TMS320F2812三種運行方式在SRM控制中的應用＊

溫燕斌，蔡燕，李雪

（天津工業大學 電氣工程與自動化學院，天津 300160）

溫燕斌（碩士研究生），研究方向為開關磁阻電機驅動系統；蔡燕（教授），研究方向為電力電子與電力傳動；李雪（碩士研究生），研究方向為開關磁阻電機及其紡織應用。

引 言

開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor，SRM）的控制對實時性的要求很高，它需要不斷地判斷其轉子瞬時位置、相電流等信息，進而控制SRM換相，實現電機運轉。而作為SRM的控制核心，不僅要實現上述SRM基本控制功能，而且要實現各種控制策略（包括電流斬波控制、電壓PWM控制、角度位置控制），甚至是很復雜的SRM優化算法的應用。因此，SRM的控制需要一個性能優越的控制核心。

TI公司推出的TMS320F2812是一款性能非常優越的數字信號處理器（DSP），最高工作時鐘頻率可達150 MHz。其外設功能十分強大，存儲資源也很豐富：芯片內部集成了18KSARAM（M0、M1各1K，L0、L1各4K，H0為8K），Flash為128K；且預留了5個擴展空間，方便用戶進行功能擴展。這就為TMS320F2812運行方式的多樣化提供了條件，同時也是選其作為SRM控制核心的原因。

1 TMS320F2812三種運行方式的實現

TMS320F2812代碼的開發環境為CCS，其工程一般由頭文件、源文件、庫文件以及連接命令文件（CMD）四種文件組成。頭文件采用位域結構體進行定義，方便用戶操作相關寄存器；源文件保存用戶開發時編寫的軟件代碼；庫文件為系統文件，無法修改；CMD文件則是用來分配存儲空間的，它告訴鏈接器將編譯器生成的段鏈接到哪。所以，要想實現代碼運行方式的多樣化，必須很好地了解CMD文件。

CMD文件包括MEMORY和SECTIONS。其中，MEMORY的作用是指示存儲空間的起始位置和長度，而SECTIONS的作用是將各種初始化段和非初始化段分配到相應的存儲空間。二者都是由編譯器自己編譯、生成及歸類的。初始化段包括所有的代碼、常量及初始化表格等；非初始化段由變量、堆棧等組成。用戶也可以通過“＃pragma DATA＿SECTION”和“＃pragma CODE＿SEC－TION”指令，將自己定義的數據段或代碼段分配到對應的數據空間或程序空間，完成映射。

1.1 RAM調試運行

RAM調試運行指的是將用戶編寫的代碼下載（load）到片內RAM，并在RAM上直接運行的一種運行方式。這種方式實際上就是通常所說的在線仿真。TMS320F2812通過仿真器與主機相連，主機能夠在線調試程序，例如啟動、停止、單步運行、設置斷點等。

RAM調試運行方式實現簡單，其程序流程為：code＿start－﹥ wd＿disable－﹥c＿int00－﹥ main（）。code＿start和wd＿disable的程序包含于DSP281x＿CodeStartBranch.asm中，具體程序如下：

此處存放了兩個長跳轉指令，因為WD＿DISABLE被置1，先跳轉到屏蔽看門狗的代碼處運行。

段生成完畢，還需要在CMD文件中將其映射到RAMH0上，即所謂的H0啟動模式。之后程序就會照流程直接在RAMH0上運行程序，實現RAM調試運行的方式。

1.2 Flash直接運行

Flash直接運行指的是將用戶編寫的代碼燒寫到Flash，并在Flash初始化完成后，用戶代碼運行于Flash上的一種運行方式。

與RAM調試運行相比，Flash直接運行的程序流程多了一個 Memory＿copy的環節，即code＿start－﹥wd＿disable－﹥c＿int00－﹥ main（）－﹥ Memory＿copy。這是因為要想在Flash上直接運行程序，就需要配置好Flash控制寄存器（FACTIVEWAIT、FBANKWAIT等）。但這些寄存器是不能在Flash上直接配置的，所以只能將包含這些配置語句的Flash初始化函數InitFlash（）搬運到RAM中運行。

InitFlash（）的搬運是通過指令“＃pragma CODE＿SECTION（InitFlash，"ramfuncs"）”和CMD文件配置實現的。前者將函數InitFlash（）映射到段ramfuncs，后者在SECTIONS中作如下配置：

其中，RamfuncsLoadStart等為已定義好的3個外部全局變量。這樣配置后，只需要在主程序main（）中先調用 MemCopy（＆Ram－funcsLoadStart，＆Ramfuncs Load－End，＆Ram funcsRunStart）將已經燒寫到Flash中的初始化函數InitFlash（）代碼全部復制到以Ram－funcsRun－Start開頭的RAM中，再調用函數InitFlash（）就實現了InitFlash（）的搬運。

最后需要注意的一點就是，給codestart段分配的BEGIN段需要映射到以0x3F7FF6開頭的一段Flash上，用于Flash啟動模式，而不再是在RAM上。如此配置之后，其他用戶代碼就可以在Flash上正常運行了。

1.3 Flash到RAM全搬運運行

Flash直接運行歸根到底就是實現了一個函數從Flash到RAM的搬運，而Flash到RAM的全搬運運行就是將所有初始化段全部搬運到RAM的一種運行方式。因此，其程序流程也與Flash直接運行類似，即code＿start－﹥ wd＿disable－﹥copy＿sections－﹥c＿int00－﹥ main（）。與Memory＿copy不一樣的是，copy＿sections搬運的是由編譯器編譯生成的初始化段（.text、.cinit、.pinit等），而不是某一個函數了。所以，不能把該段放到C語言環境建立之后，而應在屏蔽看門狗后，否則程序無法運行。而且，搬運代碼也只能用匯編語言編寫，具體程序在文件DSP28xx＿SectionCopy.asm中實現，以.text段的搬運為例：

代碼把燒寫地址和運行地址分別存儲到XAR6和XAR7寄存器后，并將該段大小存入累加器ACC，通過判斷累加器ACC是否為零來完成某個段的復制。copysections段直接分配到Flash地址空間。而被搬運的.text段在CMD文件中的配置則與Flash直接運行方式的ramfuncs段的配置類似，.text段燒寫到Flash空間，復制到RAM后再運行。

另外，DSP281x＿CodeStartBranch.asm 中的.ref＿c＿int00應修改為.ref copy＿sections，同時將 wd＿disable映射到wddisable段，并分配到Flash地址空間。

2 SRM控制應用研究

TMS320F2812的三種運行方式下載與運行存儲介質的不同，使得三種運行方式的特點不盡相同，各有利弊，適合于不同情況下SRM控制的程序調試。

RAM調試運行代碼下載到RAM，并采用H0啟動模式，程序直接在RAM上運行，運行速度快，可以正常地運行于150MHz的系統時鐘下。而且，主機通過仿真器與TMS320F2812相連，能夠在線調試程序，例如啟動、停止、單步運行、設置斷點等等。在線調試功能對于剛開始的代碼編寫和修改是非常有用的，但RAM調試運行受限于RAM空間的大小，無法運行很大的程序；同時，必須使仿真器與主機相連，否則無法運行程序。RAM掉電代碼消失的特點更是限制了RAM調試運行方式在實際中的應用。因此RAM調試運行適合于初期SRM控制的程序調試。此時，SRM控制的母線電壓值不是很高，程序代碼不是很大，同時可以很方便地觀察一些變量的變化，方便記錄分析。

當SRM控制的母線電壓值提升上來（220V以上）后，程序越來越大，設計也越趨于完善，不可能一直使用仿真器進行調試，將程序下載到Flash就成為了唯一的選擇。Flash直接運行代碼燒寫到Flash中，采用Flash啟動模式，程序最終在Flash上運行。128K的地址空間能夠滿足大程序的運行，而且燒寫到Flash的代碼掉電后不會消失，也不需要再連接仿真器，使得TMS320F2812能夠很好完成實際應用。但Flash運行速度慢，對運行時間要求苛刻的程序如直接在Flash上運行，往往不能滿足要求，使得SRM工作性能下降。

Flash到RAM全搬運運行綜合了二者的優點，代碼燒寫到Flash中，在C語言環境建立之前先將所有初始化相關段搬運到RAM中再運行，既實現了代碼的掉電不消失，又保證了代碼的全速運行。唯一的缺點就是受限于RAM空間的大小，不能運行太大的程序，否則可能溢出。

為了簡單驗證3種運行方式的不同，本文利用了TMS320F2812的32位CPU定時器Cputimer0，因為該定時器工作于150MHz，可以更好地看出各種運行方式的不同。Cputimer0產生40kHz高速中斷，在中斷服務程序中翻轉某GPIO口電平，觀測其波形，頻率應為20kHz。代碼在RAM中運行正常，頻率為20kHz；而在Flash中運行要慢一點，為19.97kHz。而且程序越大，這種限制也就越明顯。

3 結 論

本文詳細地介紹了TMS320F2812的3種運行方式的實現方法，對它們運行的特點進行了分析，并作了簡單的實驗驗證。3種運行方式各有利弊，在實際SRM控制應用中，應該充分地理解它們各自的特點，選取最適合的方式更快、更好地完成實際應用。

［1］孫麗明.TMS320F2812原理及其C語言程序開發［M］.北京：清華大學出版社，2008.

［2］呂奎峰，呂強，常天慶，等.TMS320X281xDSP原理及C程序開發［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2008.

［3］Yang Yuefeng，Zhang Yihuang，Wang Sujie.Four－Quadrant Control of Dsp－based Switched Reluctance Drives for EV［C］／／2nd IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications，2007：2162－2167.

［4］Texas Instruments.Running an Application from Internal Flash Memroy on the TMS320F28xx DSP ［OL］.［2011－09］.http：／／focus.ti.com／lit／an／spra958e／spra958e.pdf.

［5］Texas Instruments.Copying Compiler Sections From Flash to RAM on the TMS320F28xxx DSCs ［OL］.［2011－09］.http：／／www.ti.com／cn／litv／pdf／spraau8.