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1 引言 1.1 DSP簡(jiǎn)介及基本特點(diǎn) 數字信號的處理離不開(kāi)算法和實(shí)現手段。數字信號處理器（digital signal processor簡(jiǎn)稱(chēng)DSP）。是在模擬信號變換成數字信號以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專(zhuān)用處理器，是實(shí)現實(shí)時(shí)數字信號處理的有力工具。DSP目前廣泛應用于模式識別，數字通信，信號處理，工業(yè)控制等領(lǐng)域。TI公司的TMS320C54X系列DSP有著(zhù)以下的特點(diǎn)：采用先進(jìn)的修正增強型哈佛結構，片內共有8條總線(xiàn)（1條程序存儲器總線(xiàn)，3條數據存儲器總線(xiàn)和4條地址總線(xiàn)）；高度并行和帶有專(zhuān)用硬件邏輯的CPU設計；高度專(zhuān)業(yè)化的指令系統；模塊化結構設計；能降低功耗和提高抗輻射能力的新的靜電設計方法。因此它能高速實(shí)時(shí)以及靈活地應用于圖像處理、語(yǔ)言處理、頻譜分析、數字濾波、實(shí)時(shí)控制 等各個(gè)領(lǐng)域。TMS320VC5402是54X系列中應用比較廣泛的一種芯片，它有著(zhù)豐富的接口資源，是一種集數據處理和通信功能于一體的高速微處理器。其操作速率為40～100MIPS。 1.2 PCI局部總線(xiàn)的性能和特點(diǎn) PCI總線(xiàn)是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線(xiàn)。從結構上看，PCI是在CPU和原來(lái)的系統總線(xiàn)之間插入的一級總線(xiàn)，具體由一個(gè)橋接電路實(shí)現對這一層的管理，并實(shí)現上下之間的接口以協(xié)調數據的傳送。管理器提供了信號緩沖，使之能支持10種外設，并能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能。PCI總線(xiàn)也支持總線(xiàn)主控技術(shù)，允許智能設備在需要時(shí)取得總線(xiàn)控制權以加速數據傳送。 2信號處理系統的功能構成 通用信號處理系統一般分為數據采集、數據處理和數據管理3個(gè)部分（圖1）。采集部分可以采用通用的數據采集卡，數據管理部分則必須用 PC機才能完成。在信號處理系統中，最費時(shí)間，也即影響信號處理系統的實(shí)時(shí)性的瓶頸是數據的處理部分。數據的處理通常采用微機軟件的方法， 但完全由PC機處理有個(gè)缺點(diǎn)，就是信號處理需要的運算主要是數字運算，因相對于通用CPU（GPP）來(lái)說(shuō)，它是采用馮·諾依曼存儲器結構，并不適用于數字信號的運算，不僅會(huì )造成處理速度慢，而且占用CPU時(shí)間過(guò)多，直接影響了PC機對數據的管理。因此，我們提出用另一種方法把信號處理部分從微機軟件中分離出來(lái)，交給DSP處理，然后把DSP處理好的數據再傳給PC機管理。該系統的功能構成如圖1所示。這樣不僅可以做到信號處理和數據管理并行進(jìn)行，而且充分利用DSP對數字信號處理高速，并行的優(yōu)勢，提高了信號處理系統的實(shí)時(shí)性和穩定性。在對信號作連續的流水處理時(shí)，其性能優(yōu)勢更能得以體現，同時(shí)這也是一個(gè)廉價(jià)的產(chǎn)品，有著(zhù)很高的性能價(jià)格比。 3 信號處理部分的硬件構成 信號處理部分接口電路的結構如圖2所示。信號處理程序保存在主機中，在上電以后，自舉加載到DSP中，并由固化在DSP的ROM中的 BOOTLOADER來(lái)完成。 主要的處理流程是：信號采集卡把模擬的信息轉化為數字的信息，進(jìn)入PC機；由PC機通過(guò)PCI接口把數字的信息傳輸到DSP，保存在SRAM中； DSP從SRAM中讀取數據，對信號進(jìn)行處理；然后，把處理后的數據再從PCI接口傳回PC機，交給數據管理部分處理。 3.1 PCI接口 為了管理數據和尋址、接口控制、仲裁以及系統運行，PCI接口對單個(gè)目標設備需要至少47個(gè)引腳，對主控設備最少需要49個(gè)引腳。圖3給出了按功能組劃分的引腳，左邊的為必需引腳，右邊的為可選引腳。圖中的信號的方向是對主控設備/ 目標設備的組合而言�？傄_數120條（包含電源、地、保留引腳等）。PCI的總線(xiàn)寬度有32位和64位。在本系統中，設備是32位，沒(méi)有作64位擴展。 由于PCI總線(xiàn)時(shí)鐘高達33MHz，信號線(xiàn)應按微波傳輸線(xiàn)對待，再加上接口邏輯本身的復雜性，設計難度很大。實(shí)現接口的辦法：（1）用可編程邏輯器件EPLD或FPGA和用EPLD或FPGA實(shí)現。PCI接口的優(yōu)點(diǎn)在于其靈活的可編程性。首先PCI接口可以依據插卡功能進(jìn)行最優(yōu)化，而不必實(shí)現所有的PCI功能，這樣可以節約系統的邏輯資源；其次可以將PCI插卡上的其他用戶(hù)邏輯與PCI接口邏輯集成在一個(gè)芯片上，實(shí)現緊湊的系統設計；再者當系統升級時(shí)，只需對可編程器件重新進(jìn)行邏輯設計而無(wú)需更新PCB版圖。（2）用專(zhuān)用PCI接口芯片實(shí)現。專(zhuān)用PCI接口芯片可以實(shí)現完整的PCI主控模塊和目標模塊接口功能，將復雜的PCI總線(xiàn)接口轉換為相對簡(jiǎn)單的用戶(hù)接口。廠(chǎng)商對PCI總線(xiàn)接口進(jìn)行了嚴格的測試，用戶(hù)只要設計轉換后的總線(xiàn)接口即可。從某種意義上講，PCI接口完成的是PCI總線(xiàn)和插卡上的從屬處理器之間的消息傳遞。 由于以上原因，再考慮到系統開(kāi)發(fā)的成本和周期，用專(zhuān)用接口芯片來(lái)實(shí)現PCI總線(xiàn)的接口較理想。接口芯片選用的是TI公司的PCI2040。PCI2040 是專(zhuān)門(mén)用來(lái)和54X或6X橋接的芯片，可以實(shí)現與TMS320VC5402的無(wú)縫接口 ；可以對端口進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)讀寫(xiě)。PCI2040提供了一個(gè)由PCI總線(xiàn)至插卡總線(xiàn)的直通通路（pass-thru）。PCI2040通過(guò)這些數據通路將復雜的PCI接口轉換為相對簡(jiǎn)單的插卡總線(xiàn)接口。在本系統中，DSP中的資源映射到PC機的內存D9008000～D9008FFF和D9000000～ D9007FFF，中斷請求為11。 PCI2040通過(guò)HPI接口與DSP通信，通信流程如下：PCI總線(xiàn)向PCI2040讀寫(xiě)數據，PCI2040會(huì )根據這些命令在HPI口上發(fā)起相應的要求，這個(gè)通信過(guò)程可以通過(guò)編程首先初始化HPI控制寄存器HPIC以及主機地址寄存器HPIA，然后再從主機數據寄存器HPID中讀/寫(xiě)數據來(lái)完成。具體的接口電路如圖4所示：一塊PCI2040最多可以?huà)旖?片 DSP，以用于多DSP系統。 3.2 擴展空間 對信號處理系統來(lái)講，DSP芯片所帶的資源常常不能滿(mǎn)足要求。這包括兩個(gè)方面，一是程序空間，二是數據空間。對程序空間，可以選擇不同的自舉方式，充分利用PC機的資源。對數據空間有下面幾種解決方法：（1）選擇資源多的芯片，但這會(huì )引起成本的上升；（2）改進(jìn)算法，邊讀取數據邊處理；（3）用一個(gè)鎖存器保存高位地址，自己擴展數據空間。這 里采用的方法是在用算法進(jìn)行邊讀數據邊處理的同時(shí)，用SRAM對數據空間進(jìn)行了擴展�？紤]到時(shí)序關(guān)系,以及TMS320VC5402只能與異步的存儲器連接等因素。選用了TPS73HD318。它是 3.3V，1M×16大小的靜態(tài)RAM，高低位字節可選，其讀寫(xiě)速度達到12ns，能夠與DSP的讀寫(xiě)速度相匹配，無(wú)須另加接口時(shí)序。對于等待時(shí)間的產(chǎn)生，可以用軟件的方法，對等待狀態(tài)寄存器（SWWSR）進(jìn)行設置。而產(chǎn)生的時(shí)延在調試時(shí)可以對DSP的時(shí)延寄存器進(jìn)行設置, 以達到最大速度。硬件接口如圖5所示。 4 DSP系統的自舉 所謂自舉（Bootload），就是在上電時(shí)從外部加載并執行用戶(hù)的程序代碼。加載的途徑有：（1）從一個(gè)外部的EPROM或FLASH加載；（2）從主機通過(guò)HPI總線(xiàn)、并行I/O口、任何一個(gè)串行口、用戶(hù)定義的地址熱自舉等方式加載。因為信號處理的程序一般都比較大，為了保證這個(gè)信號處理系統的通用性和可移植性，需把程序保存在主機中，用HPI總線(xiàn)自舉。HPI是一個(gè)8位的并行口，PC機和'5402通過(guò)共享的片內存儲器交換信息。選用HPI自舉方式，需要把HINT和INT2引腳連在一起。復位時(shí)，Bootload使HINT置位，從而使 INT2置位。BootloaD讀出中斷標志寄存器（IFR）的bit2位后，即能從HPI口進(jìn)行自舉。與別的54X系列一個(gè)很重要的不同是：5402要檢查數據存儲器的OX7FH位以決定程序的入口地址，用戶(hù)程序也要在復位完成后才能加載到HPI的RAM中。 5 驅動(dòng)程序 因為PCI2040擴展了配置空間，所以，要通過(guò) HPI口實(shí)現與DSP的通信，需要驅動(dòng)程序。如果直接使用DDK來(lái)編寫(xiě)PCI設備的驅動(dòng)程序，需要大量的Windows底層的知識，難度比較大。因此可以使用別的驅動(dòng)程序的編寫(xiě)工具，如Vtools和 WinDrive。我們選用了WinDrive 。Jungo公司的WinDrive與其他驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)工具的最大不同是它可以在編程者不太了解Windows內核的情況下編寫(xiě)驅動(dòng)程序。這樣，可以把精力主要放在功能的實(shí)行上，同時(shí)用WinDrive寫(xiě)成的驅動(dòng)程序只需作很少的修改就能很方便地適用于各種操作系統，如Win dows 9x, Window 2000,Windows NT以及Linux等。編寫(xiě)過(guò)程如下：（1）用WinDrive 的Drive Wiz ard 工具查找所要編寫(xiě)驅動(dòng)程序的PCI卡，并用CREATING INF FILE 產(chǎn)生INF 文件,然后添加新硬件；（2）對PCI卡上的配置寄存器，I/O空間，內存范圍，中斷，片內寄存器進(jìn)行設置；（3）生成源代碼，對它進(jìn)行功能添加，主要是實(shí)現對DSP 片內SRAM的訪(fǎng)問(wèn)。 |
