TMS320C6211 DSK及其在短波軟件無線電偵察中的應(yīng)

　介紹了TMS320C6211 DSK的軟、硬件結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)其在短波軟件無線電偵察中的應(yīng)用作了分析。
??? 關(guān)鍵詞：DSP，DSK，軟件無線電
　　

1　引　言
　　DSP芯片自誕生以來，在短時(shí)間內(nèi)得到了飛速的發(fā)展，并已經(jīng)在社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，開發(fā)應(yīng)用DSP需要高額投資購置DSP開發(fā)系統(tǒng)和相應(yīng)的開發(fā)軟件，這對(duì)剛開始學(xué)習(xí)使用DSP的人來說，是難以接受的。
　　德克薩斯儀器公司（TI）開發(fā)生產(chǎn)的初學(xué)者工具DSK（DSPStarter Kit），是為初學(xué)者進(jìn)行DSP編程練習(xí)而提供的一套廉價(jià)的實(shí)時(shí)軟件調(diào)試工具。它的特點(diǎn)是功能全，價(jià)格低，代碼編譯速度快，使用簡(jiǎn)單。DSK可以與PC機(jī)進(jìn)行通信，在PC上進(jìn)行編譯、匯編，連接之后的程序可以通過串口或并口下載到DSK上DSP芯片的內(nèi)部RAM執(zhí)行。為了方便存儲(chǔ)器等硬件資源的擴(kuò)展，并形成用戶DSP系統(tǒng)，DSK還將DSP芯片的數(shù)據(jù)與地址相應(yīng)的控制信號(hào)引出。DSK的特點(diǎn)決定了它非常適合初次接觸DSP的人員去掌握DSP，以及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段評(píng)估DSP的性能。TI公司目前的DSK產(chǎn)品可以支持C3x、C5x、C54x、C6211和C6711。TMS320C6211 DSK基于C6000系列中低價(jià)位的片種TMS320C6211，它不僅能使開發(fā)人員熟悉C6000DSP，而且其功能還足夠用于網(wǎng)絡(luò)、通信、圖像處理等具體應(yīng)用的開發(fā)，因而具有極高的性價(jià)比。
2　TMS320C6211 DSK的結(jié)構(gòu)
2．1　硬　件
　　TMS320C6211 DSK是一塊大約長(zhǎng)21cm、寬12cm、高2cm的開發(fā)板。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。核心采用定點(diǎn)運(yùn)算芯片TMS320C6211，工作于150MHz時(shí)鐘，峰值性能為1200MIPS，它是DSP業(yè)第一片使用了兩級(jí)內(nèi)部高速緩存（Cache）的DSP（L1 Cache 8Kbyte／L2 Cache 64Kbyte），內(nèi)部RAM共72Kbyte。DSK的供電電源為5V的直流電源。
　　TMS320C6211 DSK是一塊通過并口與PC機(jī)相連的板卡。板上包括：一個(gè)150MHz的C6211 DSP，峰值性能為1200MIPS；雙時(shí)鐘，CPU工作在150MHz，外部存儲(chǔ)器接口（EMIF）工作在100MHz；并行接口與PC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的并口對(duì)接；4Mbyte外部SDRAM和128Kbyte外部閃式存儲(chǔ)器（Flash Memory），用于存儲(chǔ)外部程序和數(shù)據(jù)；TI的TLC320AD535 16位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（Data Converter）；TI的TPS56100電源管理器件（Power Manager Device）提供1．8V和3．3V的直流電；JTAG控制器，用于仿真和調(diào)試；用于外部擴(kuò)展子卡的接口（Expansion Daughter Card Interface）。
2．2　軟　件
　　TMS320C6211 DSK配有代碼產(chǎn)生工具、代碼編輯調(diào)試工具Code ComposerDebugger和其他DSK支持軟件（閃存支持軟件、樣例程序和DSK功能測(cè)試軟件）。
3　TMS320C6211 DSK的特點(diǎn)
3．1　TMS320C6211的特點(diǎn)
3．1．1　采用改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)
　　為了實(shí)現(xiàn)信息處理的高速化，提高使用的靈活性，TMS320C6211采用改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是程序和數(shù)據(jù)具有獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，有著各自獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線。可以同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行尋址，這大大地提高了數(shù)據(jù)處理的能力。改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲(chǔ)器中，并被算術(shù)運(yùn)算指令直接使用，增強(qiáng)了芯片的靈活性。另外，指令可以存儲(chǔ)在高速緩存器（Cache）中，省去了從存儲(chǔ)器中讀取指令的時(shí)間，大大提高了運(yùn)行速度。

3．1．2　采用流水線操作
　　流水線操作是DSP實(shí)現(xiàn)高速度、高效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。只有在充分發(fā)揮作用的情況下，才可能達(dá)到最好性能。TMS320C6211的流水線與以前的C3x和C54x相比，有非常大的優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)在：簡(jiǎn)化流水線的控制以消除流水線互鎖；增加流水線的深度來消除傳統(tǒng)流水線結(jié)構(gòu)在取指、數(shù)據(jù)訪問和乘法操作上的瓶頸；取指、數(shù)據(jù)訪問分為多個(gè)階段，使得芯片可以高速訪問存儲(chǔ)空間。TMS320C6211的流水線分為3個(gè)階段：指令讀入（取指）、解碼和執(zhí)行，共11級(jí)。
3．1．3　特殊的硬件結(jié)構(gòu)
　　乘法運(yùn)算和加法運(yùn)算在數(shù)字信號(hào)處理的算法中使用非常頻繁。在通用的微處理器中，乘法運(yùn)算是通過執(zhí)行一串指令實(shí)現(xiàn)的，需要占用許多指令周期，影響處理速度。而DSP中，設(shè)置了硬件乘法器和MAC（乘法并累加），這些操作往往可以在單周期內(nèi)完成，從而大幅提高了DSP進(jìn)行乘法和累加運(yùn)算的速度。在TMS320C6211中采用兩個(gè)硬件乘法器實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，只需要一個(gè)指令周期,大大提高了信號(hào)處理速度。此外，TMS320C6211內(nèi)部的各種數(shù)據(jù)寄存器、移位寄存器等硬件結(jié)構(gòu)，確保了DSP算法的快速性。
3．1．4　特殊的DSP指令系列和豐富的尋址方式
　　TMS320C6211的另一個(gè)重要特征是有一套專門為數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)。這些指令包括32bit整型乘法、雙字讀取等。此外，TMS320C6211豐富的尋址方式也使信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)變得非常容易。
3．2　模擬接口電路（AIC）的特點(diǎn)
　　TMS320C6211 DSK板包括雙通道語音／數(shù)據(jù)編解碼器。這個(gè)模擬接口電路（AIC）有以下特性：16位的信號(hào)處理能力；獨(dú)立的語音和數(shù)據(jù)通道，只有語音通道利用在DSK板上；8kHz的采樣速率；可編程的增益放大器；60Ω帶有可編程放大器的耳機(jī)；支持立體聲介質(zhì)帶偏壓的麥克風(fēng)；一個(gè)3．5mm（1／8英寸）單麥克風(fēng)插孔；一個(gè)3．5mm（1／8英寸）立體耳機(jī)插孔。

　　圖2示出了TMS320C6211 DSK模擬接口電路結(jié)構(gòu)圖。TITLC320AD535是一種所需外部器件最少的廉價(jià)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。其中C6211 McBSP0負(fù)責(zé)與模擬接口電路（AIC）語音通道實(shí)現(xiàn)串口通信。
3．3　外部存儲(chǔ)器和擴(kuò)展存儲(chǔ)空間的特點(diǎn)
　　TMS320C6211 DSK支持4Mbyte（1Mbyte×32－bit）同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（SDRAM），128Kbyte的閃存（Flash ROM）和存儲(chǔ)器映射的I／O端口。擴(kuò)展存儲(chǔ)連接器可以支持異步存儲(chǔ)和存儲(chǔ)映射設(shè)備通過子板加在DSK板上（TMS320C6211 DSK的擴(kuò)展存儲(chǔ)器及其接口由2行80針的連接器實(shí)現(xiàn)）。其中，外部存儲(chǔ)器SDRAM設(shè)備的電壓為3．3V，擴(kuò)展存儲(chǔ)連接器支持3．3V和5V。
3．4　JTAG仿真器
　　TMS320C6211 DSK提供了內(nèi)置的仿真器。通過并口或者外部的仿真器XDS510實(shí)現(xiàn)仿真。TISN74ACT8990 JTAG測(cè)試總線控制器（TBC）提供主機(jī)對(duì)TMS320C6211 DSK JATG接口的軟件控制，這樣便可以在沒有外部仿真器的情況下，CCS調(diào)試器仍然可以調(diào)試目標(biāo)板。
4　TMS320C6211 DSK在短波軟件無線電偵察中的應(yīng)用
4．1　方　案
　　在某系統(tǒng)中采用TMS320C6211 DSK、AD6644采集卡和工控機(jī)搭建一個(gè)寬帶的偵察硬件平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)2MHz～30MHz帶寬內(nèi)的通信信號(hào)的全景偵察。如圖3所示。

4．2　工作原理
　　本方案采用直接中頻采樣、DSP數(shù)字信號(hào)預(yù)處理、工控機(jī)主處理的程式，完成短波信號(hào)的偵察、分選識(shí)別。接收機(jī)輸出10．7MHz中頻信號(hào)，經(jīng)過采集卡進(jìn)行中頻采樣（所用到的A／D為A／D6644）完成數(shù)據(jù)采集，并通過TMS320C6211 DSK的EMIF（ExtendedMemory Interface，外部存儲(chǔ)器接口）接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，DSP完成數(shù)字信號(hào)的FFT運(yùn)算、極值判斷等預(yù)處理部分，并將處理后的數(shù)據(jù)通過并口傳送給主機(jī)以便進(jìn)行分選、識(shí)別、顯示的主要處理部分。
4．3　C6211的外部存儲(chǔ)器接口
　　DSK板上具有與EMIF相連的外擴(kuò)展子卡接口，它原本是用來擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器的硬件接口，可以為多種同步和異步存儲(chǔ)器（如SBSRAM、SDRAM、SRAM、ROM、FIFO）提供無縫接口，由于其數(shù)據(jù)傳輸速度很快（可以高達(dá)900Mbyte／s），所以，可以用來與高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口。EMIF是外部存儲(chǔ)器和C6211片內(nèi)其它單元的接口，具有很強(qiáng)的接口能力。其數(shù)據(jù)總線寬度為32bits，尋址空間為4GB，可以與目前幾乎所有類型的存儲(chǔ)器直接接口。EMIF處理的外總線請(qǐng)求有片內(nèi)EDMAExtended Direct Mernory Access控制器和外部共享存儲(chǔ)器的設(shè)備。對(duì)EMIF的控制是通過設(shè)置EMIF中的一組存儲(chǔ)器映射寄存器完成的，包括配置各個(gè)空間上的存儲(chǔ)器類型，設(shè)置相應(yīng)的接口時(shí)序等。當(dāng)EMIF與異步器件接口時(shí)，整個(gè)異步接口信號(hào)包括＃AOE、＃AWE、＃ARE、ARDY四個(gè)控制信號(hào)。在時(shí)序控制上，通過在EMIF全局控制寄存器和相應(yīng)的CEx（x是0～3）空間控制寄存器中進(jìn)行靈活的參數(shù)配置，完成與不同器件的時(shí)序接口。有關(guān)控制位如圖4所示。
4．4　AD6644與C6211 DSK硬件接口設(shè)計(jì)
　　因?yàn)門MS320C6211 DSK與外設(shè)之間沒有專門的高速接口，它只有一個(gè)用于擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的外部存儲(chǔ)器接口（EMIF），所以，只能通過充分利用EMIF的擴(kuò)展功能，在AD6644與EMIF之間建立一個(gè)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。接口采用異步先進(jìn)先出存儲(chǔ)器（FIFO）形式。這是因?yàn)锳D6644的對(duì)外數(shù)據(jù)輸出和相應(yīng)接口是一種主（Master）的形式，它的輸出控制信號(hào)只有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（Ready）一個(gè)，運(yùn)用FIFO可以大大減少接口控制邏輯的復(fù)雜性。另外，F(xiàn)IFO可以向EDMA發(fā)出中斷信號(hào)，因而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸觸發(fā)的多樣性。圖5為異步FIFO接口框圖。

4．5　AD6644與C6211 DSK軟件接口設(shè)計(jì)
　　AD6644與C6211 DSK軟件接口程序完成數(shù)據(jù)從異步FIFO向內(nèi)部存儲(chǔ)器的傳輸。當(dāng)主程序發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸命令及FIFO向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，該程序被調(diào)用。圖6為軟件接口流程圖。 　　接口軟件在CCS集成環(huán)境下，用TIC6x C語言編寫而成。實(shí)際完成的AD6644與C6211 DSK接口能實(shí)現(xiàn)AD6644與C6211DSK之間30M～50M words／s的數(shù)據(jù)傳遞，這是由C6211的主頻所決定的。事實(shí)上，由于C6000系列DSP外部接口的兼容性，可以使用更高主頻的DSP如300MHz，方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)。
　　在以往的信號(hào)處理中，我們直接用工控機(jī)處理采集下來的數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析的時(shí)候發(fā)現(xiàn)當(dāng)信號(hào)環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)密度很大時(shí)，工控機(jī)處理起來很吃力，性能指標(biāo)往往達(dá)不到我們的要求。為了減輕在信號(hào)分選識(shí)別過程中PC機(jī)處理的負(fù)擔(dān)，進(jìn)一步提高處理信號(hào)的適時(shí)性，本方案將信號(hào)的預(yù)處理部分從中分離出來，交給數(shù)字信號(hào)處理器專門進(jìn)行處理，并將處理后的信號(hào)傳送給PC機(jī)進(jìn)行分析，從而大大地減輕了PC機(jī)的工作量，讓PC機(jī)有更多的時(shí)間進(jìn)行其他細(xì)微特征的分析。TMS320C6211 DSK的EMIF接口可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，可以滿足系統(tǒng)的要求。
5　結(jié)束語
　　今后，DSP將進(jìn)一步向著低價(jià)格、高集成、高速、高性能的方向發(fā)展。伴隨著DSP器件的廣泛應(yīng)用，其相應(yīng)的開發(fā)工具也得到了迅速的發(fā)展，各種形式的DSP開發(fā)工具不斷涌現(xiàn)。使用DSP開發(fā)工具，不僅可以提高程序設(shè)計(jì)的效率，而且可以使有較少經(jīng)驗(yàn)甚至沒有經(jīng)驗(yàn)的人使用DSP。DSK以其高性能、低價(jià)格，為我們學(xué)習(xí)、理解、應(yīng)用DSP提供了可能。

1　王念旭編著．DSP基礎(chǔ)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001
2　任麗香，馬淑芬，李方慧．TMS320C6000系列DSPs的原理與應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，2000
3　趙訓(xùn)威．基于TMS320C6200系列DSP芯片的應(yīng)用與開發(fā)．北京：人民郵電出版社，2002　
4　鄭春龍．DSK的特點(diǎn)及其應(yīng)用技術(shù)．電子技術(shù)應(yīng)用，1998（11）