基于DSP＋ARM架構(gòu)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器設(shè)計

摘要：介紹基于DSP＋ARM架構(gòu)協(xié)議轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)組成及其工作原理，給出了DSP通過EMIF接口與FPGA無縫連接的接口實現(xiàn)，DSP通過HPI接口與ARM高速接口的實現(xiàn)，以及基于ARM的高速以太網(wǎng)接口。簡要介紹了基于嵌入式操作系統(tǒng)；uClinux的網(wǎng)絡(luò)編程，給出了實驗結(jié)果。

　　在測試飛行控制組件時，遙測接收設(shè)各離信息處理中心較遠，而被測數(shù)據(jù)量又極大，如果采用傳統(tǒng)的專線傳輸遙測數(shù)據(jù)，則傳輸時間需幾個小時，無法滿足快速處理的要求。因此，需要研制一種協(xié)議轉(zhuǎn)換器，用來完成被測數(shù)據(jù)無損、實時、遠距離地與遠程上位機進行通信，并能接收上位機的控制指令，實現(xiàn)工作狀態(tài)的遠程交互，而測試人員通過上位機的人機界面就可以完成所有測試。

　　1、系統(tǒng)組成及工作原理

　　考慮到系統(tǒng)實時性和可靠性的要求，選擇以太網(wǎng)口作為協(xié)議轉(zhuǎn)換器與遠程上位機的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)接口、以高速串口作為控制口的通信方式，采用DSP＋ARM架構(gòu)的硬件解決方案。系統(tǒng)框圖如圖1所示。基本工作原理：FPGA作為數(shù)據(jù)預(yù)處理器，完成并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)；DSP讀取FPGA處理后的數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)壓縮；ARM作為中央處理控制器，主要從DSP系統(tǒng)中讀取已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)并通過以太網(wǎng)完成與上位機實時通信的任務(wù)。上位機按照數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、產(chǎn)品的數(shù)據(jù)遙測協(xié)議解調(diào)出各類物理變量，記錄并存儲。

圖1協(xié)議轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)框圖

　　測試人員通過上位機完成工作狀態(tài)的遠程設(shè)置與查詢信息交互的任務(wù)。

　　2、硬件設(shè)計

　　2．1 TMS32OC6416及其外圍電路設(shè)計

　　DSP芯片選用TI公司的TMS320C6416。這是TI公司推出的高速定點DSP，它擁有處理能力強大的CPU、高達1 MB的RAM及豐富的外設(shè)接口。外設(shè)包括為CPU訪問外圍設(shè)備提供無縫接口的靈活的外部存儲器接口EMIFA和EMIFB，一個使得DSP很容易通過PCI接口無縫連接到具有PCI功能的外部主CPU上的PCI接口，一個16／32 bit寬的異步并行接口HPI（和Pal共用相同的引腳），一個提供64 bit數(shù)據(jù)通道訪問的增強型EDMA等。TMS320C6416采用3．3 V和1．4 V電源供電，其中I／O采用3．3 V電源供電，內(nèi)核采用1，4 V電源供電。TMS320C6416有符合IEEE1149，1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG標(biāo)準(zhǔn)測試接口及相應(yīng)的控制器，從而可以通過仿真器把DSP系統(tǒng)與PC機相連，進行在線調(diào)試。

　　2．1．1 DSP與SDRAM、Flash的接口電路

　　DSP處理器TMS320C6416對外有2個EMIF總線接口，分別是寬64 bit的EMIFA和寬16 bit的EMIFB。EMIFA接口具各與8、16、32、64 bit系統(tǒng)接口的功能，EMIFB接口端口支持8 bit和16 bit系統(tǒng)。EMIFA分成ACE0～ACE3四個存儲空間，每個存儲空間可以獨立配置，無縫連接多種類型的存儲器（如SRAM、Flash RAM、DDR RAM）。

　　為了提高系統(tǒng)運行速度，外擴兩片SDRAM芯片作為程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。SDRAM芯片選用同步存儲器MT48LC2M32B2TG，其容量為2 M×32 bit。TMS－320C6416通過EMIFA接口實現(xiàn)與兩片SDRAM芯片的無縫連接。

　　TMS320C64l6內(nèi)部沒有Flash存儲器，為了形成獨立的系統(tǒng)，采用外部擴展Flash存儲器AM29LV400B存儲程序。系統(tǒng)復(fù)位時，從Flash中加載程序。TMS320C6416通過EMIFB接口實現(xiàn)與Flash芯片的無縫連接。

　　2．1．2 DSP與FPGA的接口電路

　　由于DSP處理器TMS320C6416的采樣速度及存儲空間受到自身約束限制，所以數(shù)據(jù)的采集、流向控制和數(shù)據(jù)預(yù)處理等任務(wù)由FPGA完成。FPGA芯片選用Xilinx公司低成本現(xiàn)場可編程門陣列Spartan －3E系列中的XC3S500E。XC3S500E芯片集成有⒛個Block RAM，每個RAM塊中的18 Kbit的模塊存儲器是完全同步、真正的雙端存儲器。用戶可獨立地從每個端口讀出或向每個端口寫人（但同一地址不能同時進行讀和寫）。另外，每個端口都有一個獨立的時鐘，并且對每個端口的數(shù)據(jù)寬度都可以獨立進行配置。