ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ及其在寬帶恒定束寬波束形成器中的應(yīng)用

摘要：介紹了ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列微處理芯片的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及其開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)過(guò)程，并給出了ＴＭＳ３２０Ｆ２０６在寬帶恒定束寬波束形成器中的應(yīng)用實(shí)例。該芯片具有２５ｎｓ的指令周期、３２ｋｗ的片內(nèi)高速Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ及與ＩＥＥＥ標(biāo)準(zhǔn)１１４９．１兼容的邏輯掃描電路，從而使系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)非常方便，加之其豐富的片內(nèi)資源和高的性價(jià)比，使其具有很好的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理 波束形成 ＪＴＡＧ 邏輯掃描電路

自１９８４年我國(guó)引進(jìn)國(guó)外數(shù)字信號(hào)處理器件以來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在諸多領(lǐng)域得到了推廣和應(yīng)用，并取得了可喜的成果。特別是美國(guó)ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０系列產(chǎn)品，擁有廣大的用戶群并在其應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。為了進(jìn)一步滿足ＤＳＰ應(yīng)用的需要，ＴＩ公司新近推出了ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列產(chǎn)品。與ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ系列相比，其在速度、片內(nèi)資源和性價(jià)比等方面均有了很大提高，速度提高了２～４倍，而價(jià)格卻下降了一半還多，而且片內(nèi)資源更加豐富，開(kāi)發(fā)環(huán)境更加便利。其指令系統(tǒng)的功能得到了加強(qiáng)且與之兼容，使ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ豐富的技術(shù)支持得以繼承，能非常容易地升級(jí)到ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ?？梢哉雇?，ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列必將取代ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ系列，并得到推廣和應(yīng)用。

本文作者結(jié)合具體課題，將ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列產(chǎn)品中的ＴＭＳ３２０Ｆ２０６微處理芯片應(yīng)用于寬帶恒定束寬波束形成器。由于ＴＭＳ３２０Ｆ２０６豐富的片內(nèi)資源、良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠、調(diào)試方便；通過(guò)ＪＴＡＧ接口在線仿真，軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試快捷；所構(gòu)成的系統(tǒng)功能強(qiáng)、速度快、易于調(diào)試、便于擴(kuò)展、運(yùn)行可靠穩(wěn)定。

１ ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ簡(jiǎn)介

ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的三大主要特點(diǎn)之一是采用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)具有相互獨(dú)立的六條總線（三條內(nèi)部地址總線：ＰＡＢ、ＤＲＡＢ、ＤＷＡＢ；三條內(nèi)部數(shù)據(jù)總線：ＰＲＤＢ、ＤＲＤＢ、ＤＷＥＢ），不僅使程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)相互獨(dú)立，且使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀和寫(xiě)也相互獨(dú)立并能同時(shí)執(zhí)行，從而極大地優(yōu)化了運(yùn)算處理能力。圖１是ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的總線結(jié)構(gòu)圖。

ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的特點(diǎn)之二是片內(nèi)資源更加豐富。這個(gè)系列有四個(gè)產(chǎn)品，為了滿足不同應(yīng)用的需求，其片內(nèi)資源也有所不同。表１列出了這四種產(chǎn)品片內(nèi)主要資源情況及其與ＴＭＳ３２０Ｃ２５的比較。

ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的特點(diǎn)之三就是片內(nèi)具有邏輯掃描電路，該電路與ＩＥＥＥ標(biāo)準(zhǔn)１１４９．１兼容，并通過(guò)八個(gè)專門(mén)引腳與外部１４引腳的ＪＴＡＧ接口相連。通過(guò)ＪＴＡＧ接口可完成以下工作：（１）可對(duì)芯片引腳進(jìn)行測(cè)試；（２）可對(duì)外部Ｄａｔａ空間及Ｉ／Ｏ空間進(jìn)行檢測(cè)；（３）可對(duì)芯片內(nèi)部Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ進(jìn)行編程；（４）可對(duì)片內(nèi)片外ＲＡＭ加載數(shù)據(jù)；（５）可進(jìn)行在線運(yùn)行仿真。以上特點(diǎn)給硬件的調(diào)試及軟件的開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大便利。
ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ共有８５條指令，不僅涵蓋了ＴＭＳ３２０Ｃ２５的１３３條指令的全部功能，且指令的功能得到了增強(qiáng)，內(nèi)容也有所增加。

表1 TMS320C2XX片內(nèi)主要資源列表

２ ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的開(kāi)發(fā)

ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的開(kāi)發(fā)與ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ的開(kāi)發(fā)過(guò)程很類似，其方便之處在于可通過(guò)ＪＴＡＧ接口對(duì)硬件電路進(jìn)行在線測(cè)試及對(duì)軟件進(jìn)行在線運(yùn)行仿真。其軟件的開(kāi)發(fā)流程如圖２所示。

這里需要編輯的文件有兩種：一是應(yīng)用系統(tǒng)需要的源文件（*．ＡＳＭ）；二是對(duì)源代碼進(jìn)行定位的命令文件（*．ＣＭＤ），在編寫(xiě)源程序文件時(shí)要區(qū)別符號(hào)的大小寫(xiě)。

由匯編器將匯編源程序匯編生成的ＯＢＪ文件是通用的目標(biāo)文件格式（即ＣＯＦＦ文件），有關(guān)說(shuō)明請(qǐng)參考《ＴＭＳ３２０ ＦＩＸＥＤ － ＰＯＩＮＴ ＤＳＰ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＬＡＮＧＵＡＧＥ ＴＯＯＬＳ ＵＳＥＲＳ ＧＵＩＤＥ》一書(shū)的第二章。

程序的連接是用ＤＳＰＬＮＫ連接器將ＣＯＦＦ目標(biāo)文件（一個(gè)或多個(gè)）連接起來(lái)，以產(chǎn)生可執(zhí)行的輸出文件。連接時(shí)ＤＳＰＬＮＫ調(diào)用命令文件（*．ＣＭＤ）對(duì)目標(biāo)文件進(jìn)行定位。常用的連接格式為：

ＤＳＰＬＮＫ ＤＥＭ０１ ＤＥＭ０２ ＤＥＭＯ．ＣＭＤ －０ ＤＥＭＯ．ＯＵＴ －Ｍ ＤＥＭＯ．ＭＡＰ，

其中輸入文件為：ＤＥＭ０１．ＯＢＪＤＥＭ０２．ＯＢＪ，命令文件為ＤＥＭＯ．ＣＭＤ，輸出文件為ＤＥＭＯ．ＯＵＴ，映射文件為ＤＥＭＯ．ＭＡＰ。

軟件調(diào)試器是將輸出文件*．ＯＵＴ調(diào)入調(diào)試環(huán)境進(jìn)行仿真運(yùn)行以進(jìn)行調(diào)試。該調(diào)試界面友好，易學(xué)易用。具體調(diào)試步驟，請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)［２］。

將用戶的目標(biāo)碼用于目標(biāo)系統(tǒng)有三種方式，一是將目標(biāo)碼定制到片內(nèi)的ＲＯＭ中（如Ｃ２０４和Ｃ２０９）；二是將目標(biāo)碼編程到片內(nèi)Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ中（如Ｆ２０６）；三是將目標(biāo)碼固化到ＥＰＲＯＭ中（如Ｃ２０３）。

若要將目標(biāo)碼燒寫(xiě)到ＥＰＲＯＭ中，首先要編一個(gè)格式轉(zhuǎn)換文件：Ｂｏｏｔ．ＣＭＤ，其次運(yùn)行ＤＳＰＨＥＸ Ｂｏｏｔ ＣＭＤ將*．ＯＵＴ文件轉(zhuǎn)換成*．ｂｉｎ文件，然后用編程器編程燒寫(xiě)到ＥＰＲＯＭ即可。

ＴＭＳ３２０Ｆ２０６片內(nèi)３２Ｋｗ的高速Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ是很好的片內(nèi)資源，可通過(guò)ＪＴＡＧ接口將輸出文件*．ＯＵＴ燒寫(xiě)到片內(nèi)Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ中，同時(shí)通過(guò)ＪＴＡＧ接口可在線運(yùn)行，調(diào)試非常方便。對(duì)片內(nèi)Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ編程時(shí)，可編一個(gè)批處理文件*．ＢＡＴ，在ＤＯＳ或ＷＩＮ９８環(huán)境下運(yùn)行，也可直接借助廠商提供的軟件對(duì)Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ進(jìn)行編程。

３ ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的應(yīng)用

現(xiàn)以ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ中的ＴＭＳ３２０Ｆ２０６應(yīng)用于寬帶聲納的恒定束寬波束形成器為例進(jìn)行介紹。一般來(lái)說(shuō)，聲納波束寬度與頻率有關(guān)。為了在寬帶信號(hào)中得到恒定束寬的波束，我們用不同的系數(shù)對(duì)不同頻段的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。這樣，對(duì)于１６個(gè)陣元的線列陣要實(shí)時(shí)得到１６個(gè)恒定束寬的波束，共需２５６個(gè)“延時(shí)－加權(quán)－求和”網(wǎng)絡(luò)，其總處理能力應(yīng)大于每秒十七億次乘加運(yùn)算及相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。為此我們用八片英國(guó)ＩＮＭＯＳ公司生產(chǎn)的ＩＭＳＡ１００與八片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６構(gòu)成一個(gè)處理陣列，由ＴＭＳＡ１００完成延時(shí)修正，用ＴＭＳ３２０Ｆ２０６完成相位補(bǔ)償及加權(quán)求和。

３．１ 電路設(shè)計(jì)

在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)用一片ＩＭＳＡ１００與一片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６加上必要的外圍電路構(gòu)成一個(gè)邏輯模塊。由于ＴＭＳ３２０Ｆ２０６片內(nèi)含有３２Ｋｗ的Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｒｏｙ可以存放程序代碼、系數(shù)和參數(shù)，加之４Ｋ片內(nèi)ＤＡＲＡＭ、通用Ｉ／Ｏ口等資源使電路大為簡(jiǎn)化。為了充分利用器件的處理能力以及滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理的要求，我們以乒乓方式設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)緩存區(qū)。該電路模塊組成框圖如圖３所示。

在制作印制電路板時(shí)，由于單元模塊電路簡(jiǎn)便，我們將兩個(gè)波束處理模塊做在一塊電路板上，八個(gè)模塊共用四塊波束處理板。波束形成器的管理和控制、與前后級(jí)的通訊及數(shù)據(jù)的格式化等由兩片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６來(lái)完成。整個(gè)系統(tǒng)共由五塊電路板組成，包含十片ＴＭ３２０Ｆ２０６、八片ＩＭＳＡ１００及相應(yīng)的外圍器件。整個(gè)系統(tǒng)速度快、功能強(qiáng)、可擴(kuò)展、易調(diào)試。最高處理速度可達(dá)每秒２９億次乘加運(yùn)算。

３．２ 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)共用了十片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６。由于采用了模塊化設(shè)計(jì)，使其中八個(gè)波束處理模塊中的八片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６工作過(guò)程基本一樣，只是系數(shù)與參數(shù)不同。這樣，軟件的設(shè)計(jì)、調(diào)試任務(wù)大大減輕，而且每片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６的軟件設(shè)計(jì)也采用了模塊化設(shè)計(jì)，并編輯了相應(yīng)的命令文件，最后將匯編、連接、編程編成一個(gè)批處理文件，可在ＤＯＳ或ＷＩＮ９８環(huán)境下借助于ＪＴＡＧ接口，對(duì)軟件進(jìn)行在線仿真運(yùn)行，軟件的調(diào)試修改、參數(shù)調(diào)整及系數(shù)的修正均可在線進(jìn)行，從而大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。另外兩片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６，一片用于波束形成器的控制與管理，另一片用于數(shù)據(jù)的格式化及與前后級(jí)的數(shù)據(jù)交換與通訊。

由于ＴＭＳ３２０Ｆ２０６高的性價(jià)比及好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，使該系統(tǒng)具有速度高、可擴(kuò)展、易調(diào)度、便修正等特點(diǎn)。