TMS320F2812三种运行方式在SRM控制中的应用

引言
    开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，SRM)的控制对实时性的要求很高，它需要不断地判断其转子瞬时位置、相电流等信息，进而控制SRM换相，实现电机运转。而作为SRM的控制核心，不仅要实现上述SRM基本控制功能，而且要实现各种控制策略(包括电流斩波控制、电压PWM控制、角度位置控制)，甚至是很复杂的SRM优化算法的应用。因此，SRM的控制需要一个性能优越的控制核心。
    TI公司推出的TMS320F2812是一款性能非常优越的数字信号处理器(DSP)，最高工作时钟频率可达150MHz。其外设功能十分强大，存储资源也很丰富：芯片内部集成了18K SARAM(M0、M1各1K，L0、L1各4K，H0为8K)，Flash为128K；且预留了5个扩展空间，方便用户进行功能扩展。这就为TMS320F2812运行方式的多样化提供了条件，同时也是选其作为SRM控制核心的原因。

1 TMS320F2812三种运行方式的实现
    TMS320F2812代码的开发环境为CCS，其工程一般由头文件、源文件、库文件以及连接命令文件(CMD)四种文件组成。头文件采用位域结构体进行定义，方便用户操作相关寄存器；源文件保存用户开发时编写的软件代码；库文件为系统文件，无法修改；CMD文件则是用来分配存储空间的，它告诉链接器将编译器生成的段链接到哪。所以，要想实现代码运行方式的多样化，必须很好地了解CMD文件。
    CMD文件包括MEMORY和SECTIONS。其中，MEMORY的作用是指示存储空间的起始位置和长度，而SECTIONS的作用是将各种初始化段和非初始化段分配到相应的存储空间。二者都是由编译器自己编译、生成及归类的。初始化段包括所有的代码、常量及初始化表格等；非初始化段由变量、堆栈等组成。用户也可以通过“#pragma DATA_SECTION”和“#pragma CODE_SECTION”指令，将自己定义的数据段或代码段分配到对应的数据空间或程序空间，完成映射。
1．1 RAM调试运行
    RAM调试运行指的是将用户编写的代码下载(load)到片内RAM，并在RAM上直接运行的一种运行方式。这种方式实际上就是通常所说的在线仿真。TMS320F2812通过仿真器与主机相连，主机能够在线调试程序，例如启动、停止、单步运行、设置断点等。
    RAM调试运行方式实现简单，其程序流程为：code_start-> wd_disable-> c_int00-> main()。 code_start和wd_disable的程序包含于DSP281x_CodeStartBranch．asm中，具体程序如下：

   

    段生成完毕，还需要在CMD文件中将其映射到RAMH0上，即所谓的H0启动模式。之后程序就会照流程直接在RAMH0上运行程序，实现RAM调试运行的方式。

1．2 Flash直接运行
    Flash直接运行指的是将用户编写的代码烧写到Flash，并在Flash初始化完成后，用户代码运行于Flash上的一种运行方式。
    与RAM调试运行相比，Flash直接运行的程序流程多了一个Memory_copy的环节，即code_start-> wd_disable-> c_int00-> main()-> Memory_copy。这是因为要想在Flash上直接运行程序，就需要配置好Flash控制寄存器(FACTIVEWAIT、FBANKWAIT等)。但这些寄存器是不能在Flash上直接配置的，所以只能将包含这些配置语句的Flash初始化函数InitFlash()搬运到RAM中运行。
    InitFlash()的搬运是通过指令“#pragma CODE_SECTION(InitFlash，“ramfunes”)”和CMD文件配置实现的。前者将函数InitFlash()映射到段ramfuncs，后者在SECTIONS中作如下配置：
    ramfuncs：LOAD=FLASH，PAGE=0
         RUN=RAML0，PAGE=0
         LOAD_START(_RamfuncsLoadStart)，
    LOAD_END(_RamfuncsLoadEnd)，
         RUN_START(_RamfuncsRunStart)
    其中，RamfuncsLoadStart等为已定义好的3个外部全局变量。这样配置后，只需要在主程序main()中先调用MemCopy(&Ram-funcsLoad Start，＆Ramfuncs LoadEnd，＆Ram funcsRunStart)将已经烧写到Flash中的初始化函数InitFlash()代码全部复制到以Ram-funcsRun
Start开头的RAM中，再调用函数InitFlash()就实现了InitFlash()的搬运。
    最后需要注意的一点就是，给codestart段分配的BEGIN段需要映射到以0x3F7FF6开头的一段Flash上，用于Flash启动模式，而不再是在RAM上。如此配置之后，其他用户代码就可以在Flash上正常运行了。
1．3 Flash到RAM全搬运运行
    Flash直接运行归根到底就是实现了一个函数从Flash到RAM的搬运，而Flash到RAM的全搬运运行就是将所有初始化段全部搬运到RAM的一种运行方式。因此，其程序流程也与Flash直接运行类似，即code_start-> wd_disable-> copy_sections-> c_int00-> main()。与Memory_ copy不一样的是，copy_sections搬运的是由编译器编译生成的初始化段(．text、．cinit、．pinit等)，而不是某一个函数了。所以，不能把该段放到C语言环境建立之后，而应在屏蔽看门狗后，否则程序无法运行。而且，搬运代码也只能用汇编语言编写，具体程序在文件DSP28 xx_SectionCopy．asm中实现，以．text段的搬运为例：

    代码把烧写地址和运行地址分别存储到XAR6和XAR7寄存器后，并将该段大小存入累加器ACC，通过判断累加器ACC是否为零来完成某个段的复制。copysections段直接分配到Flash地址空间。而被搬运的．text段在CMD文件中的配置则与Flash直接运行方式的ramfuncs段的配置类似，．text段烧写到Flash空间，复制到RAM后再运行。
    另外，DSP281x_CodeStartBranch．asm中的．ref_c_int00应修改为．ref copy_sections，同时将wd_disable映射到wddisable段，并分配到Flash地址空间。

2 SRM控制应用研究
    TM8320F2812的三种运行方式下载与运行存储介质的不同，使得三种运行方式的特点不尽相同，各有利弊，适合于不同情况下SRM控制的程序调试。
    RAM调试运行代码下载到RAM，并采用H0启动模式，程序直接在RAM上运行，运行速度快，可以正常地运行于150MHz的系统时钟下。而且，主机通过仿真器与TMS320F2812相连，能够在线调试程序，例如启动、停止、单步运行、设置断点等等。在线调试功能对于刚开始的代码编写和修改是非常有用的，但RAM调试运行受限于RAM空间的大小，无法运行很大的程序；同时，必须使仿真器与主机相连，否则无法运行程序。RAM掉电代码消失的特点更是限制了RAM调试运行方式在实际中的应用。因此RAM调试运行适合于初期SRM控制的程序调试。此时，SRM控制的母线电压值不是很高，程序代码不是很大，同时可以很方便地观察一些变量的变化，方便记录分析。
    当SRM控制的母线电压值提升上来(220 V以上)后，程序越来越大，设计也越趋于完善，不可能一直使用仿真器进行调试，将程序下载到Flash就成为了唯一的选择。Flash直接运行代码烧写到Flash中，采用Flash启动模式，程序最终在Flash上运行。128K的地址空间能够满足大程序的运行，而且烧写到Flash的代码掉电后不会消失，也不需要再连接仿真器，使得TMS320F2812能够很好完成实际应用。但Flash运行速度慢，对运行时间要求苛刻的程序如直接在Flash上运行，往往不能满足要求，使得SRM工作性能下降。
    Flash到RAM全搬运运行综合了二者的优点，代码烧写到Flash中，在C语言环境建立之前先将所有初始化相关段搬运到RAM中再运行，既实现了代码的掉电不消失，又保证了代码的全速运行。唯一的缺点就是受限于RAM空间的大小，不能运行太大的程序，否则可能溢出。
    为了简单验证3种运行方式的不同，本文利用了TMS320F2812的32位CPU定时器Cputimer0，因为该定时器工作于150 MHz，可以更好地看出各种运行方式的不同。Cputimer0产生40 kHz高速中断，在中断服务程序中翻转某GPIO口电平，观测其波形，频率应为20kHz。代码在RAM中运行正常，频率为20 kHz；而在Flash中运行要慢一点，为19．97kHz。而且程序越大，这种限制也就越明显。

3 结论
    本文详细地介绍了TMS320F2812的3种运行方式的实现方法，对它们运行的特点进行了分析，并作了简单的实验验证。3种运行方式各有利弊，在实际SRM控制应用中，应该充分地理解它们各自的特点，选取最适合的方式更快、更好地完成实际应用。