以DSP器件為核心的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)分析

嵌入式系統(tǒng)的目的是提供一個以多任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)為信心,易于開發(fā)的復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)。從數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)的角度看,嵌入式系統(tǒng)已成為現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù),已成為現(xiàn)代工控領(lǐng)域的基本技術(shù)。

使用嵌入式系統(tǒng)技術(shù),不僅可以實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的優(yōu)化集成,更主要的是提供了使用“數(shù)字基因技術(shù)”的基本工具。從計(jì)算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的角度看,嵌入式系統(tǒng)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)時代的到來,標(biāo)志著計(jì)算機(jī)應(yīng)用進(jìn)入了“通用元素”化和“數(shù)字基因”化發(fā)展的新階段,因此,嵌入式系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用具有里程碑的意義。

本文將討論DSP內(nèi)核嵌入式系統(tǒng)或芯片的基本技術(shù)特征,以及這種嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)。

以DSP為核心的嵌入式系統(tǒng)

　　嵌入式系統(tǒng)實(shí)際上就是一個集成化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域還對嵌入式系統(tǒng)提出了網(wǎng)絡(luò)化功能,這就促使嵌入式系統(tǒng)向著更高的集成化方向發(fā)展。

　　嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展,主要體現(xiàn)在芯片技術(shù)的進(jìn)步,以及芯片技術(shù)限制下的算法與軟件的進(jìn)步上。對于嵌入式系統(tǒng)來說,核心是具有數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)管理能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),因此,只要是以處理器系統(tǒng)為核心的器件,都可以形成嵌入式系統(tǒng)。這就是說,使用具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能的DSP器件也可以組成一個嵌入式系統(tǒng),并且可以充分發(fā)揮DSP器件在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢,改善嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時操作特性。

　　所謂DSP嵌入式系統(tǒng),實(shí)際上就是把DSP系統(tǒng)嵌入到應(yīng)用電子系統(tǒng)中的一種通用系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有DSP系統(tǒng)的所有技術(shù)特征,同時還具有應(yīng)用目標(biāo)所需要的技術(shù)特征。DSP嵌入式系統(tǒng)不再是一個專用的DSP系統(tǒng),而是一個完整的、具有多任務(wù)和實(shí)時操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),以這個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基本,可以十分方便地開發(fā)出用戶所需要的應(yīng)用系統(tǒng)。

DSP器件特點(diǎn)

　　DSP器件是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器,其主要應(yīng)用是實(shí)時快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號算法處理。按數(shù)據(jù)格式劃分,DSP器件可以分為定點(diǎn)和浮點(diǎn)兩種。

DSP芯片具有如下主要技術(shù)特性：

1)硬件上采用多總線哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu),提高了數(shù)據(jù)的處理能力和速度。

2)指令執(zhí)行采用流水作業(yè)（pipeline）,具有較高的指令執(zhí)行速度。

3)采用獨(dú)立的硬件乘法/加法器（MAC）,極大地提高了數(shù)據(jù)處理速度。

4)設(shè)置有循環(huán)尋址（Circular addressing）、位倒序（bit-reversed）等特殊指令,有處于實(shí)現(xiàn)高健壯性的實(shí)時系統(tǒng)。

5）內(nèi)部具有獨(dú)立的DMA總線控制器,通過DSP器件中一組或多組獨(dú)立的DMA總線,可以實(shí)現(xiàn)程序執(zhí)行與數(shù)據(jù)傳輸并行工作。目前,在不影響CPU工作的條件下,片內(nèi)DMA速度已達(dá)1600Mbyte/s以上。

6）提供了多處理器接口,可以十分方便地實(shí)現(xiàn)多個處理器并行或串行工作,不僅可以提高數(shù)據(jù)處理速度,還為使用嵌入式子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大型和復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

7）提供了JTAG（Joint Test Action Group）標(biāo)準(zhǔn)測試接口（IEEE 1149標(biāo)準(zhǔn)接口）,便于DSP作片上的在仿真和多DSP條件下的調(diào)試。

　　由于DSP器件的上述技術(shù)特性,使得以DSP器件為核心的DSP系統(tǒng)具有如下幾個主要技術(shù)特點(diǎn)：

1）數(shù)據(jù)處理速度快,具有良好的可編程實(shí)時特性。

2）硬件軟件接口方便,可以十分方便地與其它數(shù)字系統(tǒng)或設(shè)備相互兼容。

3）開發(fā)方便,可以靈活地通過軟件對系統(tǒng)的特性和應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)行修改和升級。

4）具有良好的系統(tǒng)健壯性,受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小、可靠性高。

5）易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成或使用SOC技術(shù),可以提供高度的規(guī)范性。

　　以DSP器件為核心的嵌入式系統(tǒng)基本硬件結(jié)構(gòu)

　　典型的DSP嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

　　在圖1中,網(wǎng)絡(luò)通信接口不僅提供了DSP嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信硬支持,同時也提供了通過網(wǎng)絡(luò)開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)條件。在DSP嵌入式系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)接口具有十分重要的作用,同時由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,要求嵌入式系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)接口必須能滿足不同開發(fā)系統(tǒng)的要求,因此除了包含IEEE1394-2（USB火線）外,還應(yīng)當(dāng)包含有傳統(tǒng)的RS232和IEEE488接口,以及以太網(wǎng)接口和相應(yīng)的TCP/IP協(xié)議。

　　從圖1可以看出,如果不考慮用戶應(yīng)用電路,則DSP嵌入式系統(tǒng)就可以形成一個獨(dú)立的通用高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),這個高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不僅具有數(shù)據(jù)處理、可編程開發(fā)和多DSP并行應(yīng)用的特點(diǎn),還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能,可以完全滿足信息網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求。

　　圖2是一個DSP嵌入式系統(tǒng)和PLC形成的工業(yè)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。從圖2可以看出,如果DSP嵌入式系統(tǒng)的資源不能滿足系統(tǒng)要求時,可以采用附加DSP系統(tǒng)或增加一個完整的DSP嵌入式系統(tǒng)的方法加以解決,而不需要從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行大的改動。