基于ADSP2181芯片和FPGA器件實(shí)現(xiàn)通用多DSP目標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 概 述

隨著大規(guī)模集成電路水平的發(fā)展，以數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Process，DSP）為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)正在迅速發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于圖像處理技術(shù)、語(yǔ)聲處理、智能化儀表、生物醫(yī)學(xué)與工程、通信、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。由Analog Device公司生產(chǎn)的ADSP是應(yīng)用非常廣泛的一類DSP，其典型產(chǎn)品有定點(diǎn)的ADSP2181和浮點(diǎn)的ADSP21060。在許多實(shí)際系統(tǒng)中，需要采用多片DSP級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行處理。因此，ADSP2181經(jīng)常經(jīng)級(jí)聯(lián)后用在實(shí)際系統(tǒng)中，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于ISA總線的通用多DSP目標(biāo)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以用于早期研發(fā)及各種算法的硬件平臺(tái)，他對(duì)縮短實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)周期、項(xiàng)目預(yù)研等都有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。

2、 通用多DSP 目標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)成

通用多DSP 目標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)成由6片ADSP2181、2片A/D變換器以及實(shí)現(xiàn)邏輯功能的FPGA組成，其原理框圖如圖1所示。

（1）處理系統(tǒng)

整個(gè)處理系統(tǒng)由6片DSP構(gòu)成，他完成對(duì)2路模擬信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)處理。本系統(tǒng)采用的是Analog Device公司較為典型的定點(diǎn)DSP系列ADSP2181，相鄰2片DSP之間的串口數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收、幀同步信號(hào)的發(fā)送與接收分別對(duì)應(yīng)相連，數(shù)據(jù)的傳輸采用自動(dòng)緩沖的方式。

（2）系統(tǒng)輸入

系統(tǒng)輸入的模擬信號(hào)由2路精度為12b的串行A／D變換器完成，采樣率最高達(dá)400kS／s，輸入模擬量為單極性（0～2．5V）信號(hào)。模擬信號(hào)經(jīng)A／D變換器后以串行方式送入第1片DSP。

（3）時(shí)序控制

系統(tǒng)時(shí)序控制由FPGA（Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)采用Altera公司的FPGA芯片EPFl0K10，其實(shí)現(xiàn)的主要功能有：

①產(chǎn)生ISA總線對(duì)各片DSP訪問的地址譯碼與控制；

②產(chǎn)生通過IDMA端口訪問DSP所需的控制信號(hào)IAL，IWR， IRD和IS；

③產(chǎn)生各個(gè)DSP的復(fù)位信號(hào)；

④產(chǎn)生滿足A／D轉(zhuǎn)換器時(shí)序要求的控制信號(hào)CLK（串口時(shí)鐘）和CONV（轉(zhuǎn)換控制）。

另外，F(xiàn)PGA還完成了DSP與ISA總線之間數(shù)據(jù)傳輸所需的控制時(shí)序，有效地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3 、通用多DSP目標(biāo)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（1）目標(biāo)系統(tǒng)的地址分配與實(shí)現(xiàn)

每塊DSP目標(biāo)板只占用一組端口地址，每組地址共4個(gè)：數(shù)據(jù)端口、地址端口、復(fù)位端口和控制端口。組起始地址通過4b跳線開關(guān)加以選擇，設(shè)開關(guān)值為n，則板卡起始地址為360-4×n（記作port），其他3個(gè)端口地址分別為port+2，port+4，port+6。在FPGA中采用如圖2所示的邏輯，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)系統(tǒng)板端口地址的動(dòng)態(tài)分配。

數(shù)據(jù)端口port 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器的讀寫操作，完成DSP與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

地址端口port+2 用于提供對(duì)DSP進(jìn)行讀寫操作時(shí)DSP內(nèi)部程序存儲(chǔ)區(qū)（PM）或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（DM）的起始地址。

復(fù)位端口port+4 用于對(duì)DSP進(jìn)行復(fù)位操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP的軟復(fù)位。

控制端口port+6 用于選擇要操作的DSP。

（2）控制信號(hào)的形成

目標(biāo)板上6片DSP占用同一端口地址，系統(tǒng)工作時(shí)，可以對(duì)任意DSP的任一數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行讀寫操作。對(duì)DSP的片選信號(hào)是通過對(duì)控制端口的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)A2A1=11時(shí)，對(duì)應(yīng)于DSP的控制端口，這時(shí)數(shù)據(jù)線的低3位（DATA［2．．0］）用于指定6個(gè)DSP中的一個(gè)。

4 、下載軟件設(shè)計(jì)

ADSP2181片內(nèi)集成了一個(gè)可以訪問其內(nèi)部存儲(chǔ)器的16 b IDMA端口，主機(jī)通過此端口可以訪問ADSP2181片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的任一單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP下載文件、傳輸數(shù)據(jù)等操作，這一過程是通過上位機(jī)對(duì)DSP的IDMA端口的操作來(lái)完成的。本文設(shè)計(jì)了基于VB的通用多DSP目標(biāo)系統(tǒng)的下載軟件，通過上位機(jī)對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行各種操作。

（1）端口選擇 選擇一組端口地址，他應(yīng)與目標(biāo)板的端口地址相一致；

（2）處理器選擇 選擇所要進(jìn)行讀寫操作及下載的處理器號(hào)（1#～6#）；

（3）下載文件選擇 選擇要加載到指定DSP的程序；

（4）下載 執(zhí)行下載操作，并自動(dòng)檢查加載是否成功，若不成功，則重新加載；

（5）讀處理器選擇 調(diào)用讀處理器模塊，讀選定處理器的指定單元的內(nèi)容；

（6）寫處理器選擇 調(diào)用寫處理器模塊，在所選的處理器的指定單元寫入數(shù)據(jù)。

5 、結(jié) 語(yǔ)

通用多DSP目標(biāo)系統(tǒng)，在地址分配上充分考慮到了ISA總線和定點(diǎn)ADSP2181的特點(diǎn)，采用地址的動(dòng)態(tài)分配技術(shù)，有效地節(jié)省了系統(tǒng)的資源。下載軟件可以對(duì)1片或多片DSP進(jìn)行文件下載、讀、寫等操作，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性與靈活性。該系統(tǒng)可用于各種算法的硬件平臺(tái)和早期研發(fā)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

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