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處理器/DSP  

採用DSP控制器的四種誤解

上網時間: 2004年06月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:DSP  控制器  馬達控制  家用電器  伺服驅動器 

馬達控制設計人員近來在家用電器產品與伺服驅動器等各種應用中的發展都遇到了障礙,必須在控制器性能或昂貴的價格之間進行選擇。大多數馬達控制應用本身成本較低。獲得市場接受的必需條件之一就是產品價格要有吸引力,這就意味著必須選擇能夠實現工作目的、從事其他作用有限的最廉價控制器。採用DSP的智慧控制器正在改變這種情況,僵局被打破了,採用DSP的新型控制器在相當適中的價格上達到了性能顯著提高的成效。

如電壓赫茲常量以及六步通訊(six step commutation)等簡單的控制演算法難以實現高效率與最佳化機身大小所需的性能。採用DSP的智慧控制器在兩項部分中改變了上述情況。

首先,其添加了計數能力。這使得設計人員能夠實施性能更高的控制演算法,如磁場定向控制;其次,運算強度更高的演算法還使設計人員能夠使用更高效的馬達。舉例來說,我們可用永磁馬達替代AC感應馬達,這就進一步提高了效率與動態性能。

當然,性能也有助於設計人員去除機械組件,採用適當的馬達大小,並在控制器上整合更多功能,因而最佳化其系統成本。能夠整合諸如速度、定位、轉矩斷面生成(torque profile generation)、功率因素校正等更多功能的能力使設計人員能夠以更低的成本做更多的事情。

運算強度較大的向量控制等先進技術的所謂「問題」在於乘法與累加(MAC)運算佔據了演算法的絕大部份。標準的8、16或32位元微控制器不能處理上述運算,因為缺少適當的匯流排架構來實現數學效率。最終,也就意味著我們必須將設計從根本上進行改變,不是轉變到DSP,而是發展到採用DSP的32位元控制器。

人們對採用DSP控制器有許多常見的誤解,這絲毫不足為奇,例如:

  • DSP控制器不具備馬達控制週邊設備;

  • 代碼密度問題使基於DSP的32位元系統難以讓人接受;

  • DSP可能較適合控制演算法,但卻不能很好地處理其他控制任務;

  • DSP軟體很困難,設計人員必須忍受無法即時操作系統與良好的工具支援之苦。

接下來,我們不妨來討論一下上述的誤解。

週邊設備整合

在提到重載(heavy-duty)數位訊號處理時,馬達控制工程師腦袋裡最先出現的想法可能就是善於進行數位運算工作的DSP控制器了,但是如何處理通用整合的週邊設備功能呢?

今天的馬達控制DSP就馬達控制應用進行了最佳化,片上整合脈寬調製器(PWM)、編碼器介面、通訊埠以及類比數位轉換器(ADC)等功能。其還包括了大量的快閃記憶體和RAM,這就消除了對外部記憶體設備的需求。

代碼密度

事實上,傳統的32位元微控制器架構在代碼密度上有內在的弱點,這對記憶體容量有限的低成本應用而言是關鍵性問題。

而新型32位元DSP架構採用經過認真選擇的16位元與32位元指令混合,實現了最佳的代碼密度。僅在需要時才使用32位元指令。

以控制為導向的架構

最佳的32位元DSP控制器具有原子讀取-修改-寫入指令等功能,可簡化編程,其中斷等待時間也較短,不足100ns,因而實現了響應性超強的CPU。

軟體支援

DSP組合程式已發展到了幾乎很少要求編寫組合語言代碼的等級。此外,演算法開發也變得簡單得多。例如,德州儀器(TI)提供了龐大的常用演算法庫,可立即執行在其處理器上,還有BIOS,一種專為DSP最佳化的即時作業系統。

如果需要定制演算法,我們也會提供協助。為了製作自己的演算法,工程師可利用IQMath工具,該工具能夠簡化定點運算的數學函數開發。

作者:Kedar Godbole


德州儀器公司馬達控制策劃師





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