2020-04-12
112
Структурная схема ЦСП семейства C28x приведена на рис. 2.1. Память и все периферийные модули объединены системой шин по модифицированной гарвардской архитектуре.
Рис. 2.1. Структурная схема ЦСП семейства C28x
Карта адресного пространства ЦСП C28x показана на рис. 2.2. В качестве памяти данных используется исключительно ОЗУ быстрого доступа (Single Access RAM – SARAM, доступ возможен в течение каждого машинного цикла) общим объёмом 18 Кслов, состоящее из нескольких банков – М0, M1 (2x1К), L0, L1 (2x4К) и Н0 (8К). Каждый банк отображается и на память программ, и на память данных, т.е. эту память можно использовать и в качестве памяти программ, и в качестве памяти данных. В сигнальных процессорах F2812 объём встроенной флэш-памяти составляет 128 Кслов (4 сектора по 8К и 6 секторов по 16К).
В процессоре C28x, помимо центрального процессорного устройства (CPU) имеется внутренняя периферия (АЦП, таймеры, встроенные интерфейсы и пр.), которая также располагается на кристалле. ЦСП семейства С28x содержат регистры модуля центрального процессора (регистры CPU), необходимые для арифметической/логической обработки данных и три сегмента (фрейма) регистров встроенной периферии, предназначенных для управления режимами и хранения данных внутренних периферийных устройств. Эти регистры расположены прямо в адресном пространстве памяти, т.е. доступны не только как регистры с именами, но и как ячейки памяти с определенными адресами (см. рис. 2.2).
|
|
|
 |
Рис. 2.2. Карта адресного пространства ЦСП семейства C28x
Peripheral Frame 0 (PF0, объем 2K, адреса 0x00 0800…
0x00 0FFF) – включает в себя регистры внешнего интерфейса памяти XINTF, модуля расширения прерываний PIE, модуля Flash-памяти, модуля таймеров ядра, модуля ключа защиты CSM;
Peripheral Frame 2 (PF2, объем 4K, адреса 0x00 6000…0x00 6FFF) – включает в себя регистры интерфейса eCAN;
Peripheral Frame 1 (PF1, объем 4K, адреса 0x00 7000…
0x00 7FFF) – включает в себя регистры модуля управления системой, модуля ввода-вывода GPIO, модуля менеджеров событий EVA/EVB, модуля последовательного интерфейса McBSP, модуля последовательного интерфейса SCI, модуля последовательного интерфейса SPI, модуля АЦП.
Все программно доступные цифровые выводы сгруппированы в порты GPIOA, GPIOB, GPIOD, GPIOE, GPIOF, GPIOG. GPIO (general purpose input/output) означает «линии ввода/вывода общего назначения».
Периферия имеет выводы, использующиеся для ввода/вывода сигналов. Чтобы не загромождать ЦСП дополнительными выводами, используют мультиплексирование: на одном выводе могут быть реализованы две и более различные функции, которые выбираются программным путем. На рис. 2.3 приведены основные и альтернативные функции портов.
Рис. 2.3. Основные и альтернативные функции портов ввода-вывода F2812
|
|
|
Все 6 портов управляются своими мультиплексирующими регистрами (GPxMUX, здесь и далее в именах регистров, относящихся к портам, x – имя порта). Если бит сброшен в 0, то данный вывод работает как обычная линия порта; установкой бита в 1 выбирается альтернативная функция, т.е. линия порта (pin) подключается к соответствующему периферийному устройству (см. рис. 2.4). К регистрам данных относятся:
- регистры GPxDAT (в них непосредственно хранятся данные порта, которые могут быть изменены записью в данные регистры);
- регистры GPxSET (служат для установки соответствующих разрядов порта);
- регистры GPxCLEAR (служат для сброса соответствующих разрядов порта);
- регистры GPxTOGGLE (служат для переключения соответствующих разрядов порта в альтернативное логическое состояние).
 |
Рис. 2.4. Функциональная схема линии GPIO
Каждый вывод порта может работать на ввод или вывод. Направление передачи данных задается битами в регистрах GPxDIR:
0 – линия работает на ввод, 1 – на вывод данных. При работе портов A, B, D и E на ввод для увеличения помехозащищенности можно настроить функцию задержки ввода (Input Qualification feature) установкой битов 7-0 в соответствующем регистре GPxQUAL. После этого импульсы на линиях соответствующих портов, имеющие максимальную длительность от 2 (GPxQUAL=0x01) до 510 (GPxQUAL=0xFF) периодов частоты тактирования ядра SYSCLKOUT, не будут распознаваться ядром процессора.
Перед началом работы необходимо настроить модуль тактирования. Как и многие современные процессоры, ЦСП семейства С28х используют внешний резонатор или генератор с частотой более низкой, чем максимальная тактовая. Это позволяет уменьшить влияние электромагнитных помех, понизить требования к разводке печатной платы и повысить надежность работы схемы. Частота тактового генератора OSCCLK, расположенного на плате эмулятора, составляет
30 МГц. Максимальная тактовая частота процессора 150 МГц получается путем умножения внешней частоты на 5 (OSCCLK*10/2, см. рис. 2.5). Коэффициент деления задается программно в регистре PLLCR.
Рис. 2.5. Тактовый модуль и регистр PLLCR
Помимо формирователя тактовой частоты ядра, тактовый модуль содержит предделители: низкоскоростной LOSPCP и высокоскоростной HISPCP (рис. 2.6), которые используются для тактирования периферийных устройств.
Известно, что потребляемая мощность микропроцессорных элементов возрастает пропорционально тактовой частоте. Снижая тактовую частоту, можно снизить энергопотребление и определенного модуля, и всего ЦСП в целом. Коэффициенты деления задаются программно в регистрах LOSPCP и HISPCP.
Рис. 2.6. Формат регистров HISPCP и LOSPCP
В ЦСП семейства С28х реализована возможность не только изменять, но и полностью запрещать/разрешать тактирование различных периферийных модулей при помощи регистра PCLKCR (рис. 2.7).
| EVAENCLK | Разрешение HSPCLK в EVA |
| EVBENCLK | Разрешение HSPCLK в EVВ |
| ADCENCLK | Разрешение HSPCLK в АЦП (ADC) |
| SPIAENCLK | Разрешение LSPCLK в SPI |
| SCIAENCLK | Разрешение LSPCLK в SCI-A |
| SCIBENCLK | Разрешение LSPCLK в SCI-B |
| MCBSPENCLK | Разрешение LSPCLK в McBSP |
| ECANENCLK | Разрешение тактирования eCAN |
Рис. 2.7. Формат регистра PCLKCR: 1 – разрешить тактирование периферийного модуля; 0 – запретить.
Сторожевой таймер (Watchdog timer или WDT, рис. 2.8) предназначен для предотвращения «зависания» ядра ЦСП и реализован на основе суммирующего счетчика WDCNTR, который тактируется через счетчик-делитель от внешнего генератора и при переполнении вырабатывает сигнал прерывания WDINT либо сброса ядра ЦСП WDRST (задается программно). WDT работает независимо от ядра ЦСП и должен сбрасываться программно для предотвращения сброса процессора.
Сторожевой таймер защищен ключом «101», и, в случае записи в биты WDCHK 2–0 регистра WDCR (рис. 2.9) любой иной кодовой комбинации, в следующем машинном цикле происходит генерация выходного сигнала (такого же, как и при переполнении). Для предотвращения сброса ЦСП необходимо периодически программно сбрасывать счетчик WDCNTR при помощи записи последовательности кодов «0x55 + 0xAA» в специальный регистр WDKEY.
|
|
|
Рис. 2.8. Функциональная схема сторожевого таймера
Рис. 2.9. Формат регистра управления сторожевого таймера WDCR
Бит WDFLAG используется для того, чтобы указать источник сброса: обычный сброс (WDFLAG=0) или сброс по сторожевому таймеру (WDFLAG=1). Биты WDPS 2–0 позволяют выбрать необходимый коэффициент деления частоты для работы сторожевого таймера. Бит WDDIS служит для запрета работы (блокировки) WDT.
Регистр управления и состояния (System Control and Status
Register – SCSR, рис. 2.10) управляет сбросом сторожевого таймера. Бит WDINTS отражает текущее состояние сигнала WDINT. Бит WDENINT – выбор режима действия от WDT (сброс или прерывание). Если WDENINT=0 – разрешен сигнал сброса WDRST, если WDENINT=1 – разрешен сигнал прерывания WDINT.
Если бит WDOVERRIDE установлен в 1, то пользователь может изменять состояние сторожевого таймера, т.е. запрещать или разрешать его работу с помощью бита WDDIS в регистре управления WDCR. Особенностью является то, что пользователь может только сбросить бит WDOVERRIDE, записав в него «1», установить бит программно нельзя.
Рис. 2.10. Формат регистра управления и состояния SCSR
Ход работы
Часть I
В части I лабораторной работы необходимо разработать программу «бегущие огни», задавая направление движения: сначала – от края к краю (см. рис. 2.11, а), а потом, зажигая по два светодиода, – от периферии к центру (см. рис. 2.11, б). Светодиоды подключены к линиям порта GPIOB7 – GPIOB0 (1 – горит, 0 – погашен), а линии порта GPIOB15 – GPIOB8 соединены с ключами (1 – ключ замкнут, 0 – разомкнут).
 |
Рис. 2.11. Направление движения светодиодов: а) – слева направо и наоборот; б) – от периферии к центру и наоборот.
1. Создание нового проекта.
В Code Composer Studio создаем новый проект Lab2.pjt. В поле Project Name записываем название проекта «Lab2». В поле Location указывается путь, по которому будет находиться проект – E:\DspUser\Lab2.
|
|
|
1.1. Для упрощения работы файл под именем «_lab2_.c» с заготовкой текста программы имеется на диске в папке «E:\DspUser\Templates». Знаками «?» в исходном тексте программы отмечены значения, которые необходимо будет заменить на требуемые для правильной работы программы (рис. 2.12). Копируем данный файл в папку проекта E:\DspUser\Lab2 и переименовываем в «Lab2.c». Добавляем в проект и открываем в окне редактора данный файл:
Project → Add files to Project.
1.2. Добавляем в проект управляющий файл линкера, командные файлы, библиотеки, необходимые внешние программные модули (рекомендуется для исключения ошибок пути к файлам, указанные ниже, копировать в диалоговое окно «Add files to Project»):
C:\tidcs\c28\dsp281x\v100\DSP281x_common\cmd\F2812_EzDSP_RAM_lnk.cmd
C:\tidcs\c28\dsp281x\v100\DSP281x_headers\cmd\DSP281x_Headers_nonBIOS.cmd
C:\CCStudio_v3.3\C2000\cgtools\lib\rts2800_ml.lib
C:\tidcs\c28\dsp281x\v100\DSP281x_headers\source\DSP281x_GlobalVariableDefs.c
2. Настройка параметров проекта.
2.1. Включаем в проект заголовочные файлы, для этого выбираем Project → Build Options, в закладке Compiler выбираем Preprocessor и в поле Include Search Path (-i) вводим:
C:\tidcs\C28\dsp281x\v100\DSP281x_headers\include;..\include
2.2. Добавление библиотек и создание стека.
Подключаем Си-библиотеки:
Project → Build Options → Linker → Libraries → Search Path: C:\CCStudio_v3.3\C2000\cgtools\lib
Project → Build Options → Linker → Libraries → Search Path Linker → Incl. Libraries: rts2800_ml.lib
Задаем глубину стека 0х400:
Project → Build Options → Linker → Basic → Stack Size (-stack): 0x400
//##################################################################
// Имя файла: _Lab2_.c
//
// Описание: С помощью 8 светодиодов, подключенных к линиям
// порта GPIOB0 - GPIOB7, формируются "бегущие огни".
// Направление движения справа - налево и наоборот
//##################################################################
#include "DSP281x_Device.h" // Включение заголовочного файла
void delay_loop(long);
void Gpio_select(void);
void InitSystem(void);
void main(void)
{
unsigned int i;
unsigned int LED[8]= {0x0001,0x0002,0x0004,0x0008,
0x0010,0x0020,0x0040,0x0080};
InitSystem(); // Инициализация регистров ЦСП
Gpio_select(); // Инициализация линий ввода/вывода
while(1)
{
for(i=0;i<14;i++)
{
if(i<7) GpioDataRegs.GPBDAT.all = LED[i];
else GpioDataRegs.GPBDAT.all = LED[14-i];
delay_loop(?);
}
}
}
//##################################################################
// Подпрограмма: delay_loop
//
// Описание: Формирование временной задержки горения светодиодов
//##################################################################
void delay_loop(long end)
{
long i;
for (i = 0; i < end; i++);
EALLOW; // Сброс сторожевого таймера
//SysCtrlRegs.WDKEY = 0x?;
//SysCtrlRegs.WDKEY = 0x?;
EDIS;
}
//##################################################################
// Подпрограмма: Gpio_select
//
// Описание: Настройка линий порта GPIO B15-8 на ввод, а линий
// B7-0 на вывод. Настройка всех линий портов A, D, F, E, G на
// ввод. Запрещение работы входного ограничителя
//##################################################################
 |
void Gpio_select(void)
{
EALLOW;
GpioMuxRegs.GPAMUX.all = 0x?; // Настройка линий ввода/вывода на
GpioMuxRegs.GPBMUX.all = 0x?; // работу в качестве портов
GpioMuxRegs.GPDMUX.all = 0x?;
GpioMuxRegs.GPFMUX.all = 0x?;
GpioMuxRegs.GPEMUX.all = 0x?;
GpioMuxRegs.GPGMUX.all = 0x?;
GpioMuxRegs.GPADIR.all = 0x?; // Настройка портов А, D, E, F, G
// на ввод
GpioMuxRegs.GPBDIR.all = 0x?; // Настройка линий 15-8 на ввод,
GpioMuxRegs.GPDDIR.all = 0x?; // а линий 7-0 на вывод
GpioMuxRegs.GPEDIR.all = 0x?;
GpioMuxRegs.GPFDIR.all = 0x?;
GpioMuxRegs.GPGDIR.all = 0x?;
GpioMuxRegs.GPAQUAL.all = 0x?; // Запрещение входного ограничителя
GpioMuxRegs.GPBQUAL.all = 0x?;
GpioMuxRegs.GPDQUAL.all = 0x?;
GpioMuxRegs.GPEQUAL.all = 0x?;
EDIS;
}
//#####################################################################
// Подпрограмма: InitSystem
//
// Описание: Настройка сторожевого таймера на работу,
// предделитель = 1. Выработка сброса сторожевым
// таймером. Внутренняя частота работы ЦСП 150 МГц.
// Запись в предделитель высокоскоростного таймера
// коэффициента деления 2, а в предделитель
// низкоскоростного таймера - 4. Запрещение работы
// периферийных устройств
//#####################################################################
 |
void InitSystem(void)
{
EALLOW;
SysCtrlRegs.WDCR= 0x?; // Разрешение работы сторожевого // таймера, предделитель = 64
// или запрещение работы сторо-
// жевого таймера, предделитель = 1
SysCtrlRegs.SCSR =?; // Конфигурирование сброса ЦСП от WDT
SysCtrlRegs.PLLCR.bit.DIV =?;// Настройка блока умножения частоты
SysCtrlRegs.HISPCP.all = 0x?;// Задание значений высокоскоростного
SysCtrlRegs.LOSPCP.all = 0x?; // и низкоскоростного предделителей
 |
SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVAENCLK=?; // Запрещение работы
SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVBENCLK=?; // периферийных устройств
SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SCIAENCLK=?;
SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SCIBENCLK=?;
SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.MCBSPENCLK=?;
SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SPIENCLK=?;
SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.ECANENCLK=?;
SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.ADCENCLK=?;
EDIS;
}
 | |||
 | |||
Рис. 2.12. Заготовка текста программы «бегущие огни»
3. Инициализация системы.
Открываем файл Lab2.c и переходим к подпрограмме
«InitSystem()».
3.1. Присваивая необходимое значение регистру WDCR (см. рис. 2.9), запрещаем работу сторожевого таймера (WDDIS=0), сбрасываем бит WDFLAG, задаем коэффициент деления частоты тактирования Watchdog-таймера, равный 1 (WDPS0, WDPS1, WDPS2=0). Указанные значения нужно внести в область 1 программы
(см. рис. 2.12).
3.2. Программируем регистр SCSR (см. рис. 2.10) на сброс процессора при переполнении Watchdog-таймера. В бит WDENINT записываем «0», в бит WDOVERRIDE также записываем «0» для того, чтобы оставить его в единичном состоянии (см. область 2 на
рис. 2.12).
3.3. В регистр PLLCR (см. рис. 2.5) заносим код, необходимый для преобразования частоты кварцевого резонатора 30 МГц во внутреннюю частоту SYSCLKOUT работы процессора 150 МГц (см. область 3 на рис. 2.12).
3.4. Заносим в высокоскоростной предделитель HISPCP
(см. рис. 2.6) коэффициент деления 2, а в низкоскоростной (LOSPCP) – 4 (см. область 3 на рис. 2.12).
3.5. Установкой-сбросом бит в регистре PCLKCR (см. рис. 2.7) запрещаем работу всех периферийных устройств (см. область 4 на рис. 2.12).
4. Настройка портов.
Переходим к подпрограмме «Gpio_select()».
4.1. Установкой-сбросом бит в регистрах GPxMUX настраиваем все выводы на работу в качестве портов (см. область 5 на рис. 2.12).
4.2. Установкой-сбросом бит в регистрах GPxDIR настраиваем все линии портов A, D, E, F, G на ввод (см. область 5 на рис. 2.12).
В порту GPIOB настраиваем линии порта GPIOB15 – GPIOB8 на ввод, а GPIOB7 – GPIOB0 на вывод (см. область 5 на рис. 2.12).
4.4. Сбрасываем все биты регистров GPxQUAL портов A, B, D, E в ноль (см. область 5 на рис. 2.12).
5. Расчет и задание временной задержки
В строке «delay_loop()» (см. область 6 на рис. 2.12) в скобках указываем число n – параметр задержки. Длительность задержки будет пропорциональна данному числу и рассчитывается по формуле (в секундах):
.
6. Компиляция, компоновка и загрузка выходного файла в отладочный модуль ЦСП.
6.1. Компилируем программу: Project → Compile File. При наличии ошибок, исправляем их.
6.2. Компонуем проект: Project → Build. При наличии ошибок, исправляем их.
6.3. Загружаем выходной файл: File → Load Program → Debug\ lab2.out (в случае, если данная функция сконфигурирована для выполнения автоматически, выполнять данный пункт не нужно).
7. Тестирование программы.
7.1. Сбрасываем ЦСП: Debug → Reset CPU, Debug → Restart.
7.2. Устанавливаем программный счетчик на точку «void main (void)» основной программы: Debug → Go main.
7.3. Запускаем программу: Debug → Run. Проверяем правильность работы, наблюдая за светодиодами.
Имеется возможность отслеживать правильность выполнения логики программы, просматривая в отдельном окне, как изменяется содержимое выводов порта GPIOB. Для этого необходимо:
- остановить выполнение программы;
- установить точку останова на строку программы, отмеченную знаком «●»;
- выделить мышью в любом месте текста программы название «GpioDataRegs.GPBDAT», нажать правую кнопку мыши и в открывшемся окне выбрать «Add to Watch Window»;
- щелкнуть по значку «+» напротив имени «GpioDataRegs.GPBDAT» в окне Watch Window, далее выбрать «bit», после чего в данном окне будут выведены в столбик двоичные состояния разрядов порта GPIOB (рис. 2.13);
- исключить из программы (закомментировать) задержку, вставив символы «//» в начало строки delay_loop(?);
- сохранить проект (Project → Save), выполнить компиляцию и линковку измененного проекта;
- запустив программу в режиме «Animate», наблюдать последовательность изменения логических уровней на линиях порта GPIOB.
8. Работа со сторожевым таймером.
8.1. Останавливаем выполнение программы.
8.2. В подпрограмме «InitSystem()» изменением содержимого регистра WDCR разрешаем работу сторожевого таймера (см. область 1 на рис. 2.12). В битовом поле WDPS этого регистра задаем коэффициент деления программного предделителя равным 64 (см. рис. 2.8, 2.9).
8.3. В подпрограмме временной задержки «delay_loop()» удаляем символы «//» перед двумя строками программы, в которых должна производиться запись в регистр WDKEY (см. область 7 на рис. 2.12), и записываем кодовую комбинацию для сброса Watchdog-таймера:SysCtrlRegs.WDKEY = 0x55, SysCtrlRegs.WDKEY = 0xAA.
Расчетное время до формирования импульса сброса /WDRST от Watchdog-таймера в выбранном режиме составит:
Для того чтобы сброс WDT происходил раньше (т.е. сброса ЦСП не происходило), нужно обеспечить соотношение tзд ≤ tWDRST.
8.4. Компилируем, компонуем проект и тестируем программу.
Рис. 2.13. Просмотр состояния двоичных разрядов порта GPIOB в окне Watch Window
9. Работа с двумя светодиодами.
9.1. Копируем содержимое файла «Lab2.c» в новый файл, который называем «Lab2a.c».
9.2. Преобразуем программу Lab2a.c так, чтобы одновременно зажигались два светодиода в направлении от периферии к центру
(см. рис. 2.11, б).
9.3. Добавляем в проект «Lab2a.c» и удаляем «Lab2.c» (щелкаем правой клавишей мышки и выбираем Remove from project).
9.4. Компилируем, компонуем проект и тестируем программу.
Часть II
В части II лабораторной работы необходимо положение ключей отражать на светодиодах (ключ замкнут – светодиод горит, разомкнут – погашен), а также положением ключей задавать длительность свечения светодиодов.
1. Отображение состояния ключей на светодиодах.
1.1. Копируем содержимое файла «Lab2а.c» в новый файл, который называем «Lab2b.c».
1.2. Преобразуем программу Lab2b.c. Состояние (двоичный код), установленный ключами, должен индицироваться на светодиодах. С учетом того, что для подключения и светодиодов, и ключей используется один и тот же порт (GPIOB), состояние ключей можно индицировать, введя в основную программу команду циклического сдвига содержимого порта GPIOB на 8 бит:
GpioDataRegs.GPBDAT.all = GpioDataRegs.GPBDAT.all >> 8
Удаляем таблицу состояния светодиодов, а подпрограммы
«InitSystem()» и «Gpio_select()» оставляем без изменений.
1.3. Добавляем в проект «Lab2b.c» и удаляем «Lab2a.c».
1.4. Компилируем, компонуем проект и тестируем программу.
2. Формирование длительности свечения светодиодов в зависимости от состояния ключей.
2.1. Копируем содержимое файла «Lab2.c» в новый файл, который называем «Lab2c.c».
2.2. Преобразуем программу Lab2c.c. Задаем длительность задержки при переключении светодиодов согласно рис. 2.11, а, равную (0,1*N+0,001) сек, где N – код, заданный переключателями на линиях B15–B8. Подпрограммы «InitSystem()» и «Gpio_select()» оставляем без изменений.
2.3. Добавляем в проект «Lab2c.c» и удаляем «Lab2b.c».
2.4. Компилируем, компонуем проект и тестируем программу.
Содержание отчета:
Отчет должен содержать цель работы, краткие теоретические сведения по теме работы, тексты исследуемых программ, результаты их выполнения, выводы.
Контрольные вопросы:
1. Структурная схема ЦСП семейства C28x.
2. Карта адресного пространства ЦСП C28x.
3. Структура портов ввода/вывода, режимы работы, регистры управления.
4. Вывод простейших управляющих сигналов через порты TMS320F2812.
5. Система тактирования TMS320F2812. Структура, особенности, назначение регистров высокоскоростного и низкоскоростного предделителей.
6. Watchdog timer: назначение, принцип действия, особенности.
7. Какие изменения необходимо внести в исходный текст, чтобы программа «бегущие огни» запускалась по нажатию кнопки, присоединенной к линии порта GPIOD1, а останавливалась – по нажатию кнопки, присоединенной к линии порта GPIOD6
(«0» – соответствующая кнопка нажата, «1» – кнопка отжата)?
В исходном состоянии обе кнопки отжаты.
8. Модифицируйте исходную программу таким образом, чтобы происходило движение одного «погашенного» светодиода среди остальных «горящих».
