磁浮列車(chē)同步485通信方式的研究

　?。?）串行數據的發(fā)送與接收

　　1） 串行數據的產(chǎn)生：根據通信協(xié)議的要求，測速定位單元每隔20ms應串行移出72bits數據。如果每個(gè)發(fā)送時(shí)鐘周期移出一位，則需要72個(gè)時(shí)鐘周期才能全部移出，因此門(mén)控信號也需要保持72個(gè)時(shí)鐘周期的寬度。

　　2） 串行數據的接收：同步串行接收一幀（72bits）數據與異步串行接收是不同的。由于收發(fā)時(shí)鐘不是異步的，因此不能以判斷在空閑態(tài)以后出現的第一個(gè)低電平作為一幀的開(kāi)始，而是以門(mén)控信號（UEF）的上升沿作為一幀數據到來(lái)的判斷。為了避免數據傳輸過(guò)程中毛刺的影響，仍以波特率時(shí)鐘的16倍進(jìn)行接收，即每隔16個(gè)波特率時(shí)鐘周期采樣一次，因此每個(gè)數據將在傳輸的每一位的中點(diǎn)處被采樣。

　　串行數據發(fā)送與接受的仿真時(shí)序圖如圖3所示。

圖3同步485仿真時(shí)序圖

　　1.3收發(fā)器與控制器之間的數據交換

　　基于RS-485的同步通信時(shí)序是用FPGA作為通信收發(fā)器來(lái)模擬的，但是通信數據最終是與系統的CPU進(jìn)行數據交換的。在該通信方式的設計中，通信雙方均采用TI公司的TMS320F2812作為處理器，即通信的控制器。FPGA與DSP的數據交換必須滿(mǎn)足一定的時(shí)序，才能保證測速定位單元向車(chē)載無(wú)線(xiàn)電控制單元實(shí)時(shí)地傳輸位置及速度信號。本系統中，DSP控制器采用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件設計。

　?。?） 測速定位單元側DSP與FPGA的數據交換

　　TMS320F2812的外部存儲器XINTF可供選擇的外部地址空間有XINTF0，XINTF2，XINTF6。其中XINTF0 使用XZCS0AND1作為片選信號，外部存儲器擴展空間為8K;XINTF2與XINTF6分別使用XZCS2、XZCS6AND7作為片選信號，外部存儲器擴展空間均為0.5M。測速定位單元在發(fā)送位置速度信息時(shí)，是通過(guò)DSP的數據線(xiàn)傳輸到FPGA，DSP根據相應的外部存儲器片選信號找出對應的地址，在從底層傳感器得到一個(gè)新的定位數據后寫(xiě)入該地址。相對應的硬件連接框圖如圖4所示：

圖4 車(chē)輛測速定位單元DSP控制器向FPGA收發(fā)器寫(xiě)數據的硬件連接示意圖

　　根據協(xié)議要求，定位信息每次發(fā)送時(shí)包括5個(gè)字節的用戶(hù)數據和2個(gè)字節的CRC校驗，因此16bits數據線(xiàn)至少需要連續發(fā)送四次才能將底層的定位信息完整地傳送到FPGA。

　　為了減少硬連線(xiàn)，這里只連接地址線(xiàn)的高五位，對其中的低四位地址線(xiàn)進(jìn)行4-16譯碼，最高位地址線(xiàn)作為該譯碼器的使能信號。取對應于一個(gè)外部存儲器片選信號的四個(gè)地址，比如片選信號XZCS2為低（對應的外部存儲器地址范圍：0x080000―0x100000），即可選用0xe0000，0xe4000，0xe8000，0xec000四個(gè)地址作為DSP向FPGA寫(xiě)數據的地址。

　　由于每個(gè)不同的地址都對應一個(gè)地址譯碼值，當四個(gè)譯碼值都出現后才可認為一次定位信息傳送完成。這時(shí)把連續接收到的七個(gè)字節加上幀頭及幀尾作為測速定位單元發(fā)送給車(chē)載無(wú)線(xiàn)電控制單元的一幀數據。相對應的地址譯碼值如表2所示。

　　表2 地址譯碼值

（2） 車(chē)載無(wú)線(xiàn)電控制單元側DSP與FPGA的數據交換

　　由于采樣時(shí)間為毫秒級，為了避免占用過(guò)多的CPU資源，車(chē)載無(wú)線(xiàn)電控制單元中DSP從FPGA讀數據時(shí)不采用查詢(xún)方式，而采用外部中斷來(lái)接收數據。將DSP的16bits數據線(xiàn)與FPGA連接，DSP的XINT1也連接到FPGA的I/O管腳。若選用XZCS0AND1作為外部存儲器片選信號，則DSP從FPGA讀數據的尋址空間范圍為0x002000―0x004000，這個(gè)地址范圍內所讀出的數據即為數據線(xiàn)上傳送到DSP的定位數據。相對應的硬件連接框圖如下：

圖5 車(chē)載無(wú)線(xiàn)電傳輸單元DSP控制器從FPGA收發(fā)器讀數據的硬件連接示意圖

　　由于FPGA傳送到DSP的一幀數據為72bits，因此通過(guò)16bits數據線(xiàn)傳輸需要分5次才能傳送完，每16bits數據到達時(shí)產(chǎn)生一次外部中斷。設波特率時(shí)鐘為512k，假設來(lái)自定位單元完整的一幀數據為0x02123456789abcde03，車(chē)載無(wú)線(xiàn)電單元通過(guò)16bits數據線(xiàn)分次轉發(fā)到DSP的數據則為0x0002, 0x1234, 0x5678, 0x9abc,0xde03 。數據及中斷信號產(chǎn)生的時(shí)序如圖6所示。由圖6可以看出，每對應移出一次dataout，都會(huì )相應地發(fā)出一個(gè)外部中斷信號xint1，DSP一旦接收到外部中斷便在中斷服務(wù)子程序中從16bits數據線(xiàn)讀取信號值。為了完整的接收一幀信號，可在外部中斷服務(wù)程序中定義一個(gè)16級FIFO，當從FIFO的最底層讀出的數據為0x02時(shí)，便可以判斷一幀數據的開(kāi)始（若在用戶(hù)數據和校驗值中存在0x02則要進(jìn)行相應的字符轉義），依次接收以下的數據便得到完整的一幀定位信息。