某光电跟踪产品双DSP系统RS422通信设计

摘要：以某光电跟踪产品双DSP系统为例，详细介绍了RS 422通信设计。该系统设计选用Maxim公司提供的Max490ESA作为接口芯片。给出了其硬件接口原理图，并分别从DSP和PC机两方面详细介绍了RS 422通信程序的设计，具体给出了设计思路和数据结构。通过内外场试验，验证了该系统RS 422通信设计的可靠性及便捷性。
关键词：双DSP；RS 422通信；位流；数据结构

0 引言
    信息社会的发展，在很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性。数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌；而数字处理器作为数字信号处理的核心技术，其应用已经涉及到设计信号处理的各个领域，成为电子系统的心脏。某光电跟踪产品设计了基于TMS320C6201B和ADSP2187L的双DSP的信息处理平台，它提高了对信息的识别处理速度，具有实时性好、控制精度高、抗干扰能力强等特点。一般情况下，可利用JTAG口对DSP进行调试，然而，在整机情况下，这种方式就不太适用了。因而，在本系统中设计了RS 422接口，大大方便了远程调试和整机调试。

1 RS 422通信设计
    本系统选用Maxim公司提供的Max490ESA作为接口芯片，它具备高速、低功耗等特点。图1所示为RS422接口原理图。

    该通信设计的接口程序包括两个部分：DSP上的通信程序设计和PC机上的通信程序设计。
    DSP的通信程序设计主要是调用INT5和TIMER0中断实现的。RX信号线挂在TMS320C6201的INT5脚，当6201检测到下跳时，引发一个中断，在中断程序中，立即将ADSP2187前端的数据采集到DSP的片内，然后开放TIMER0中断处理程序。中断程序负责将数据发给PC机。
    PC机的RS 422通信程序采用C++Builder编写，为多线程程序。利用了专用的RS 422通信控件Vcomm32来实现通信。
1．1 DSP上的RS 422通信程序设计
    DSP上的RS 422通信程序是一种有限状态机，它利用上层协议将位流进行传输，具体设计如下：
1．1．1 位流的形成
    发送过程：RS 422是四线制的差分电平通信标准，在本系统中，TMS320C6201B的McBSP1用作通用I／O口，将MeBSP1的7根本来用作同步通信用的数据与控制线，现设置为通用I／O线。
    通过将TMS320C6201B的McBSP1接口的DX引脚置高与置低实现发送一位位的数据流，通过读取RX引脚上的电平信号来接收数据位流。位流的速度与PC机上接收与发送流的速度一致。位流的格式遵循标准异步通信协议(UART)，本系统中，设定为1位起始位，8位数据位，2位停止位。由于TMS320C6201B上没有带UART通信口，只能用软件通过通用I／O引脚模仿UART。位流的节奏由TMS320C6201B的定时器0定时周期控制。图2所示为UART通用异步通信协议。

    接收过程：RS 422传输线Rx+、Rx-经过MAX490ESA422接口芯片后，变成5 V CMOS电平信号Rx。Rx接至TMS320C6201B的两个地方，一是TMS320C6201B的McBSP1的Rx脚，另外还同时接至TMS320C6201B的INT5脚。接收的过程如下：一旦PC机发出一个8位数据，PC机首先要发送电平为低的起始位，这时将引起Rx脚由高到低的跳变，TMS320C6201B的INT5脚将感受到这一电平的跳变，这将引发TMS320C6201B的一次电平中断，用来提示TMS320C6201B，请准备接收PC机上的数据。在INT5的中断处理程序中，首先关掉INT5脚电平中断，以防后来还没有接收完8位的数据位流上的电平变化再次引发不希望出现的中断，然后退出中断。TIMER0开始计数到给定的周期时，引起了TIMER0的定时中断，TIMER0判断是否收满8位，如果没有，则读取McBSP1脚上的Rx信号，将其移入到接收缓冲区；如果接收满了8位，则根据接收缓冲区接收到的字的意义以及DSP其他参数做出处理，当然，收满8位，TIMER0定时将打开INT5中断，复原系统其他状态，为下一次接收完整数据做准备。这样就完整地接收到了PC机上的一串完整的8位数据。
1．1．2 上层通信协议
    位流形成后必须能识别出位流中包含的意义，或者建立一种DSP与PC之间的通信协议或通信状态机，确保DSP能够识别出PC机发出的命令字，同时PC机也能正确接收包含着特别含义的位流。
    该通信协议要实现以下功能：
    (1)确保DSP与PC机能正确地握手。当握手不成功时，要有相应的错误处理机制；当握手不成功的次数太多时，必须停止握手，提示操作人员做相应的处理。
    (2)在握手成功后，DSP能够根据PC发出的命令，做出相应的响应。
    (3)协议应该简单，不太复杂，扩展容易。
    为了达到以上设计目的，本系统在DSP上设计了如图3所示的RS 422通信状态机。

    其基本过程是：当DSP启动后，进入主程序，首先将通信状态机置于准备接收PC机握手码状态，一旦收到PC机发出的8位数据，判断是否是8位握手码，如果是则将通信状态机置于发送握手码状态，如果握手码接收错误，则发0x55，否则发0xAA。如果是正确的握手码，则将通信状态机置于准备接收PC机命令态。下一步，通信状态机等待接收PC机发出的命令，一旦收到8位数据，则认为是PC机发出的命令，并根据PC发出的命令，将通信状态机调整到PC机要求的工作状态，然后执行PC机要求的操作，如传送AD原始数据与相关结果，等待接受PC机发出2187的程序数据等。当执行完PC机的命令，调整通信状态机回到初始等待PC发出握手测试码状态，为新一轮的通信准备好条件。
1．2 PC机上的RS 422通信与数据处理
    PC机上的RS 422通信程序也需要遵循上面的所列出的通信协议。下面将详细讨论PC机上的RS 422通信与数据处理程序。PC机上的RS 422通信与数据处理程序主要完成以下功能：
    (1)将ADSP2187的程序文件分解，装入缓冲区内，等待RS 422接口发出。
    (2)将TMS320C6201B的程序文件分解，装入缓冲区内，等待RS 422接口发出。
    (3)接收DSP发出的相关运行结果，显示、存贮、打印。
    相对于DSP上的软件来讲，PC机上的软件要相对复杂些。目前本系统用三个PC机上的软件分别实现它。
    PC机上的软件用C++Builder5．0软件编写，RS 422通信模块用Comm控件实现，使用比较方便，下面分别介绍说明PC机上这三个功能软件的结构与实现。
1．2．1 ADSP2187装入程序
    由于CCS本身存在无法装入大文件的bug，因此，在开发阶段，实现装入任意长度的文件是必须的。利用PC机上的C++Builder程序开发工具，首先必须能够将ADSP2187的原始程序文件分解，形成CCS本身可用的数据格式。将分析出的数据放入缓冲区Buffer内，然后通过RS 422接口发送到TMS320C6201的片内指定的单元内。当发送完毕后，TMS320C6201内部Boot2187函数将负责将ADSP2187数据装到ADSP2187片内，并启动它。在TMS320C6201B内，几个简单的循环语句，即可以将得到的数据发送到ADSP2187片内。下面是程序装载说明：
    (1)TMS320C6201装载程序流程
    IDMA_IAL=0x80000000；
    IDMA_IAL=程序段首地址：PM区地址不变，DM区首地址+0X4000；
    读数据使用IRD，写数据使用IDMA_IWR；
    程序区为24位字长，读写均为先高16位再低8位数据；
    (2)关于程序段地址为0X0000开始的程序段
    TMS320C6201不能从0地址开始装程序，而需要从0X0001地址开始装程序；
    0地址处的指令不装；
    例如：上面的0x0000开始的程序段装入为：
   
    (3)TMS320C6201启动ADSP2187程序运行的操作
   
   
    图4所示为ADSP2187程序文件分解的数据格式及其意义。

1．2．2 TMS320C6201装入程序
    TMS320C6201B的装入与ADSP2187程序的装入基本一致，不同的是TMS320C6201B的程序获取方法不同，TMS320C6201B的程序源文件是在Simulator下将TMS320C6201B的程序区导出而形成的源程序文件。由于无法将大文件装入到TMS320C6201B片内，希望通过RS 422接口，将数据发至TMS320C6201B的SBSRAM内或其他缓冲单元。作为烧写FLASH的准备。
    PC机的分析程序最后将TMS320C6201B的数据整理成如图5所示的格式，再将这些代码装入到SBSRAM中，最后烧录到FLASHRAM中。

1．2．3 接收DSP发出的相关运行结果
    这部分程序的作用是向DSP发出获取AD前端数据与相关计算结果的命令，然后将相关计算结果与原始数据上传到PC机上，PC机将数据存贮在缓冲区内，将之显示、打印、存贮成规范化的文件。

2 结论
    内外场试验表明，某光电跟踪产品双DSP系统由于在设计中采用了RS 422接口，大大方便了远程调试和整机调试，避免了内外场测试及调试必须拆除外壳体的问题，大大节约了调试及测试时间。另外，该项技术不仅在某光电跟踪产品双DSP系统中得到可靠验证，目前还被推广应用到其他嵌入式系统中。