基于DSP的開發(fā)/高速處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

數(shù)字信號(hào)處理器（digital signal processor,dsp）集中體現(xiàn)了微電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、 計(jì)算技術(shù)三種學(xué)科，并在短時(shí)間內(nèi)獲得飛速發(fā)展。他可以用于語(yǔ)音處理、圖形圖像處理、高速控制、數(shù)字通信、地震信號(hào)分析、生物醫(yī)學(xué)工程等多種與數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)的領(lǐng)域。由于他能把數(shù)字信號(hào)處理的一些理論和算法實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，并迅速地推廣到應(yīng)用方面，因此得到學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視。開發(fā)dsp硬件和軟件需要有專用的開發(fā)工具。目前在pc機(jī)上實(shí)現(xiàn)d sp的軟硬件開發(fā)，或者pc機(jī)上利用dsp高速處理板加速運(yùn)算，以便實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理和儀器儀表等多種應(yīng)用，已經(jīng)成為工程界的熱門課題。

1　tms320c32的性能和特點(diǎn)

tms320c32是美國(guó)ti公司生產(chǎn)的第三代32位浮點(diǎn)dsp芯片，該產(chǎn)品具有存儲(chǔ)空間大、運(yùn)算精度高等特點(diǎn)。c32不僅提供了簡(jiǎn)捷便利的使用模式和所有32位浮點(diǎn)dsp的良好性能，其系統(tǒng)造價(jià)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于16位的定點(diǎn)dsp。c32與c3x家族擁有相互兼容的目標(biāo)碼，而且與c4x家族的源碼也是相互兼容的，開辟了ti公司低造價(jià)、低成本生產(chǎn)32位浮點(diǎn)dsp芯片的新途徑。tms320c32芯片不同于其他c3x產(chǎn)品的典型特征有：

1)tms320c32中央處理單元cpu。

2)單指令執(zhí)行周期為33 ns，40 ns，50 ns，對(duì)應(yīng)的外部時(shí)鐘周期分別是60 mhz，50 mhz 和40 mhz。

3) 具有2塊容量為256×32 b的雙向存取片上ram。

4)具有上電復(fù)位后自動(dòng)引導(dǎo)程序的功能。

5)1個(gè)串行口、2個(gè)計(jì)時(shí)器、2個(gè)dma控制器、可編程的存儲(chǔ)器接口。

2　基于tms320c32的dsp系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)用模塊式結(jié)構(gòu),硬件由不同類型的插件板組成，能插進(jìn)pc插槽，軟件按功能分成多種軟件包，用戶可根據(jù)自己的要求，用這些軟件組成一個(gè)功能完備的系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3　基于tms320c32的開發(fā)/高速處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

微型計(jì)算機(jī)以其豐富的軟件，可靠的性能及低廉的價(jià)格已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，但是在某些數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中，微型計(jì)算機(jī)顯得速度太慢，不能滿足用戶要求，而一般速度較高的小型機(jī)用于數(shù)字信號(hào)處理又因?yàn)閮r(jià)格較高而不能普及。如果把數(shù)字信號(hào)處理器的高速運(yùn)算能力和微型計(jì)算機(jī)完善的操作系統(tǒng)結(jié)合在一起就能形成一個(gè)既能滿足數(shù)字信號(hào)處理速度上的需要，又能得到一個(gè)可以普及的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。

對(duì)于本開發(fā)/高速處理系統(tǒng)，只要使用隨系統(tǒng)所給的實(shí)時(shí)調(diào)試軟件和開發(fā)板中的eprom芯片，就可以在微型計(jì)算機(jī)上完成tms320c32系統(tǒng)的實(shí)時(shí)軟件調(diào)試和數(shù)字信號(hào)處理方面的實(shí)時(shí)模擬。但是對(duì)于大多數(shù)用戶，在實(shí)時(shí)調(diào)試后還需要形成專用的高速處理系統(tǒng)，所以本系統(tǒng)是在力求實(shí)時(shí)性和實(shí)現(xiàn)用戶專用性設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下完成的，他以tms320c32為數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算核心，以微機(jī)為控制系統(tǒng)，由dsp目標(biāo)板和微機(jī)一起構(gòu)成一個(gè)高速數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。

4　開發(fā)/高速處理系統(tǒng)的基本原理

開發(fā)/高速處理板的原理圖如圖2所示，在這種設(shè)計(jì)方案中，把微型計(jì)算機(jī)和由tms320c32處 理器組成的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)作為一個(gè)并行處理系統(tǒng)，根據(jù)各自的特長(zhǎng)在并行系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著不同的任務(wù)：微型計(jì)算機(jī)主要承擔(dān)文件管理和用戶界面等方面的工作，而數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)則用來(lái)完成系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)處理方面的運(yùn)算。

本開發(fā)/高速處理板采用和微型計(jì)算機(jī)并行處理的設(shè)計(jì)思想，使本系統(tǒng)具有兩個(gè)突出特點(diǎn)：

在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中只需考慮dsp目標(biāo)板與微機(jī)之間的并行通信問(wèn)題，而不需考慮二者之間的控制電路問(wèn)題，從而使得dsp目標(biāo)板的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，減少了元器件、降低了成本。

本開發(fā)/高速處理板是適于脫離微型計(jì)算機(jī)，單獨(dú)供電形成專用的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。

在tms320c32開發(fā)/高速處理系統(tǒng)中，由于具有eprom，可以固化用戶應(yīng)用程序，還有自動(dòng) 復(fù)位電路、模擬接口，所以他可以構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)。當(dāng)開發(fā)/高速處理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)能夠滿足用戶的需要時(shí)，用戶還可以先在微型計(jì)算機(jī)上調(diào)試自己所需要的應(yīng)用程序。由于本系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)調(diào)試軟件，給用戶開發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序提供了很大的方便，當(dāng)用戶把實(shí)時(shí)程序調(diào)試完成后，即可以把程序固化在eprom中，再把單一的+5 v電源加到tms320c32目標(biāo)板上，這個(gè)系統(tǒng)就可以按照用戶的需要進(jìn)行工作了。

dsp目標(biāo)板只占用微型計(jì)算機(jī)的并行打印口。

eprom、sram及命令口占用tms320c32地址內(nèi)存分配如表1所示。

c32口地址分配如表2所示。

5　系統(tǒng)的工作過(guò)程

在硬件設(shè)計(jì)中相關(guān)信號(hào)確定的基礎(chǔ)上，可以確定該系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

微型計(jì)算機(jī)和dsp目標(biāo)板加電之后，tms320c32的信號(hào)為低電平，使tms320c32復(fù)位之后，c3 2檢低電平，其他外部中斷信號(hào)則為高電平，因此c32將從eprom中引導(dǎo)程序(eprom中已固化了實(shí)用的數(shù)字信號(hào)s處理程序)。

c32按照eprom各程序中指定的起始地址開始放置程序，將全部程序引導(dǎo)到指定的地址段并 初始化c32的控制寄存器之后，即跳轉(zhuǎn)到eprom中的第一個(gè)程序開始運(yùn)行。在本系統(tǒng)中，c32將等待和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或接收微型計(jì)算機(jī)命令，微型計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用程序的需要通過(guò)打印口向tms320c32處理系統(tǒng)傳遞待處理的數(shù)據(jù)或接收tms320c32處理系統(tǒng)的處理結(jié)果。

6　開發(fā)/高速處理板形成用戶系統(tǒng)的方法

利用實(shí)時(shí)調(diào)試軟件，用戶可以在微型計(jì)算機(jī)上完成tms320c32系統(tǒng)的實(shí)時(shí)軟件調(diào)試和數(shù)字信號(hào)處理方面的實(shí)時(shí)模擬，并可在軟件調(diào)試生成后形成專用的高速處理系統(tǒng)。對(duì)于用戶系統(tǒng)的形成一般分為2種情況：

1)dsp目標(biāo)板插在微型計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽中，或通過(guò)通訊口與微型計(jì)算機(jī)相連。

這種情況就是把數(shù)字信號(hào)處理的程序調(diào)試好后，形成一個(gè)專用的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，需要完成的任務(wù)有：利用c32的實(shí)時(shí)調(diào)試軟件和c32目標(biāo)板上的目標(biāo)程序，調(diào)試用戶需要的數(shù)字信 號(hào)處理實(shí)時(shí)工作程序，當(dāng)實(shí)時(shí)工作程序已調(diào)試完畢，用戶再根據(jù)自己的需要編制一個(gè)工作軟 件，以便在該應(yīng)用程序中調(diào)用、管理dsp目標(biāo)板，這時(shí)用戶必須做以下幾項(xiàng)工作：

首先調(diào)試tms320c32的實(shí)時(shí)程序。 把調(diào)試好的tms320c32的實(shí)時(shí)程序生成目的碼，燒結(jié)在eprom中。 在微機(jī)上編制通過(guò)打印口和tms320c32交換數(shù)據(jù)的程序。

一般的工作過(guò)程是：微型計(jì)算機(jī)和dsp目標(biāo)板加電之后，tms320c32的信號(hào)為低電平，tms320c32復(fù)位之后，c32將從eprom中引導(dǎo)程序 。引導(dǎo)完成之后即可進(jìn)入到應(yīng)用程序中，等待和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換或接收微型計(jì)算機(jī)命令，微型計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用程序的需要通過(guò)打印口向tms320c32處理系統(tǒng)傳遞待處理的數(shù)據(jù)或接收tms320c32處理系統(tǒng)的處理結(jié)果。

2)開發(fā)/高速處理板脫離微型計(jì)算機(jī)，單獨(dú)供電形成的專用數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。

在本開發(fā)/高速處理系統(tǒng)中，由于具有eprom可固化用戶程序，還有自動(dòng) 復(fù)位電路、模擬接 口電路，因而他是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)。當(dāng)開發(fā)/高速處理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)能滿足用戶的需 要時(shí)，用戶在微型計(jì)算機(jī)上調(diào)試自己所需要的實(shí)時(shí)程序后，就可以將程序固化在eprom中， 把　圖2j　開關(guān)選擇在手動(dòng)或自動(dòng)復(fù)位狀態(tài)，再把單一的+5 v電源加到tms3 20c32開發(fā)板中，這樣就形成了一個(gè)可以按照用戶要求進(jìn)行工作的單獨(dú)供電的數(shù)字信號(hào)處理 系統(tǒng)。