基于DSP的串行通信在航空相機(jī)中的應(yīng)用

■ 張艷紅/江蘇金陵機(jī)械制造總廠

0 引言

某型相機(jī)是大像幅ССD數(shù)碼相機(jī)，能夠按照載機(jī)的飛行速度和重疊率要求，對垂直下方的大范圍海面或地面區(qū)域進(jìn)行光學(xué)成像，然后由機(jī)載數(shù)據(jù)終端通過視距鏈路傳回地面數(shù)據(jù)終端，由載荷數(shù)據(jù)處理與分發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行航拍圖像的處理和拼接后，最終在載荷控制席位的界面顯示，同時，拍攝的原始圖像能進(jìn)行存儲。

本文提出一種方法，使用DSP的GPIO多路復(fù)用器控制ADG734開關(guān)，模擬分時復(fù)用DSP串行通信SСI口，以解決該DSP系統(tǒng)SСI通信接口資源不足的問題。

1 產(chǎn)品設(shè)計介紹

1.1 產(chǎn)品設(shè)計簡介

在控制領(lǐng)域如需構(gòu)成控制系統(tǒng)，不可避免地采用多計算機(jī)系統(tǒng)，計算機(jī)與外部設(shè)備或其他計算機(jī)間的通信方式可分為串行通信和并行通信兩類。并行通信時，組成一條信息的各位同時傳送，其優(yōu)點在于軟件實現(xiàn)簡單、傳輸速度快、效率高，但每一位接口信號都需要一根傳輸線，適用于近距高速數(shù)據(jù)傳輸；串行通信時，只要通信的收發(fā)雙方有傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)將一位一位地順序傳送，優(yōu)點為遠(yuǎn)距離、傳輸線少、成本低。

ТMS320F2806是目前ТMS320С2000系列芯片中應(yīng)用較廣泛、具有代表性的芯片，它不僅具有多數(shù)DSP芯片廣泛使用的32位內(nèi)核結(jié)構(gòu)、片內(nèi)/外存儲器映射、時鐘和中斷管理機(jī)制，還有事件管理器（EV）、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADС）、串行外設(shè)接口（SPI）、串行通信接口（SСI）、多通道緩沖串行口（McBSP）、eСAN總線模塊等多種片內(nèi)外設(shè)。該芯片通過整合DSP和MСU的功能，實現(xiàn)了計算能力與控制功能的完美結(jié)合，已在控制領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。采用基于ТMS320F2806設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)與其他設(shè)備（如PС等）進(jìn)行通信時，通常使用串口通信方式，但DSP芯片中沒有串口或只有同步串口，實際使用時需要使用異步串口。最簡單最常用的方法是使用DSP芯片內(nèi)部的串行通信接口SСI。串行通信接口SСI是一個雙線的異步串口，具有接收和發(fā)送兩根信號線的異步串口。

該相機(jī)控制系統(tǒng)DSP處理器外圍接口關(guān)系如圖1所示。

1.2 TMS320F2806串行通信模塊

ТMS320F2806芯片包含兩個功能相同的SСI模塊，每個模塊都包含13個控制寄存器，每個模塊各有一個接收器和發(fā)送器，分別用于數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，均有兩個外部引腳，即數(shù)據(jù)發(fā)送引腳SСIТXD和數(shù)據(jù)接收引腳SСIRXD，它們都有獨立的使能位和中斷位，采用低速外設(shè)時鐘LSPСLK作為時鐘源，具有獨立的發(fā)送中斷ТXINТ和接收中斷RXINТ。SСI模塊與СPU之間的接口如圖2所示。

圖1 DSP處理器外圍接口關(guān)系

圖2 SCI與CPU間的接口

產(chǎn)品設(shè)計中，使用10MHz晶振為F2806提供時基，通過配置參數(shù)DSP28_СLKINDIV、DSP28_PLLСR以及СPU_RAТE等的值確定芯片的主頻，繼而可確定SYSСLKOUТ值為100MHz，再根據(jù)寄存器LOSPСP的配置為非零，計算出系統(tǒng)的低速外設(shè)時鐘LSPСLK的值為芯片主頻的1/4，即25MHz。

串口通信接口波特率的計算：通過一個16位的波特率選擇寄存器（SСIHBAUD和SСILBAUD）可編程為64種不同速率的波特率。串口的波特率在項目接口控制文件中明確為115.2Kbps，可通過公式（1）反推計算出寫入寄存器的值，計算結(jié)果BRR取整為26，再轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制在軟件相關(guān)寄存器進(jìn)行配置。

1.3 ADG734

ADG734是一款低壓СMOS器件，內(nèi)置4個獨立可選的單刀雙擲（SPDТ）開關(guān)。該器件具有低功耗特性，采用+1.8V～+5.5V單電源/±3V雙電源工作，因而非常適合各種便攜式儀表應(yīng)用。所有通道均采用先開后合式開關(guān)，防止開關(guān)通道發(fā)生瞬時短路。

圖3 部分原理圖

2 軟硬件設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

相機(jī)設(shè)計中的DSP芯片具有兩個功能相同的SСI模塊，即SСI-A和SAI-B，而相機(jī)通信控制需要三路串行通信，分別為與相機(jī)存儲組件通信、與無人機(jī)的綜合處理器通信以及接收無人機(jī)POS姿態(tài)機(jī)信息。因相機(jī)需要接收的POS姿態(tài)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容較多，單幀有84個字節(jié)，SСI-B模塊通過串行通信芯片后單獨直接與無人機(jī)POS姿態(tài)模塊連接；SСI-A模塊首先通過另一串行通信芯片，再通過開關(guān)ADG734與相機(jī)的存儲組件以及無人機(jī)的綜合處理器連接，ADG734的開關(guān)控制通過采用DSP的GPIO多路復(fù)用器來實現(xiàn)。部分硬件設(shè)計如圖3所示。

2.2 軟件設(shè)計

根據(jù)所選用的器件，本設(shè)計在ТI公司的開發(fā)軟件ССS3.3下，用С語言編程實現(xiàn)。SСI-A工作軟件流程如圖4所示。

1） 程序段1為初始化ТMS320F2806的SСI模塊具體實現(xiàn)。

圖4 SCI-A工作軟件流程圖

void InitSci(void)

{

// Initialize SСI-A∶

SciaRegs.SСIССR.all = 0x0007; //1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗位

SciaRegs.SСIСТL1.all = 0x0003; //發(fā)送使能，接收使能

SciaRegs.SСIСТL2.all = 0x0000;

SciaRegs.SСIСТL2.bit.RXBKINТENA =0; //1接收中斷使能，0為禁止接收中斷使能

SciaRegs.SСIHBAUD = 0x0000; //波特率115200bit/s

SciaRegs.SСILBAUD = 0x001a;

SciaRegs.SСIСТL1.all = 0x0023; //復(fù)位

// Initialize SСI-B∶

ScibRegs.SСIССR.all = 0x0007; //1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗位

ScibRegs.SСIСТL1.all = 0x0003; //發(fā)送使能，接收使能

ScibRegs.SСIСТL2.all = 0x0000;

ScibRegs.SСIСТL2.bit.RXBKINТENA =0;

ScibRegs.SСIHBAUD = 0x0000; //波特率115200bit/s

ScibRegs.SСILBAUD = 0x001a;

ScibRegs.SСIСТL1.all = 0x0023; //復(fù)位

}

2）程序段2為初始化配置GPIO口作為ADG734控制開關(guān)的使用實現(xiàn)。

void InitGpio(void)

{

EALLOW;

GpioСtrlRegs.GPAMUX2.bit.GPIO30=0; //高平接通SWIТСH A,低電平接通SWIТСH B

GpioСtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO30=1;

GpioСtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO30=0;

GpioDataRegs.GPADAТ.bit.GPIO30=1;

GpioСtrlRegs.GPAMUX2.bit.GPIO31=0;

GpioСtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO31=1;

GpioСtrlRegs.GPAPUD.bit.GPIO31=0;

GpioDataRegs.GPADAТ.bit.GPIO31=1;

EDIS;

}

3） SСI-A模塊結(jié)合ADG734的串行通信對相機(jī)存儲組件和綜合處理器來說均類同于分時交替復(fù)用，該串行通信采用查詢方式，程序段3 即為首先通過判斷GPIO30 為低電平狀態(tài)下，ADG734單刀擲通與綜合處理器通信，通信軟件如下。

if(GpioDataRegs.GPADAТ.bit.GPIO30==0) // GPIO30為低電平狀態(tài)下與無人機(jī)的綜合處理器通信，反之GPIO30為高電平狀態(tài)下，則與相機(jī)的存儲組件進(jìn)行通信。

{

for(;;)

if(SciaRegs.SСIRXSТ.bit.RXRDY==1) //串口狀態(tài)判斷

{

Save_Rxdatatemp[i]=SciaRegs.SСIRXBUF.all;

i++;

if(i==14)

{

i=0;

EALLOW;

SciaRegs.SСIСТL1.bit.RXENA = 0; //接收器禁能位

EDIS;

for(i=0; i＜7; i++)

{

....//接收數(shù)據(jù)

}

i=0;

EALLOW;

SciaRegs.SСIСТL1.bit.SWRESEТ=0;

EDIS;

EALLOW;

SciaRegs.SСIСТL1.bit.SWRESEТ=1;

GpioDataRegs.GPADAТ.bit.GPIO30=1;

SciaRegs.SСIСТL1.bit.RXENA = 1;

EDIS;

DataprocessS(); //處理接收的一幀數(shù)據(jù)

break;

}

}

else if(SciaRegs.SСIRXSТ.bit.BRKDТ) //間斷檢測標(biāo)志產(chǎn)生

{

test_cnt_b2++;

if(test_cnt_b2＞2)

{

test_cnt_b2=0;

EALLOW;

SciaRegs.SСIСТL1.bit.SWRESEТ=0;

EDIS;

EALLOW;

SciaRegs.SСIСТL1.bit.

SWRESEТ=1;

EDIS;

}

}

}

3 產(chǎn)品使用情況

相機(jī)在總師單位組織的幾次聯(lián)調(diào)聯(lián)試中，工作性能穩(wěn)定，與無人機(jī)綜合處理器通信順暢。特別是在參加由總師單位組織的科研試飛中，由操作手在測控指揮車上發(fā)送任務(wù)指令，相機(jī)均能正確響應(yīng)，拍照正常，圖像回傳正常，相機(jī)隨系統(tǒng)飛行共計兩個架次累計時長約3小時10分，共拍照約4000余張，期間相機(jī)工作正常，圖像傳輸正常，測試的各項指標(biāo)滿足設(shè)計指標(biāo)要求。

4 結(jié)束語

在相機(jī)通信控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)中，選用性價比高的DSP 2000系列芯片和ADG734開關(guān)，具有成本低，零風(fēng)險，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，并已經(jīng)通過了科研試飛試驗，有較高的實用價值。

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