TMS320F28035 基礎知識

　　TMS320F28035 是一款由德州儀器（Texas Instruments, 簡稱 TI）推出的高性能數字信號控制器（Digital Signal Controller, 簡稱 DSC），隸屬于其 C2000 系列微控制器家族。這款芯片專門針對對實時控制、高精度計算和集成度有嚴格要求的應用而設計。它巧妙地將微控制器（MCU）的控制能力與數字信號處理器（DSP）的強大計算能力融合在一起，使得工程師能夠在一個單一芯片上實現復雜的控制算法和信號處理任務，極大地簡化了系統設計、降低了成本并提高了系統性能。

　　1. TMS320F28035 的定位與特點

　　TMS320F28035 在 C2000 系列中屬于 Piccolo 微控制器家族，這個家族的特點是高集成度、低功耗、成本效益高，同時保持了 C2000 系列固有的卓越實時控制性能。Piccolo 系列的設計旨在滿足那些需要高性能控制但又對成本和尺寸敏感的應用需求。

　　其核心特點包括：

　　高性能控制： TMS320F28035 內部集成了高性能的 32 位浮點 CPU（C28x 內核），主頻可達 60 MHz，具備單周期乘法累加（MAC）指令，以及對浮點運算的硬件支持。這使得它能夠高效地執行復雜的控制算法，如磁場定向控制（FOC）、比例積分微分（PID）控制、卡爾曼濾波等。浮點運算能力對于高精度控制系統至關重要，它避免了定點運算中可能出現的精度損失和復雜的比例因子管理。

　　豐富的片上外設： 該芯片集成了種類繁多的高性能外設，這些外設是實現實時控制的關鍵。例如，高分辨率脈寬調制（ePWM）模塊提供了精密的PWM波形生成能力，支持死區控制、事件觸發、可編程輸出等功能，這對于電機控制、電源管理等應用至關重要。增強型正交編碼器脈沖（eQEP）模塊則用于精確測量旋轉位置和速度。模數轉換器（ADC）具有高速、高分辨率的特點，能夠快速準確地采集模擬信號。此外，還有多通道的事件管理器（EVA/EVB）、通用輸入/輸出（GPIO）、串行通信接口（SCI、SPI、I2C）、CAN 總線控制器等，為各種應用場景提供了靈活的連接和控制選項。

　　低功耗設計： Piccolo 系列注重低功耗，TMS320F28035 也不例外。它提供了多種低功耗模式，允許系統在空閑或待機時降低功耗，從而延長電池壽命或減少能源消耗。

　　高集成度： 將 CPU、內存、多種外設以及模擬功能集成在單一芯片上，大大簡化了電路板設計，降低了系統成本和尺寸，并提高了系統的可靠性。

　　C2000 統一開發環境： TMS320F28035 共享 C2000 系列的統一開發工具鏈，包括 Code Composer Studio (CCS) 集成開發環境、C/C++ 編譯器、實時操作系統（RTOS）支持、各種庫函數和例程。這大大縮短了開發周期，降低了學習曲線。

　　安全性與可靠性： 部分型號提供片上閃存錯誤校正碼（ECC）功能，增強了代碼的可靠性。同時，其設計也考慮了工業應用的嚴苛環境要求。

　　2. TMS320F28035 核心架構

　　了解 TMS320F28035 的內部架構對于充分發揮其性能至關重要。

　　2.1 CPU 內核：C28x CPU

　　TMS320F28035 采用增強型 32 位 C28x CPU 內核，這是一款專門為控制應用優化的 RISC（精簡指令集計算機）處理器。

　　高性能與效率： C28x 內核采用流水線架構，支持單周期指令執行。其指令集包含了豐富的算術、邏輯、移位、分支和位操作指令。尤其值得一提的是，它支持硬件浮點運算單元（FPU），可以直接執行單精度浮點運算，無需軟件仿真，這對于需要高精度計算的電機控制、電力電子等應用而言，是性能的關鍵保障。

　　內存訪問： C28x CPU 擁有獨立的數據總線和程序總線（哈佛架構），允許同時進行指令取指和數據訪問，從而提高吞吐量。

　　中斷處理： 擁有快速、可嵌套的中斷機制，能夠對實時事件做出及時響應，這對于工業控制應用至關重要。

　　2.2 內存子系統

　　TMS320F28035 具有混合的片上存儲器，包括閃存（Flash）、SRAM（靜態隨機存取存儲器）和 OTP（一次性可編程）存儲器。

　　閃存（Flash）： 用于存儲程序代碼和常量數據。TMS320F28035 通常內置較大容量的閃存（例如 64KB 或 128KB），支持在線編程（In-System Programming, ISP），方便固件更新。閃存具有非易失性，即使斷電數據也不會丟失。

　　SRAM： 用于存儲程序變量、堆棧和運行時數據。SRAM 讀寫速度快，是 CPU 運行的理想工作區域。TMS320F28035 集成了不同大小的 SRAM 塊，分為 SARAM（單訪問 SRAM）和 DARAM（雙訪問 SRAM）。DARAM 允許 CPU 和 DMA（直接內存訪問）同時訪問，提高數據吞吐量。

　　OTP（One-Time Programmable）ROM： 小容量的一次性可編程存儲器，通常用于存儲安全密鑰、設備序列號或其他需要永久固化的配置信息。

　　引導 ROM（Boot ROM）： 包含了芯片上電后的引導加載程序，支持多種引導模式（如 SCI、SPI、CAN 或并行接口），允許通過外部接口下載程序到閃存中。

　　2.3 外設接口

　　TMS320F28035 的強大之處在于其豐富而靈活的片上外設，它們是實現各種控制功能的基石。

　　增強型脈寬調制（ePWM）模塊： TMS320F28035 具有多個獨立的 ePWM 模塊（例如 6 路 ePWM），每個模塊都能生成高質量的 PWM 波形。這些模塊功能極其強大，支持多種操作模式（如向上計數、向下計數、增減計數）、死區發生器（用于驅動半橋或全橋電路）、事件觸發（用于同步 ADC 轉換）、錯誤保護機制等。它們是電機控制、開關電源、逆變器等應用的核心。

　　模數轉換器（ADC）： 高速 12 位 ADC，通常配置有多個輸入通道（例如 16 路），支持單次轉換、序列轉換、事件觸發轉換等多種模式。其高速采樣能力對于實時反饋控制至關重要，例如電流、電壓的采集。

　　增強型正交編碼器脈沖（eQEP）模塊： 用于接口正交編碼器，精確測量旋轉角度、速度和方向。在伺服控制、機器人等應用中不可或缺。

　　增強型捕捉（eCAP）模塊： 用于精確測量外部事件的時間間隔、脈沖寬度或頻率。常用于測量輸入信號的周期或占空比，或作為通用定時器/計數器。

　　串行通信接口：

　　SCI (UART)： 異步串行通信接口，常用于與上位機或調試終端進行數據交換。

　　SPI： 串行外設接口，高速同步串行通信，常用于與傳感器、EEPROM、LCD等外設進行通信。

　　I2C： 內部集成電路總線，兩線制串行通信，常用于連接低速外設，如傳感器、RTC（實時時鐘）等。

　　CAN： 控制器局域網，廣泛應用于汽車電子和工業自動化領域，提供可靠的多主通信能力。

　　通用輸入/輸出（GPIO）： 大量的可編程 GPIO 引腳，可配置為輸入或輸出，并支持中斷功能。

　　DMA（直接內存訪問）控制器： 允許外設直接訪問內存，無需 CPU 干預，從而減輕 CPU 負擔，提高系統吞吐量。這對于高速數據傳輸（如 ADC 結果到內存）非常有用。

　　看門狗定時器（Watchdog Timer, WDT）： 用于監測程序運行是否正常，防止程序跑飛。如果 WDT 超時，會自動復位系統。

　　定時器： 多個通用定時器，可用于生成延時、計時、或作為其他模塊的時基。

　　2.4 時鐘和電源管理

　　TMS320F28035 具有靈活的時鐘子系統和電源管理功能。

　　時鐘： 內部集成振蕩器，也支持外部晶振輸入。靈活的鎖相環（PLL）允許生成不同的系統時鐘頻率，以適應不同的性能和功耗需求。

　　電源管理： 支持多種低功耗模式，如空閑模式、待機模式等，通過關閉不需要的外設或降低時鐘頻率來降低功耗。

　　3. TMS320F28035 的主要應用領域

　　由于其高性能、高集成度和豐富的實時控制外設，TMS320F28035 廣泛應用于以下領域：

　　電機控制： 這是 TMS320F28035 最核心的應用領域之一。它能夠高效實現各種電機（如直流無刷電機 BLDC、永磁同步電機 PMSM、交流異步電機 ACIM、步進電機等）的精密控制，包括磁場定向控制（FOC）、無傳感器控制、弱磁控制等高級算法。典型應用包括工業伺服驅動、機器人關節控制、電動汽車電機控制器、家電電機（如空調壓縮機、洗衣機電機）等。

　　數字電源管理： 用于開發高性能、高效率的開關電源、充電器、逆變器、UPS（不間斷電源）等。其高速 ADC 和高分辨率 PWM 模塊能夠實現精確的電壓電流環路控制、功率因數校正（PFC）以及多相控制等復雜功能。

　　可再生能源： 太陽能逆變器、風力發電變流器、儲能系統等，利用其強大的控制能力進行最大功率點跟蹤（MPPT）、并網控制和能量管理。

　　工業自動化： 過程控制、PLC（可編程邏輯控制器）、傳感器接口、編碼器接口、工業機器人控制、數控機床等，需要精確的運動控制和實時數據處理。

　　汽車電子： 電動助力轉向（EPS）、車載充電器、車載逆變器、電池管理系統（BMS）等，利用其高可靠性和實時控制能力。

　　家用電器： 高端變頻家電，如變頻空調、變頻冰箱、變頻洗衣機等，實現節能、靜音和更優的性能。

　　醫療設備： 精密醫療泵、診斷設備中的運動控制部分等。

　　4. TMS320F28035 的開發環境與工具

　　德州儀器為 TMS320F28035 提供了全面而強大的開發工具鏈，極大地簡化了開發過程。

　　Code Composer Studio (CCS)： 這是 TI 官方的集成開發環境（IDE），基于 Eclipse 平臺。CCS 提供了代碼編輯、編譯、調試、仿真、項目管理等一整套功能。它集成了 C/C++ 編譯器、匯編器、鏈接器以及調試器。CCS 支持 JTAG 調試接口，可以通過仿真器（如 XDS100、XDS200、XDS560 等）對目標板進行在線調試、代碼下載和實時數據觀察。

　　C2000Ware： 這是 TI 提供的一套全面的軟件開發套件，包含了驅動庫、外設例程、Math Viterbi and Control Law Accelerator (CLA) 庫、Digital Power Library、MotorWare（電機控制庫）等。C2000Ware 大大加速了開發進程，開發者可以直接調用現成的函數和算法，而無需從頭編寫底層代碼。

　　ControlSUITE（舊版）： 雖然 C2000Ware 是最新的推薦軟件開發套件，但 ControlSUITE 在過去也提供了大量的例程、文檔和工具，對于學習和理解 C2000 系列很有幫助。

　　仿真器/調試器：

　　XDS 系列： TI 提供了多款 XDS 系列仿真器，用于通過 JTAG 接口與目標芯片進行通信。XDS110 是一個性價比較高的選擇，XDS200 和 XDS560 更適用于專業開發和高速調試需求。

　　評估板和開發套件： TI 和第三方廠商提供了多種評估板（EVM）和LaunchPad 開發套件，這些板載了 TMS320F28035 芯片及必要的電路，方便開發者快速上手、進行原型開發和功能驗證。例如，F28035 Piccolo Experimenter Kit 就是一個非常受歡迎的入門級套件。

　　DSP/BIOS (SYS/BIOS)： TI 提供的實時操作系統（RTOS），它是一個輕量級、可配置的內核，提供任務調度、任務間通信、中斷管理等服務，有助于開發復雜的、多任務的實時控制應用。

　　MATLAB/Simulink 支持： TI 與 MathWorks 合作，為 C2000 系列提供了強大的模型化設計支持。通過 Simulink Coder 和 Embedded Coder，開發者可以直接從 Simulink 模型生成 C 代碼，并部署到 TMS320F28035 上，極大地提高了開發效率和算法驗證的便捷性。這對于電機控制等復雜算法的開發尤其有利。

　　第三方工具： 還有一些第三方工具和庫，如 JTAG 編程工具、算法庫等，可以進一步擴展開發能力。

　　5. TMS320F28035 編程模型

　　對 TMS320F28035 進行編程主要涉及 C/C++ 語言。由于其是數字信號控制器，一些對性能要求極高的代碼段可能需要使用匯編語言進行優化。

　　C/C++ 語言： 這是最主要的編程語言。TI 提供的 C/C++ 編譯器針對 C2000 系列進行了高度優化，能夠生成高效的機器代碼。

　　頭文件與庫函數： TI 提供了豐富的頭文件（定義了寄存器地址和位域）和庫函數（封裝了外設操作和常用算法）。開發者通過包含這些頭文件并調用相應的庫函數來配置和控制芯片外設。

　　中斷服務例程（ISR）： 實時控制的核心在于對外部事件的快速響應。通過編寫中斷服務例程，可以對特定事件（如 ADC 轉換完成、PWM 周期結束等）進行處理。

　　內存映射： 了解芯片的內存映射至關重要，包括閃存、SRAM、寄存器等的地址范圍，以便正確地分配變量和訪問外設寄存器。

　　優化技巧： 為了充分發揮 TMS320F28035 的性能，通常需要進行代碼優化，例如：

　　利用 C28x 內核的乘法累加（MAC）指令和浮點運算單元。

　　合理使用 DMA 傳輸數據，減少 CPU 負擔。

　　優化中斷響應時間，確保實時性。

　　對關鍵算法部分進行匯編優化（如果需要）。

　　選擇合適的編譯器優化等級。

　　6. TMS320F28035 的優勢總結

　　TMS320F28035 作為一款經典的 C2000 Piccolo 微控制器，其優勢在于：

　　卓越的實時控制性能： 強大的 C28x 浮點 CPU 和豐富的實時外設使其在需要高精度、快速響應的控制應用中表現出色。

　　高集成度與成本效益： 在單芯片上集成了大量資源，降低了系統成本和復雜性。

　　完善的生態系統： TI 提供了全面且持續更新的開發工具、軟件庫和技術支持，極大地簡化了開發工作。

　　低功耗特性： 適用于對能效有要求的應用。

　　成熟可靠： 經過長時間的市場驗證，在工業和汽車等嚴苛環境中表現穩定。

　　7. 學習與進階建議

　　要深入掌握 TMS320F28035，建議您：

　　閱讀官方文檔： 仔細研讀 TI 提供的芯片數據手冊（Datasheet）、技術參考手冊（Technical Reference Manual, TRM）和勘誤表（Errata）。這些是了解芯片內部工作原理和外設配置最權威的資料。

　　實踐是關鍵： 購買一塊 F28035 的評估板或 LaunchPad，從簡單的 LED 閃爍、GPIO 控制開始，逐步深入到 PWM 控制、ADC 采集、串行通信等。

　　利用 C2000Ware/ControlSUITE 例程： 仔細研究 TI 提供的例程代碼，理解其配置方法和編程思路。

　　學習電機控制原理： 如果您的應用涉及電機控制，深入學習電機控制理論（如 FOC）將非常有幫助。

　　社區交流： 參與 TI E2E 社區或相關技術論壇，與其他開發者交流經驗，解決遇到的問題。

　　閱讀相關書籍和論文： 進一步拓寬知識面，了解更高級的控制算法和系統設計方法。