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基于双口RAM的TCR数据通信系统(1)

1引言

近年来,随着电力电子器件的不断发展,高压静止型动态无功补偿装置(SVC)的应用也越来越多,特别是在冶金、采矿和电气化铁路等重要场合中,TCR装置都扮演着重要角色。而对于高压无功补偿控制器的控制过程来说,快速实时地进行数据处理是非常重要的,需要将现场不断变化的数据在最短的时间内传送给控制器,由控制器进行相应处理,最终完成对整个系统的控制。以往的高压无功补偿设备中一般采用一片DSP加上存储器、模/数转换单元和外设接口来构成一个完整的控制系统,但这种方案要达到高速实时控制是不可行的。因为一个实时控制系统一般需要完成数据采集、模/数转换、分析计算、数/模转换、实时过程控制以及人机接口、与外部系统的通信等任务,单靠一片DSP来完成这些工作势必会大大延长系统对控制对象的控制周期,降低了控制精度,从而影响整个系统的性能。而采用双CPU的方式可以解决这一问题,即由两个CPU构成一个主从式系统完成相应功能。主从式系统设计的关键是主CPU与从CPU之间实现高速数据通信。一般来说,主从机之间的数据通信主要有串行、并行、DMA及双口RAM四种方式。综合各种通信方式的优缺点,考虑到TCR系统实时性高、控制精度高的特点,以双口RAM器件CY7C133作为共享存储器,完成了TCR数据通信系统设计,实现了TCR系统主从CPU之间的高速数据通信。

2TCR数据通信系统组成结构

TCR数据通信系统组成框图如图1所示。系统选用TI公司DSP芯片TMS320F2812和INTEL公司16位单片机80C196作为控制系统的CPU。两个CPU之间通过双口RAMCY7C133完成数据交换。

TCR数据通信系统主要功能是接收CPU(INTEL80C196)写入双口RAM的控制命令和设定参数,并将这些命令和参数传送给DSP,而当DSP接到这些指令后或设定数据范围或做出相应的控制策略,并控制系统做出相应的调整,待系统稳定后,DSP再将系统的一些重要的实时数据写入双口 RAM中,由CPU取出。CPU可以将双口RAM中的数据传送到上位计算机中作实时监测处理。采用双口RAM是解决CPU之间的数据共享的有效办法。与传统串行通信相比,采用双口RAM不仅数据传输速度高,而且抗干扰性能好。

本系统所用DSP芯片是TI公司新一代芯片TMS320F2812,其数据总线宽度为32位,地址总线宽度为24位,速度跃升到150M,芯片内置18K×16位SRAM,128K×16位FLASH,4K×16位BootROM,1K×16位OTPROM,还具有2×8通道、12-位、 80ns转换时间、0~3V量程的ADC,CAN总线收发器及12路PWM输出等丰富的外设。另一CPU电路为INTEL80C196,是INTEL公司的一款16位单片机,内部带有一个8通道的10位高速A/D转换器,并具有PWM输出,是一款高性能单片机。而双口RAM采用的是CYPRESS公司研制的CY7C133,该芯片是高速2K×16CMOS双端口静态RAM,具有两套相互独立、完全对称的地址总线、数据总线和控制总线,采用68脚PLCC封装形式,最大访问时间可以为25/35/55ns。CY7C133允许两个CPU同时读取任何存储单元(包括同时读同一地址单元),但不允许同时写或一读一写同一地址单元,否则就会发生错误。双口RAM中引入了仲裁逻辑(忙逻辑)电路来解决这个问题:当左右两端口同时写入或一读一写同一地址单元时,先稳定的地址端口通过仲裁逻辑电路优先读写,同时内部电路使另一个端口的信号有效,并在内部禁止对方访问,直到本端口操作结束。由于TMS320F2812的数据线宽度为32位,而CY7C133的数据位宽为16位,因此采用将TMS320F2812数据总线的低16位与双口RAM的数据总线相连。

图1TCR数据通信系统组成框图

3TCR数据通信系统设计

3.1TCR数据通信系统工作过程

首先CPU将数据发送到双口RAM的数据总线上,若此时DSP没有向双口RAM中的同一单元写入数据,则CPU的数据可以写入双口RAM中,而此时DSP若从该单元读取数据,就可将这些数据取出,进行相应的处理,待系统响应这些处理并调整输出后,DSP得到系统最新的实时数据并将其送到双口 RAM的数据总线上,若此时CPU没有对双口RAM进行写操作,DSP的数据就可以写入双口RAM中,同样,CPU可以随即对该数据进行读取,并将这些数据用于实时监测显示。

来源:《控制与传动》
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