基于DSP的激光跟踪仪数据通信及处理模块设计

摘  要： 以DSP TMS320F28335为核心设计了数据通信及处理模块。该模块采用硬件协议栈芯片W5300实现与上位机的TCP/IP通信，同时利用双口RAM实现与电控系统主控板的数据通信，与主控板通信的实时性由同步时钟触发外部中断的方式实现。根据误差补偿算法，该模块可实现对激光跟踪测量系统所测量的大气参数、激光干涉测距、激光绝对测距、方位角和俯仰角信息的误差补偿。
关键词： 激光跟踪仪；TMS320F28335；W5300；双口RAM
   　便携式、多功能精密激光跟踪测量系统可用于超大尺寸空间几何测量，它具有测量功能多(三维坐标、尺寸、形状、位置)、测量精度高(±5 μm/m)、测量速度快(动态测量、采点速率>1 000点/s)、量程大(半径35 m)、可现场测量(便携)等特点。测量效率比传统的大型CMM、经纬仪测量系统和摄影测量系统等提高数倍[1]。
　数据通信及处理模块属于激光跟踪仪电控系统，电控系统的作用是系统数据交换和实时控制。
本文主要介绍激光跟踪仪电控箱中数据通信及处理模块的设计。选用TI公司的浮点型DSP TMS320F28335(以下简称F28335)做主控芯片，硬件协议栈芯片W5300用于实现TCP/IP通信。
1 模块功能及总体设计
　数据通信及处理模块是电控系统的重要组成部分，完成数据通信、误差补偿及断光续接等功能。数据通信包括与上位机的TCP/IP通信以及与电控系统主控板的数据通信。图1为数据通信及处理模块的功能示意图。
激光跟踪仪数据通信及处理模块的组成结构如图2所示。模块主要由F28335及其附属电路、TCP/IP通信模块以及与主控计算机接口电路组成。F28335作为主控芯片控制W5300与上位机的TCP/IP通信；与主控板的数据交换是利用双口RAM实现存储器共享；外扩SRAM用于数据缓存；EEPROM保存误差补偿参数，在程序运行过程中可对其进行读出和修改操作。
   
   
   2 模块实现
2.1 TCP/IP通信的实现
2.1.1 W5300简介
　W5300是WIZnet公司开发的具有内部硬件协议栈的网络接口芯片，利用该芯片可大大减小硬件接口设计和网络编程的工作量，实现可靠稳定运行的远程数据通信系统，可广泛应用于各种安全检测、电力系统的测量监控、音视频传输、远程信息传输等领域[2]。本项目选用WIZnet公司的TCP/IP硬件协议栈芯片W5300实现TCP/IP通信功能。
　W5300的以下特点使其易于实现与Internet连接[3]：
　(1)W5300内部集成10/100 M以太网控制器、MAC和TCP/IP协议栈；
　(2)W5300使用方便、稳定可靠，广泛应用于高性能、低成本的Internet嵌入式领域；
　(3)W5300与主机(MCU)采用总线接口，通过直接访问方式或间接访问方式，W5300可以很容易地与主机接口，就像访问SRAM存储器；
　(4)W5300的通信数据可以通过每个端口的TX/RX FIFO寄存器访问。
2.1.2 W5300硬件设计
　将W5300配置为16 bit数据总线宽度，选择内部以太网PHY，选择以太网自动握手模式。W5300与主机接口模式采用直接地址模式。F28335与W5300之间连线有16 bit的数据线和10 bit地址线，以及/WR、/RD、/CS、 /INT、/RST控制线。初始化硬件时，W5300的各个寄存器和地址映射到F28335的zone6区。TMS320F28335与W5300的硬件接口如图3所示。