DSP运动控制器与PCI总线的接口设计

DSP运动控制器与PCI总线的接口设计
谢黎明;陈宏涛
【摘要】由于DSP具有高速实时处理能力和丰富的外设功能,目前,以DSP为核心处理器的运动控制器已经成为开放式运动控制器的发展主流,并得到广泛的应用.本文介绍了以DSP为核心处理器的开放式运动控制系统结构,并重点设计使用接口芯片PCI9030完成DSP TMS320LF2407和PCI总线的接口电路,实现了以DSP为核心处理器的运动控制器与上位机进行实时高速数据传输.
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2010(000)005
【总页数】2页(P36-37)
【关键词】DSP;运动控制器;接口电路;PCI总线
【作者】谢黎明;陈宏涛
【作者单位】兰州理工大学,数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,机电工程学院,甘肃,兰州,730050
【正文语种】中文
【中图分类】TG74.9
1 系统总体设计方案
开放式数控系统具有强大的适应性和灵活配置能力,控制软件具有及时扩展和联接功能,可以适应新技术的发展,扩展各种新功能,同时能适应计算机技术和信息技术的
快速发展和更新换代。

本文采用 TMS320LF2407作为运动控制器的核心处理器。

TMS320LF2407是TI
公司生产的16位定点DSP,主要针对电动机控制以及实时数据处理。

其主要特点是:采用静态CMOS技术,供电电压为3.3 V,40 MIPS的运行速度。

片内32 K的FLASH程序存储器,544字的双口RAM,2 K的单口RAM。

2个事件管理器模块EVA和EVB,每个模块包括2个16位通用定时器、8个16位PWM 通道、3个捕获单元及 16通道A/D转换器。

此外,TMS320LF2407具有灵活的指令系统、灵活的操作性能、改进的并行结构、高速的运算能力以及很高的性能价格比。

在运动控制器中,DSP主要完成各轴位置速度的PID控制、插补迭代运算以及开关量的输入输出等对实时性要求较高的任务。

其系统结构如图1所示。

图1 PC机+运动控制器型开放式数控系统
2 PCI接口电路
采用PCI总线实现DSP和PC的通讯。

PCI总线是Intel公司1991年提出来的一种能为主CPU以及外设提供高性能数据通信的总线,其局部总线以33 MHz的时钟频率操作,采用32位的数据线和地址线复用结构,数据的最大传送率可达132 M/s。

在实际应用中运动控制器可以通过PCI总线完成与PC机之间的高速实时数据传输,以便实现加工过程的全面监控,及时调整运行参数,使数控机床各轴轨迹实时准确地
按照预定轨迹运动。

2.1 PCI总线与PCI9030接口电路
在本PCI接口设计中采用了PLX公司生产的PCI9030接口协议芯片。

PCI9030符合PCI V2.2规范,其支持32位,33 MHz PCI总线,8/16/32位60 MHz的局域总线,工作电压为3.3 V,并且能够适应3.3 V,5 V使能信号。

因为PCI9030完全符合PCI V2.2规范,所以PCI总线与 PCI9030芯片连接时,将帧周期信号(FRAME#)、主设备准备好信号(IRDY#)、数据奇偶校验错误报告信号
(PERR#)、地址数据复用信号AD[31:0]、总线命令和字节使能信号C/BE[3:0]、从设备准备好信号(TRDY#)、停止数据传送信号(STOP#)、初始化设备选择信号(IDSEL)、设备选择信号(DEVSEL#)、时钟输入信号(CLK)、复位信号(RST#)、奇偶校验信号(PAR)、中断信号(INTA#)等对应连接即可。

PCI9030专用接口芯片的使
用降低了PCI总线接口设计的难度,缩短了开发时间,并且能够获得较好的传输速度,所以在实际工程设计中得到广泛应用。

2.2 PCI9030与TMS320LF2407接口电路
PCI9030与 TMS320LF2407接口电路如图2所示。

其中PCI9030的LAD数据和地址公用总线与TMS320LF2407数据和地址公用总线相连接。

由于
TMS320LF2407的R/ 信号与 PCI9030的W/ 信号极性相反,因此必须通过非门连接。

同时,电路搭接时需要1片EEPROM来给PCI9030内部寄存器提供配置信息,以便PCI9030按预定的方式工作。

另外,PCI9030可以利用PCI总线提供的时钟工作,即PCI9030的LCLK引脚从主板上输出总线时钟给PCI9030使用。

在本设计中采用非复用总线模式,因此MODE引脚需要接地线。

通过PCI9030接口芯片将PC 机发出的命令和程序转换为符合PCI协议规范且使DSP能够接受的局部总线信号。

同时将DSP发送给PC机的信号转换为PC机可以识别接收的符合PCI协议规范
的信号。

图2 接口电路结构图
2.3 EEPROM 与PCI9030接口电路
在本设计中选用的EEPROM是National公司生产的NM93CS66L。

它是1个4 KB的低功耗串行存储器,用来存储PCI9030的配置信息,并在芯片复位时进行加载,从而使运动控制卡具有即插即用的功能。

NM93CS66L时钟信号由PCI9030提供,即NM93CS66L的SK引脚与PCI9030的时钟信号引脚EESK连接,输入数据引脚DI与EEDI引脚连接,输出数据引脚DO与EEDO连接以及片选信号CS与EECS
连接。

连接电路如图3所示。

图3 EEPROM与PCI9030接口电路
3 结语
在设计开放式运动控制器的过程中,使用PCI9030设计了TMS320LF2407与PC 机之间的接口,并具体讨论了PCI9030与PCI总线、EEPROM 、TMS320LF2407之间的硬件电路连接。

通过本硬件电路的设计,能够实现PC机与运动控制器之间的实时高速数据传输。

参考文献
[1]吴剑波,朱世强,罗利佳,等.基于DSP运动控制器的PCI总线设计[J].工业控制计算机,2008(11):13-15.
[2]郑晓峰,方凯,黄迎华.一种基于DSP和FPGA的多轴运动控制卡的设计[J].自动化与仪器仪表,2006(4):18-20.
[3]刘和平,邓力,江渝,等.DSP原理及电机控制应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.。