shí)進(jìn)行程序讀取和取指令。)

　　最低級： 取指令 (內存總線(xiàn)上不能同時(shí)進(jìn)行程序讀取和取指令。)