基于TMS320F2812 的双机信息处理系统设计
介绍了基于TI公司TMS320F2812型DSP的信息处理系统的设计。采用2片TMS320F2812 DSP，利用其丰富的片上资源和较高的数据处理能力，建立了一个既有速度快、功能强、价格低，通用性强等特点的信息处理系统双机平台。该平台弥补了单个DSP系统在处理大量数据输入、输出和接口突发信号时，引起系统不稳定从而造成数据丢失这与缺陷，提高了系统的稳定性。TMS320F2812-DSP双机平台可作为嵌入式系统硬件平台，进一步开发各种应用软件，其应用可拓展到光学网络，汽车控制，生物测定学等新兴应用领域。关键词：数字信号处理器（DSP）；TMS320F2812;双机平台；信息处理1 引言在信息处理系统中，对系统本身精度要求越来越高，所需处理的数据量越来越大，要求数据的速度越来越高，这就对系统的硬件提出了更高的要求。TMS320F2812是TI推出的功能强大，性能优越的32位定点DSP，具有150MI/S的处理能力和强大的事件管理及嵌入式控制能力，片内集成有150K*16bit存储器、16通道12位高性能A/D转换器、2个事件管理器(EVA,EVB),32个32位定时器、5个串行接口（2个SCI、1个SPI、1个CAN、1个MCBSP），支持45个外设中断（3个扩展中断）最多56个GPIO引脚，可外扩超过1M*16bit的存储器。该期间既具备数字信号处理器强大的数据处理能力，又像微处器那样具有适于控制的片内外设及接口，可谓实现了数字小处理器与微处理器的最佳结合。这一高度集成化的芯片为高精度控制应用提供了一整套的片上系统，极大地降低了系统的成本，使系统功耗低，实时型高，灵活性强；另一方面，F2812与TMS320F24x/LF240x原代码及部分功能相兼容，使器应用利于更加广泛，从电机数字控制领域拓展到光学网络、汽车控制、生物测定学等新兴应用领域。具体有生物测定学应用领域中的人力资源管理、汽车及家庭安全系统和身体入口控制等。总之，凭借F2812强大的数据处理能力及高度集成化程度，其应用范围还有很大的拓展空间。在通常的数据处理系统中，采用单一CPU担任数据采集和处理工作，但在实时性要求严格的高速数据采集系统中，单一CPU常常因为大量数据输入输出和接口突发信号直接影响数据采集系统的正常工作，为了解决单一CPU系统在高速模数（A/D）或数模（D/A）转换中的这一缺陷，本文采用两片F2812构成双机平台，分别称为A机和B机，分别完成信号的转换和与PC机的数据通信，而A机和B机之间通过双口RAM进行数据交换。另外USB接口具有即插即用、热插拔、传输速度快、通用性强、易扩展和性价比高等优点，USB2.0接口的最高数据传输率可达480MB/S，通过USB2.0接口实现2812双机平台与PC机的链接，不仅数据传输速率满足要求，而且较为方便实用。这样提高了整个系统的运算速度，使整机具有良好的性能提升空间。
![]() (1) A机：主要完成4路模拟型号的实时A/D、D/A转换。需要扩展256K*16bitRAM,16K*16bit双口RAM、高速4路12bitD/A转换器、一路RS-422异步串行接口（备用），4路模拟输入信号通过信号调理模块连接A/D转换器接口。(2) B机：主要完成USB2.0接口数据通讯。数据调整和操作-控制命令解析、系统工作状态显示。需要扩展256K*16bitRAM,16K*16bit双口RAM、512K*16bitFlash、USB2.0接口模块，液晶显示屏-键盘-声光指示模块、1路RS-422异步串行接口（备用）。(3) A机和B机通过外扩双口RAM器件公用存储区实现数据交换，共用30MHZ外部晶振（时钟源）。(4) 电源模块提供5路直流电源：+-12V(模拟)、+-5V（数字）、+3.3V（数字）、+1.9（数字）。(5) 信号调整模块：4路双极性模拟输入信号不能直接接入2812 DSP的A/D输入引脚，需要经过信号调理模块，将信号的最大电压幅值调整到2812 DSP A/D输入允许的范围之内（0V~+3Vpp）。再输入至ADC。(6) D/A模块：4路高速12bitD/A转换器输出，建立时间小于120ns。(7)USB2.0接口模块：通过USB2.0接口实现2812 DSP（B机）与PC机的物理连接，实现2812 DSP与PC机平台的数据交互。(8) CPLD逻辑控制电路：实现F2812 DSP各个外部扩展功能模块的片选地址译码。该模块是整个系统的核心部分。由于两片F2812 DSP的引脚连接基本相同，按照通用性强、接口清晰简捷、资源引出最大化、兼顾构建双机平台的设计思想设计单一F2812 DSP模块，再由单一F2812 DSP模块组建双机平台原理样机，这样只需要设计出一种2812的PCB板，降低了风险，节省了时间和加工费用。在双机平台原理样机调试通过、软件调试通过和系统正常运行的基础上，可以再进行F2812双机平台的整体模块二次设计。2.2 F2812 DSP外部扩展存储器接口设计F2812的外部接口（XINTF）映像到5个独立的存储空间。由于F2812采用统一寻址方式，扩展的外部存储空间既可以作为数据存储器，也可以作为程序存储区器。每个XINTF区都有一个片选信号。当对一个特定区域进行访问时，这些信号就会出现。本系统设计为了扩大F2812 DSP的存储空间，合理分配DSP外部存储器扩展空间，提高数据处理速度和处理能力，需要外扩存储器，所以F2812 DSP的三个引脚XZCS0AND1、XZCS2、XZCS6AND7作为外部扩展存储器的片选信号，这样极大的方便了外部存储器的扩展。根据每个区容量的大小，外扩了一片静态存储器(SRAM),选用ISSI公司SRAM islv-25616;同时考虑到编程需求以及升级，本设计充分利用了F2812 DSP良好的扩展性能，将FLASH扩展至512K，选用SST公司FLASH存储器SST39VF-800A；另外，外扩的双口RAM用来缓冲DSP和其他器件交换的数据，选用IDT公司的IDT70V27S/L。IS61LV25616是256K*16高速CMOS工艺3.3V单电源供电的静态随机存储器。SST39VF 800A是512K*16的3.0V~3.6V单电源供电的FLASH。IDT70V27S/L是32K*16高速3.3V单电源供电双端口静态随机存储器。
![]() 2.3 信号调理模块F2812片内ADC模块的模拟输入电压范围为0~3V,其引脚最大输入电压为-0.3~+4.6V。因此需要对4路模拟输入的双极性信号进行调理，调整到相应的范围内，再输入到F2812的ADC模块。信号调理电路采用运算放大器OP37或AD811构成一级反相放大电路，给出了单通道信号调理电路原理图。手动调节电位器W1和WF1可以获得0.1~10倍的反相增益，C1,R3,R4,D1,D2组成直流偏置电路，将运放输出+-1.5V以内的双极性信号叠加+1.5V直流偏置电压，转换为0V~+3V单极性信号输入ADC。采取以下三种措施，基本消除了通道见的信号串音现象：模拟信号采用单芯屏蔽线传输；各个模拟通道独立的电源滤波电路；各通道之间设置地线隔离。OP37是精密测量运算放大器，AD811是高速视频运算放大器。
2.4 D/A模块本模块采用DAC8544，DAC8544是采用+2.7~+5.5V单电源供电，16位分辨率，电压输出，4通道，并行接口的数模转换器。为实现8通道并行输出，要使用两片DAC8544.为了可 选择4路输出，加入了单刀双掷模拟开关MAX4780,他具有+1.6V~+4.2V单电源供电，快速开关等优点。通过开关关掉一个DAC8544的输出，就可以实现4路输出与8路输出的转换。
3 F2812双机平台系统软件设计F2812 DSP双机平台中，A机和B机的分工不同，A机处于系统的最前端，直接面向物理信号，外设功能单一，具有任务量少，时序严格，及时响应的特点，其主要任务是A/D,D/A实时变换和数据实时传输；B机扩展了USB2.0高速接口模块，液晶屏，键盘等外设，需要执行数据调整，传输通讯，命令解析，状态显示等任务。需要说明的是A机，B机各仅有一个终端源，避免了因多中断源形成队列引发的实时性冲突。
4 结束语
本文采用两片F2812 DSP构成双机平台设计的信息处理系统，具有先进性，新颖性，实用性，通用性，开放性等特点。该系统可作为面向实际信号的信号处理平台，可在此基础上实现已有的处理算法和新型算法，进一步开发各种应用软件，其应用可扩展到依据需求构造信号处理系统，光学网络，汽车 控制，生物测定学等新兴应用领域。
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