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工业级特性在嵌入式处理中至关重要

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-24  浏览次数:1
核心提示:许多通用信号处理器具有良好的计算性能和基本连接特性,因而能为工业应用所接受。另一方面,有些重要的外设增强功能可以显着改进
许多通用信号处理器具有良好的计算性能和基本连接特性,因而能为工业应用所接受。另一方面,有些重要的外设增强功能可以显着改进处理器的能力,使其适合要求更高的工业系统。本文将就网络和电机控制应用讨论两个增强功能的例子。

以太网接口

对于传统工业应用,以太网控制器可提供基本网络连接。控制器(MAC)与处理器通常位于同一芯片上。它一般与一个外部PHY芯片配合使用,构成完整的接口。

也可以使用外部MAC/PHY芯片,常常将这种芯片直接连到处理器的异步存储器接口。虽然以太网MAC/PHY组合芯片的价格持续下降,已达到几乎与独立PHY芯片相当的程度,但其传输速率无法与集成MAC加外部PHY解决方案相比。这是因为,内部MAC通常与系统DMA通道相连,可以设置为发送或接收数据,与内核处理器的交互极少。内部MAC控制器一般可以实现接近于线路速度的性能,具体取决于协议。

性能的另一个重要方面是实现给定吞吐速率所需的处理器负荷。这是整体性能的一部分,也是内部MAC解决方案与外部MAC解决方案的最大不同之处。

在工业型网络中,以太网可利用网络时间协议(NTP)提供基本系统时间。对于基于NTP的系统,整个受控网络的同步通过“人机接口”时间尺度衡量。虽然该协议适合一般系统定时信息,但它不够精确,不适合许多要求更精密同步的工业控制系统。

为改善精度,业界制定了IEEE1588精密时间协议(PTP)标准,与以太网控制器和网络堆栈配合使用,以利用主时钟同步网络上的“本地”时钟。也就是,各处理或控制节点与驱动系统的主参考时间同步。

通过使整个工业网络保持精密定时关系,时间事件便可以同步到亚毫秒水平。时间事件包括模拟/数字转换器何时采样,何时驱动数字/模拟转换器,以及何时激活I/O线路以执行系统控制等。

IEEE1588PTP要求交换特定数据包,以便从两个节点提供时间信息。这些数据包用于计算各节点时钟之间的时间和频率差。此外,该协议提供一种连续调整时钟的途径,使各时钟保持同步。

IEEE1588PTP协议既可以完全通过软件实现,也可以通过硬件与软件的组合实现。基于硬件的解决方案可提供最佳精度,因而节点之间可实现最佳同步。采用硬件解决方案时,数据包的时间戳可以尽可能靠近它与PHY的交互点。这样,节点之间的抖动更低。

PWM单元

微处理器和DSP的一个标准外设是通用定时器,它基于芯片内部或外部的一个或多个时钟参考提供标准定时器功能。在引脚接口上,它也可提供宽度捕捉或脉冲计数功能,以及单端脉冲宽度调制(PWM)输出波形。这些PWM输出通常具有可编程脉冲宽度和周期,可以用在许多任务业控制应用中,包括直流电平产生和抗噪模拟信号传输(利用适当的低通滤波)。

然而,为使其真正能够用于交流电机控制,需要从几个方面对基本PWM功能进行升级。图1显示了电机控制示意框图,其中来自处理器的PWM输出以差分方式驱动高端和低端电源器件,从而调节电机的扭矩和速度。ADC用于向处理器提供电流测量反馈,这样就可以在具有时序紧密的闭环系统中管理PWM占空比,以便控制电机。

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