TMS320F28035 基础知识

　　TMS320F28035 是一款由德州仪器（Texas Instruments, 简称 TI）推出的高性能数字信号控制器（Digital Signal Controller, 简称 DSC），隶属于其 C2000 系列微控制器家族。这款芯片专门针对对实时控制、高精度计算和集成度有严格要求的应用而设计。它巧妙地将微控制器（MCU）的控制能力与数字信号处理器（DSP）的强大计算能力融合在一起，使得工程师能够在一个单一芯片上实现复杂的控制算法和信号处理任务，极大地简化了系统设计、降低了成本并提高了系统性能。

　　1. TMS320F28035 的定位与特点

　　TMS320F28035 在 C2000 系列中属于 Piccolo 微控制器家族，这个家族的特点是高集成度、低功耗、成本效益高，同时保持了 C2000 系列固有的卓越实时控制性能。Piccolo 系列的设计旨在满足那些需要高性能控制但又对成本和尺寸敏感的应用需求。

　　其核心特点包括：

　　高性能控制： TMS320F28035 内部集成了高性能的 32 位浮点 CPU（C28x 内核），主频可达 60 MHz，具备单周期乘法累加（MAC）指令，以及对浮点运算的硬件支持。这使得它能够高效地执行复杂的控制算法，如磁场定向控制（FOC）、比例积分微分（PID）控制、卡尔曼滤波等。浮点运算能力对于高精度控制系统至关重要，它避免了定点运算中可能出现的精度损失和复杂的比例因子管理。

　　丰富的片上外设： 该芯片集成了种类繁多的高性能外设，这些外设是实现实时控制的关键。例如，高分辨率脉宽调制（ePWM）模块提供了精密的PWM波形生成能力，支持死区控制、事件触发、可编程输出等功能，这对于电机控制、电源管理等应用至关重要。增强型正交编码器脉冲（eQEP）模块则用于精确测量旋转位置和速度。模数转换器（ADC）具有高速、高分辨率的特点，能够快速准确地采集模拟信号。此外，还有多通道的事件管理器（EVA/EVB）、通用输入/输出（GPIO）、串行通信接口（SCI、SPI、I2C）、CAN 总线控制器等，为各种应用场景提供了灵活的连接和控制选项。

　　低功耗设计： Piccolo 系列注重低功耗，TMS320F28035 也不例外。它提供了多种低功耗模式，允许系统在空闲或待机时降低功耗，从而延长电池寿命或减少能源消耗。

　　高集成度： 将 CPU、内存、多种外设以及模拟功能集成在单一芯片上，大大简化了电路板设计，降低了系统成本和尺寸，并提高了系统的可靠性。

　　C2000 统一开发环境： TMS320F28035 共享 C2000 系列的统一开发工具链，包括 Code Composer Studio (CCS) 集成开发环境、C/C++ 编译器、实时操作系统（RTOS）支持、各种库函数和例程。这大大缩短了开发周期，降低了学习曲线。

　　安全性与可靠性： 部分型号提供片上闪存错误校正码（ECC）功能，增强了代码的可靠性。同时，其设计也考虑了工业应用的严苛环境要求。

　　2. TMS320F28035 核心架构

　　了解 TMS320F28035 的内部架构对于充分发挥其性能至关重要。

　　2.1 CPU 内核：C28x CPU

　　TMS320F28035 采用增强型 32 位 C28x CPU 内核，这是一款专门为控制应用优化的 RISC（精简指令集计算机）处理器。

　　高性能与效率： C28x 内核采用流水线架构，支持单周期指令执行。其指令集包含了丰富的算术、逻辑、移位、分支和位操作指令。尤其值得一提的是，它支持硬件浮点运算单元（FPU），可以直接执行单精度浮点运算，无需软件仿真，这对于需要高精度计算的电机控制、电力电子等应用而言，是性能的关键保障。

　　内存访问： C28x CPU 拥有独立的数据总线和程序总线（哈佛架构），允许同时进行指令取指和数据访问，从而提高吞吐量。

　　中断处理： 拥有快速、可嵌套的中断机制，能够对实时事件做出及时响应，这对于工业控制应用至关重要。

　　2.2 内存子系统

　　TMS320F28035 具有混合的片上存储器，包括闪存（Flash）、SRAM（静态随机存取存储器）和 OTP（一次性可编程）存储器。

　　闪存（Flash）： 用于存储程序代码和常量数据。TMS320F28035 通常内置较大容量的闪存（例如 64KB 或 128KB），支持在线编程（In-System Programming, ISP），方便固件更新。闪存具有非易失性，即使断电数据也不会丢失。

　　SRAM： 用于存储程序变量、堆栈和运行时数据。SRAM 读写速度快，是 CPU 运行的理想工作区域。TMS320F28035 集成了不同大小的 SRAM 块，分为 SARAM（单访问 SRAM）和 DARAM（双访问 SRAM）。DARAM 允许 CPU 和 DMA（直接内存访问）同时访问，提高数据吞吐量。

　　OTP（One-Time Programmable）ROM： 小容量的一次性可编程存储器，通常用于存储安全密钥、设备序列号或其他需要永久固化的配置信息。

　　引导 ROM（Boot ROM）： 包含了芯片上电后的引导加载程序，支持多种引导模式（如 SCI、SPI、CAN 或并行接口），允许通过外部接口下载程序到闪存中。

　　2.3 外设接口

　　TMS320F28035 的强大之处在于其丰富而灵活的片上外设，它们是实现各种控制功能的基石。

　　增强型脉宽调制（ePWM）模块： TMS320F28035 具有多个独立的 ePWM 模块（例如 6 路 ePWM），每个模块都能生成高质量的 PWM 波形。这些模块功能极其强大，支持多种操作模式（如向上计数、向下计数、增减计数）、死区发生器（用于驱动半桥或全桥电路）、事件触发（用于同步 ADC 转换）、错误保护机制等。它们是电机控制、开关电源、逆变器等应用的核心。

　　模数转换器（ADC）： 高速 12 位 ADC，通常配置有多个输入通道（例如 16 路），支持单次转换、序列转换、事件触发转换等多种模式。其高速采样能力对于实时反馈控制至关重要，例如电流、电压的采集。

　　增强型正交编码器脉冲（eQEP）模块： 用于接口正交编码器，精确测量旋转角度、速度和方向。在伺服控制、机器人等应用中不可或缺。

　　增强型捕捉（eCAP）模块： 用于精确测量外部事件的时间间隔、脉冲宽度或频率。常用于测量输入信号的周期或占空比，或作为通用定时器/计数器。

　　串行通信接口：

　　SCI (UART)： 异步串行通信接口，常用于与上位机或调试终端进行数据交换。

　　SPI： 串行外设接口，高速同步串行通信，常用于与传感器、EEPROM、LCD等外设进行通信。

　　I2C： 内部集成电路总线，两线制串行通信，常用于连接低速外设，如传感器、RTC（实时时钟）等。

　　CAN： 控制器局域网，广泛应用于汽车电子和工业自动化领域，提供可靠的多主通信能力。

　　通用输入/输出（GPIO）： 大量的可编程 GPIO 引脚，可配置为输入或输出，并支持中断功能。

　　DMA（直接内存访问）控制器： 允许外设直接访问内存，无需 CPU 干预，从而减轻 CPU 负担，提高系统吞吐量。这对于高速数据传输（如 ADC 结果到内存）非常有用。

　　看门狗定时器（Watchdog Timer, WDT）： 用于监测程序运行是否正常，防止程序跑飞。如果 WDT 超时，会自动复位系统。

　　定时器： 多个通用定时器，可用于生成延时、计时、或作为其他模块的时基。

　　2.4 时钟和电源管理

　　TMS320F28035 具有灵活的时钟子系统和电源管理功能。

　　时钟： 内部集成振荡器，也支持外部晶振输入。灵活的锁相环（PLL）允许生成不同的系统时钟频率，以适应不同的性能和功耗需求。

　　电源管理： 支持多种低功耗模式，如空闲模式、待机模式等，通过关闭不需要的外设或降低时钟频率来降低功耗。

　　3. TMS320F28035 的主要应用领域

　　由于其高性能、高集成度和丰富的实时控制外设，TMS320F28035 广泛应用于以下领域：

　　电机控制： 这是 TMS320F28035 最核心的应用领域之一。它能够高效实现各种电机（如直流无刷电机 BLDC、永磁同步电机 PMSM、交流异步电机 ACIM、步进电机等）的精密控制，包括磁场定向控制（FOC）、无传感器控制、弱磁控制等高级算法。典型应用包括工业伺服驱动、机器人关节控制、电动汽车电机控制器、家电电机（如空调压缩机、洗衣机电机）等。

　　数字电源管理： 用于开发高性能、高效率的开关电源、充电器、逆变器、UPS（不间断电源）等。其高速 ADC 和高分辨率 PWM 模块能够实现精确的电压电流环路控制、功率因数校正（PFC）以及多相控制等复杂功能。

　　可再生能源： 太阳能逆变器、风力发电变流器、储能系统等，利用其强大的控制能力进行最大功率点跟踪（MPPT）、并网控制和能量管理。

　　工业自动化： 过程控制、PLC（可编程逻辑控制器）、传感器接口、编码器接口、工业机器人控制、数控机床等，需要精确的运动控制和实时数据处理。

　　汽车电子： 电动助力转向（EPS）、车载充电器、车载逆变器、电池管理系统（BMS）等，利用其高可靠性和实时控制能力。

　　家用电器： 高端变频家电，如变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等，实现节能、静音和更优的性能。

　　医疗设备： 精密医疗泵、诊断设备中的运动控制部分等。

　　4. TMS320F28035 的开发环境与工具

　　德州仪器为 TMS320F28035 提供了全面而强大的开发工具链，极大地简化了开发过程。

　　Code Composer Studio (CCS)： 这是 TI 官方的集成开发环境（IDE），基于 Eclipse 平台。CCS 提供了代码编辑、编译、调试、仿真、项目管理等一整套功能。它集成了 C/C++ 编译器、汇编器、链接器以及调试器。CCS 支持 JTAG 调试接口，可以通过仿真器（如 XDS100、XDS200、XDS560 等）对目标板进行在线调试、代码下载和实时数据观察。

　　C2000Ware： 这是 TI 提供的一套全面的软件开发套件，包含了驱动库、外设例程、Math Viterbi and Control Law Accelerator (CLA) 库、Digital Power Library、MotorWare（电机控制库）等。C2000Ware 大大加速了开发进程，开发者可以直接调用现成的函数和算法，而无需从头编写底层代码。

　　ControlSUITE（旧版）： 虽然 C2000Ware 是最新的推荐软件开发套件，但 ControlSUITE 在过去也提供了大量的例程、文档和工具，对于学习和理解 C2000 系列很有帮助。

　　仿真器/调试器：

　　XDS 系列： TI 提供了多款 XDS 系列仿真器，用于通过 JTAG 接口与目标芯片进行通信。XDS110 是一个性价比较高的选择，XDS200 和 XDS560 更适用于专业开发和高速调试需求。

　　评估板和开发套件： TI 和第三方厂商提供了多种评估板（EVM）和LaunchPad 开发套件，这些板载了 TMS320F28035 芯片及必要的电路，方便开发者快速上手、进行原型开发和功能验证。例如，F28035 Piccolo Experimenter Kit 就是一个非常受欢迎的入门级套件。

　　DSP/BIOS (SYS/BIOS)： TI 提供的实时操作系统（RTOS），它是一个轻量级、可配置的内核，提供任务调度、任务间通信、中断管理等服务，有助于开发复杂的、多任务的实时控制应用。

　　MATLAB/Simulink 支持： TI 与 MathWorks 合作，为 C2000 系列提供了强大的模型化设计支持。通过 Simulink Coder 和 Embedded Coder，开发者可以直接从 Simulink 模型生成 C 代码，并部署到 TMS320F28035 上，极大地提高了开发效率和算法验证的便捷性。这对于电机控制等复杂算法的开发尤其有利。

　　第三方工具： 还有一些第三方工具和库，如 JTAG 编程工具、算法库等，可以进一步扩展开发能力。

　　5. TMS320F28035 编程模型

　　对 TMS320F28035 进行编程主要涉及 C/C++ 语言。由于其是数字信号控制器，一些对性能要求极高的代码段可能需要使用汇编语言进行优化。

　　C/C++ 语言： 这是最主要的编程语言。TI 提供的 C/C++ 编译器针对 C2000 系列进行了高度优化，能够生成高效的机器代码。

　　头文件与库函数： TI 提供了丰富的头文件（定义了寄存器地址和位域）和库函数（封装了外设操作和常用算法）。开发者通过包含这些头文件并调用相应的库函数来配置和控制芯片外设。

　　中断服务例程（ISR）： 实时控制的核心在于对外部事件的快速响应。通过编写中断服务例程，可以对特定事件（如 ADC 转换完成、PWM 周期结束等）进行处理。

　　内存映射： 了解芯片的内存映射至关重要，包括闪存、SRAM、寄存器等的地址范围，以便正确地分配变量和访问外设寄存器。

　　优化技巧： 为了充分发挥 TMS320F28035 的性能，通常需要进行代码优化，例如：

　　利用 C28x 内核的乘法累加（MAC）指令和浮点运算单元。

　　合理使用 DMA 传输数据，减少 CPU 负担。

　　优化中断响应时间，确保实时性。

　　对关键算法部分进行汇编优化（如果需要）。

　　选择合适的编译器优化等级。

　　6. TMS320F28035 的优势总结

　　TMS320F28035 作为一款经典的 C2000 Piccolo 微控制器，其优势在于：

　　卓越的实时控制性能： 强大的 C28x 浮点 CPU 和丰富的实时外设使其在需要高精度、快速响应的控制应用中表现出色。

　　高集成度与成本效益： 在单芯片上集成了大量资源，降低了系统成本和复杂性。

　　完善的生态系统： TI 提供了全面且持续更新的开发工具、软件库和技术支持，极大地简化了开发工作。

　　低功耗特性： 适用于对能效有要求的应用。

　　成熟可靠： 经过长时间的市场验证，在工业和汽车等严苛环境中表现稳定。

　　7. 学习与进阶建议

　　要深入掌握 TMS320F28035，建议您：

　　阅读官方文档： 仔细研读 TI 提供的芯片数据手册（Datasheet）、技术参考手册（Technical Reference Manual, TRM）和勘误表（Errata）。这些是了解芯片内部工作原理和外设配置最权威的资料。

　　实践是关键： 购买一块 F28035 的评估板或 LaunchPad，从简单的 LED 闪烁、GPIO 控制开始，逐步深入到 PWM 控制、ADC 采集、串行通信等。

　　利用 C2000Ware/ControlSUITE 例程： 仔细研究 TI 提供的例程代码，理解其配置方法和编程思路。

　　学习电机控制原理： 如果您的应用涉及电机控制，深入学习电机控制理论（如 FOC）将非常有帮助。

　　社区交流： 参与 TI E2E 社区或相关技术论坛，与其他开发者交流经验，解决遇到的问题。

　　阅读相关书籍和论文： 进一步拓宽知识面，了解更高级的控制算法和系统设计方法。