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一種基于CAN總線的DSP程序加載技術
摘要：為靈活方便地調試磁懸浮列車上眾多基于ＤＳＰ芯片的控制系統，介紹了一種基于ＣＡＮ總線的ＤＳＰ程序加載技術。該技術使對ＤＳＰ芯片程序的加載可以脫離仿真器而直接受控于列車的主控機。該技術可靠性高、使用靈活方便，具有很強的實用性。關鍵詞：CAN總線 單片機 DSP HPI ISA
磁懸浮列車上有很多基于ＤＳＰ芯片的模塊和系統。目前，(范文先生網www.baimashangsha.com收集整理)ＤＳＰ芯片程序的加載與運行都主要依賴于仿真器，而ＤＳＰ仿真器價格高、體積大，這使得磁懸浮列車系統的調試很不靈活方便；且這些基于ＤＳＰ芯片的系統一旦脫離仿真器就只能運行事前載入的單一的程序，也使系統的靈活性受到了很大的限制。
本文研究了ＤＳＰ芯片程序加載的基本原理，并根據這些原理，基于ＣＡＮ總線，實現了ＤＳＰ芯片程序的受控加載，使得ＤＳＰ芯片程序的加載與啟動可直接受控于上位主控機。由于主控機的靈活性很大，磁懸浮列車系統在調試時就可根據需要對其上各個控制模塊的主控ＤＳＰ芯片加載不同的程序，控制它的啟動運行，非常方便靈活。
１ ＣＡＮ總線的特點及工作原理
ＣＡＮ?Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，即控制器局域網?總線是一種有效支持分布式控制或定時控制的串行通訊網絡?它以半雙工的方式工作?一個節點發送信息?多個節點接收信息?實現了全分布式多機系統?提高了數據在網絡中傳輸的可靠性。其結構形式如圖１所示。ＣＡＮ總線的信息存取利用了廣播式的存取工作方式?信息可以在任何時候由任何節點發送到空閑的總線上?每個節點的ＣＡＮ總線接口必須接收總線上出現的所有信息?因此各節點都設置有一個接收寄存器?該寄存器接收信息?然后根據信息標文符決定是否讀取信息包中的數據以判斷是否使用這一信息。
ＣＡＮ總線的特點是以通信數據塊編碼代替傳統的地址編碼?ＣＡＮ總線面向的是數據而不是節點?這種方式的優點是可使網絡內的節點個數在理論上不受限制?加入或減少設備不影響整個系統的工作。基于ＣＡＮ總線的各種系統可以根據用戶需要任意改變節點數量。ＣＡＮ總線收發數據的長度最多為８個字節?因而不存在占線時間問題?可以保證通信的實時性?通信速率最高可達１Ｍｂ／ｓ?距離為４０ｍ??最遠可達１０ｋｍ?速率為５ｋｂ／ｓ?。對通信介質的要求較低?可以是光纖或同軸電纜甚至雙絞線。
２ ＤＳＰ芯片的程序加載與運行原理
在本項技術中，ＤＳＰ的程序加載與啟動運行是通過對其ＨＰＩ ８位并行口的操作實現的。下面先簡單介紹一下ＤＳＰ的ＨＰＩ ８位并行口以及如何對它進行讀寫操作，然后介紹本文研究的這種ＤＳＰ程序加載技術。
２．１ ＤＳＰ芯片的并口（ＨＰＩ）簡介
ＨＰＩ并行口的讀寫操作主要由ＤＳＰ的三個１６位寄存器控制，它們分別是：ＨＰＩＣ?ＨＰＩ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ，控制寄存器?、ＨＰＩＤ?ＨＰＩ Ｄａｔａ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ，數據寄存器?、ＨＰＩＡ?ＨＰＩ Ａｄｒｅｓｓ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ，地址寄存器?。寫ＨＰＩＣ寄存器控制ＨＰＩ并口的讀寫方式以及數據高低字節的讀寫順序等；寫ＨＰＩＡ寄存器控制寫入或讀出數據的具體地址（自增模式下?２?為數據寫入／讀出時的初始地址）；從ＨＰＩＤ直接寫入／讀出數據。
ＨＰＩ有兩種讀寫方式：普通模式下的讀寫按照ＨＰＩＡ的地址將ＨＰＩＤ的數據寫入內存或將該地址的數據讀入ＨＰＩＤ；自增模式下ＨＰＩＡ則是首地址，每次讀或寫操作后它都會自動指向下一個待讀寫的地址。
２．２ ＤＳＰ芯片的程序加載與啟動
由ＣＣＳ編譯器生成的ＤＳＰ可執行文件是一種．ｏｕｔ文件。本方法中首先調用ＴＩ公司提供的ｈｅｘ５００．ｅｘｅ程序，將其轉換為．ｈｅｘ文件?３?，這種．ｈｅｘ文件的組織結構具體如下：
它由一個一個的塊（ｂｌｏｃｋ）組成，每一個塊的第一個字節表示當前塊包含的待加載的有效數據的長度，第二、第三個字節表示這些有效數據寫入ＤＳＰ內存時的首地址，從第五個字節開始是待寫入ＤＳＰ內存的有效數據（第四個字節通常為０ｘ００，是無效數據），超出當前有效數據長度的數據不需要處理。需要注意的是，文件的結尾（也就是最后一個塊）的第一個字節的數據是０，表示當前塊為文件的結尾，其后的任何數據都是無效數據。
知道這種．ｈｅｘ文件的組織結構后，就可以分離出其中的有效數據，然后就可將這些有效數據寫入ＤＳＰ的內存。本技術
是通過ＤＳＰ的ＨＰＩ口來完成寫操作的。具體如下：
首先對ＤＳＰ復位，清除原來的數據；然后在單片機的控制下從．ｈｅｘ文件讀出每次寫入的初始地址，從這些初始地址開始不斷地將有效數據寫入ＤＳＰ的內存；寫操作完成后，向ＤＳＰ的內存地址０ｘ００７ｆ寫數據０ｘ８０００，程序即啟動，開始執行。
３ 系統的組成
系統組成框圖如圖２所示。ＩＳＡ插卡通過ＩＳＡ插槽與ＰＣ機（即相當于磁懸浮系統上的主控機）連接，受ＰＣ機的控制，接收來自ＰＣ機的數據，向ＰＣ機轉發收到的數據。插卡上有ＳＪＡ１０００芯片，通過它與ＰＣＢ板上的ＳＪＡ１０００實現數據交換。ＰＣＢ板上的ＳＪＡ１０００的數據／地址信號線與單片機的Ｐ０并口相連，同時Ｐ０并口也與ＤＳＰ的ＨＰＩ并口數據線ＨＤ０～７相連。在單片機的控制下，ＳＪＡ１０００接收來自ＰＣ機的數據，并將其通過Ｐ０并口發送給單片機，然后單片機再將這些數據通過ＨＰＩ發送給ＤＳＰ。
４ 系統的實現
４．１ 硬件實現
根據系統組成框圖，各個具體模塊的硬件實現如圖３、圖４、圖５所示。
圖３為單片機的接口電路，并口Ｐ０與ＳＪＡ１０００的并行數據口Ｄ０～Ｄ７（如圖４所示）及ＤＳＰ的ＨＰＩ口（如圖５所示）相連，實現數據交換：ＳＪＡ１０００接收來自ＣＡＮ總線的數據，通過并行數據口Ｄ０～Ｄ７及Ｐ０口發送給單片機，單片機接收到數據并經過處理后又通過Ｐ０口和ＨＰＩ口轉發給ＤＳＰ。
ＨＢＩＬ、ＨＣＴ０、ＣＨＴ１、ＨＲ／Ｗ為ＨＰＩ口的控制信號?２?，故ＨＰＩ的讀寫等操作都受控于單片機。
ＣＳＣＡＮ為ＳＪＡ１０００的選通信號，／ＲＳＴ為ＳＪＡ１０００與ＤＳＰ的復位信號；ＲＤ、ＷＲ分別為讀寫控制信號。
４．２ 軟件實現
ＰＣ機程序負責對．ｈｅｘ文件的分析，并根據分析結果，通過ＳＪＡ１０００，將每一個塊的“頭部”和有效數據有區別地向ＣＡＮ總線上發送，直到遇到文件結束符為止。
單片機控制程序負責接收從ＳＪＡ１０００上傳的ＣＡＮ總線上的數據，分析數據的性質（即該幀數據是“頭部”還是有效數據），然后通過ＤＳＰ芯片的ＨＰＩ并行口將有效數據正確地寫入相應的內存地址。
本文研究的這項技術提供了一種簡單易行、成本低廉的ＤＳＰ程序加載方法。這項技術具有高度的可靠性、靈活性和實用性。此項技術用于磁懸浮列車這樣一個復雜的ＤＣＳ系統后，能夠很好地控制列車上眾多基于ＤＳＰ芯片的系統的程序加載，并方便地對它們進行調試，使這些系統能根據不同的需要執行不同的程序，取得了很好的效果。目前上海引進的磁懸浮列車也采用了此項在線調試技術。
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