【文章內(nèi)容簡介】 儲方式；連接方式為高速串行接口（SPI）總線方式，且具有SPI方式0和3兩種方式；總線頻率高達5MHz； 硬件上可直接取代E；具有先進的寫保護設計，包括硬件保護和軟件保護雙重保護功能；低功耗，待機電流僅為10μA；采用單電源+5V供電；工業(yè)溫度范圍：40℃至+85℃； 采用8腳SOP 或DIP封裝形式。基于以上特點， FRAM存儲器非常適用于非易失性且需要頻繁快速存儲數(shù)據(jù)的場合。其應用范圍包括對寫周期時序有嚴格要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和使用EEPROM時由于其寫周期長而可能會引起數(shù)據(jù)丟失的工業(yè)控制等領域。FRAM存儲器說明：(1) 早期的FRAM讀/寫速度不一樣，寫入時間更長一些，在使用上要注意。近期的FRAM讀/寫速度是一樣的。例如，上述FM1808的一次讀/寫時間為70 ns。一般地，一次讀/寫的時間短，而連續(xù)的讀/寫周期要長一些。例如，Ramtron公司新近推出的128 K8 bit的FRAM芯片F(xiàn)M20L08的一次讀/寫時間為60ns，而其連續(xù)的讀/寫周期為150 ns。這對多數(shù)工控機來說還是可以滿足要求的。(2) FRAM在功耗、寫入速度等許多方面都遠遠優(yōu)于EPROM或EEPROM。這里特別提出的是寫入次數(shù)，F(xiàn)RAM比EPROM或EEPROM要大得多。EPROM的寫入次數(shù)在萬次左右，而EEPROM的寫入次數(shù)一般為1萬～10萬次，個別芯片能達到100萬次。早期的FRAM的寫入次數(shù)為幾百億次，而目前的芯片可達萬億次甚至是無限多次。(3) 在FRAM家族中，除了上述并行的FRAM芯片外，還有串行FRAM芯片。與串行EEPROM一樣，串行FRAM只能用作外存。顯然，利用串行FRAM可以構(gòu)成IC卡。圖10 FM25C160引腳圖FRAM存儲器的指令集：以FM25C160為例，如圖10所示，其SPI協(xié)議有操作指令來控制。FM25C160引腳功能如表2所示。當片選信號有效時（/CS=0） ，對FM25C160 操作的第一個字節(jié)為命令字，緊接其后的是 11 位有效地址和傳送數(shù)據(jù)。FM25C160 操作指令集共有6條指令，可分為3類：第一類為指令后不接任何操作數(shù)，該類指令用于完成某一特定功能。包括WREN 和WRDI；第二類為指令之后接一個字節(jié)，這類指令可用來完成對狀態(tài)寄存器的操作。包括RDSR和WRSR；第三類是對存儲器進行讀寫操作的指令， 該類指令之后緊接著的是存儲器地址和一個或多個地址數(shù)據(jù)。包括READ和WRITE。所有的指令，地址與數(shù)據(jù)都是以MSB（最高有效位）在前的方式傳送。表2 FM25C16引腳定義引腳號引腳名稱I/O功能1/CSI片選2SOO串行數(shù)據(jù)輸出3/WPI寫保護輸入4VSSI接地端5SII串行數(shù)據(jù)輸入6SCKI串行時鐘輸入7/HOLDICPU暫時中斷對FM25C16的操作8VCCI+5V電源FRAM存儲器的典型應用：FRAM技術的多功能性滿足多種不同的應用。很明顯，更高的讀寫次數(shù)和更快的讀寫速度使得FRAM在可多次編程應用中比EEPROM性能更加優(yōu)越。 其應用主要包括：數(shù)據(jù)采集和記錄，存儲配置參數(shù)(Configuration/Setting Data)，非易失性緩沖(buffer)記憶和SRAM的取代和擴展等。 I/O接口電路I/O(Input/Output)接口電路分為I/O設備和I/O接口兩個部分，在POSIX兼容的系統(tǒng)上，例如Linux系統(tǒng)，I/O操作可以有多種方式，比如DIO、AIO，不同的I/O方式有不同的方式和性能，在不同的應用中可以按情況選擇不同的I/O方式。輸入輸出I/O流可以看成對字節(jié)或者包裝后的字節(jié)的讀取就是拿出來放進去雙路切換；實現(xiàn)聯(lián)動控制系統(tǒng)的弱電線路與被控設備的強電線路之間的轉(zhuǎn)接、隔離，以防止強電竄入系統(tǒng)，保障系統(tǒng)的安全；與專線控制盤連接，用于控制重要設備；插拔式結(jié)構(gòu)，可像安裝探測器一樣先將底座安裝在墻上，布線后工程調(diào)試前再將切換模塊插入底座，易于施工和維護。I/O接口的工作流程：預讀是指采用預讀算法在沒有系統(tǒng)的I/O請求的時候事先將數(shù)據(jù)從磁盤中讀入到緩存中，然后在系統(tǒng)發(fā)出讀I/O請求的時候，就會實現(xiàn)去檢查看看緩存里面是否存在要讀取的數(shù)據(jù)，如果存在(即命中)的話就直接將結(jié)果返回，這時候的磁盤不再需要尋址、旋轉(zhuǎn)等待、讀取數(shù)據(jù)這一序列的操作了，這樣是能節(jié)省很多時間的。如果沒有命中則再發(fā)出真正的讀取磁盤的命令去取所需要的數(shù)據(jù)。緩存的命中率跟緩存的大小有很大的關系，理論上是緩存越大的話，所能緩存的數(shù)據(jù)也就越多，這樣命中率也自然越高，當然緩存不可能太大，畢竟成本在那兒呢。如果一個容量很大的存儲系統(tǒng)配備了一個很小的讀緩存的話，這時候問題會比較大的，因為緩存的數(shù)據(jù)量非常小，相比整個存儲系統(tǒng)來說比例非常低，這樣隨機讀取(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的大多數(shù)情況)的時候命中率也自然就很低，這樣的緩存不但不能提高效率(因為絕大部分讀IO都還要讀取磁盤)，反而會因為每次去匹配緩存而浪費時間。執(zhí)行讀I/O操作是讀取數(shù)據(jù)存在于緩存中的數(shù)量與全部要讀取數(shù)據(jù)的比值稱為緩存命中率(Read Cache Hit Radio)，假設一個存儲系統(tǒng)在不使用緩存的情況下隨機I/O讀取能達到150IOPS，而它的緩存能提供10%的緩存命中率的話，那么實際上它的IOPS可以達到150/(110%)=166。回寫：用于寫功能的那部分緩存被稱為寫緩存(Write Cache)。在一套寫緩存打開的存儲中，操作系統(tǒng)所發(fā)出的一系列寫IO命令并不會被挨個執(zhí)行，這些寫IO的命令會先寫入緩存中，然后再一次性的將緩存中的修改推到磁盤中，這就相當于將那些相同的多個IO合并成一個，多個連續(xù)操作的小IO合并成一個大的IO，還有就是將多個隨機的寫IO變成一組連續(xù)的寫IO，這樣就能減少磁盤尋址等操作所消耗的時間，大大的提高磁盤寫入的效率。讀緩存雖然對效率提高是很明顯的，但是它所帶來的問題也比較嚴重，因為緩存和普通內(nèi)存一樣，掉點以后數(shù)據(jù)會全部丟失，當操作系統(tǒng)發(fā)出的寫IO命令寫入到緩存中后即被認為是寫入成功，而實際上數(shù)據(jù)是沒有被真正寫入磁盤的，此時如果掉電，緩存中的數(shù)據(jù)就會永遠的丟失了，這個對應用來說是災難性的，目前解決這個問題最好的方法就是給緩存配備電池了，保證存儲掉電之后緩存數(shù)據(jù)能如數(shù)保存下來。和讀一樣，寫緩存也存在一個寫緩存命中率(Write Cache Hit Radio)，不過和讀緩存命中情況不一樣的是，盡管緩存命中，也不能將實際的I/O操作免掉，只是被合并了而已?？刂破骶彺婧痛疟P緩存除了上面的作用之外還承當其他的作用，比如磁盤緩存有保存IO命令隊列的功能，單個的磁盤一次只能處理一個I/O命令，但卻能接收多個IO命令，這些進入到磁盤而未被處理的命令就保存在緩存中的I/O隊列中。如圖11所示，I/O接口電路有輸入輸出兩個部分，輸入接口由PC1~PC8的光耦組和與之相連的電阻組成,主要用于信號采集；而輸出部分由U7和與之相連的電阻組成用于角度信號輸出。圖11 I/O接口電路 編碼器輸入輸出接口編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，電刷接觸導電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。編碼器的工作原理及作用：它是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串數(shù)字脈沖信號的旋轉(zhuǎn)式傳感器，這些脈沖能用來控制角位移，如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結(jié)合在一起，也可用于測量直線位移。編碼器一般分為增量型與絕對型，它們存著最大的區(qū)別：在增量編碼器的情況下，位置是從零位標記開始計算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的；　因此，當電源斷開時，絕對型編碼器并不與實際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當前的，有效的；不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標記。編碼器一般分為增量型與絕對型，它們存著最大的區(qū)別：在增量編碼器的情況下，位置是從零位標記開始計算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的；　因此，當電源斷開時，絕對型編碼器并不與實際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當前的，有效的；　不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標記。絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。由于絕對編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應用于工控定位中。絕對型編碼器因其高精度，輸出位數(shù)較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號必須確保連接很好，對于較復雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，絕對編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出。而本設計中也選擇絕對型編碼器，絕對型編碼器在此更能準確記錄角度變化。本編碼器輸入輸出接口如圖12所示，PC13~PC15和U9組成輸入接口，接受編碼器輸出的信號；U10和與之相連的電阻組成輸出電路，用于編碼器的輸出信號。圖12 編碼器輸入輸出口圖4軟件設計參見圖13，本設計數(shù)字信號處理器中的軟件程序由初始化模塊、主程序、斷電中斷、1ms中斷、50us中斷5部分組成。程序初始化模塊主要硬件初始化、人機界面模塊。1ms中斷用于掃描較低指示燈、數(shù)碼管及按鍵。50us中斷執(zhí)行控制處理，由電子凸輪、生產(chǎn)計數(shù)、上四點停機處理、測速、輸入輸出處理、第二角度處理幾個模塊組成。開始是是否否端口初始化定時器初始化曲線選擇啟動鍵是否按下曲線程序停止鍵是否按下停止圖13 主程序流程圖如圖14所示初始化模塊程序執(zhí)行時，先進行系統(tǒng)初始化，主要初始化DSP的時鐘鎖相環(huán)、看門狗、片內(nèi)位設時鐘初始化等；然后，立即初始化DSP和SPIA外設，接著程序通過SPIA復位外部芯片74HC595，刷新面板角度指示燈和數(shù)碼管；接著程序初始化DSP的輸入引腳，按照設計要求，將一些腳配置成輸入口，一些配置成輸出口，還有部分引腳配置成片內(nèi)外設的輸入輸出口；隨后程序初始化片內(nèi)外設的中斷擴展