TMS320C6211DSK及其在短波软件无线电侦察中的应用.doc

TMS320C6211DSK及其在短波软件无线电侦察中的应用 1引言DSP芯片自诞生以来,在短时间内得到了飞速的发展,并已经在社会生活各个领域得到了广泛的应用。但是,开发应用DSP需要高额投资购置DSP开发系统和相应的开发软件,这对刚开始学习使用DSP的人来说,是难以接受的。德克萨斯仪器公司（TI）开发生产的初学者工具DSK（DSPStarter Kit）,是为初学者进行DSP编程练习而提供的一套廉价的实时软件调试工具。它的特点是功能全,价格低,代码编译速度快,使用简单。DSK可以与PC机进行通信,在PC上进行编译、汇编,连接之后的程序可以通过串口或并口下载到DSK上DSP芯片的内部RAM执行。为了方便存储器等硬件资源的扩展,并形成用户DSP系统,DSK还将DSP芯片的数据与地址相应的控制信号引出。DSK的特点决定了它非常适合初次接触DSP的人员去掌握DSP,以及在系统设计阶段评估DSP的性能。TI公司目前的DSK产品可以支持C3x、C5x、C54x、C6211和C6711。TMS320C6211 DSK基于C6000系列中低价位的片种TMS320C6211,它不仅能使开发人员熟悉C6000DSP,而且其功能还足够用于网络、通信、图像处理等具体应用的开发,因而具有极高的性价比。2TMS320C6211 DSK的结构21硬件TMS320C6211 DSK是一块大约长21cm、宽12cm、高2cm的开发板。硬件结构如图1所示。核心采用定点运算芯片TMS320C6211,工作于150MHz时钟,峰值性能为1200MIPS,它是DSP业第一片使用了两级内部高速缓存（Cache）的DSP（L1 Cache 8KbyteL2 Cache 64Kbyte）,内部RAM共72Kbyte。DSK的供电电源为5V的直流电源。TMS320C6211 DSK是一块通过并口与PC机相连的板卡。板上包括：一个150MHz的C6211 DSP,峰值性能为1200MIPS;双时钟,CPU工作在150MHz,外部存储器接口（EMIF）工作在100MHz;并行接口与PC机标准的并口对接;4Mbyte外部SDRAM和128Kbyte外部闪式存储器（Flash Memory）,用于存储外部程序和数据;TI的TLC320AD535 16位数据转换器（Data Converter）;TI的TPS56100电源管理器件（Power Manager Device）提供18V和33V的直流电;JTAG控制器,用于仿真和调试;用于外部扩展子卡的接口（Expansion Daughter Card Interface）。22软件TMS320C6211 DSK配有代码产生工具、代码编辑调试工具Code ComposerDebugger和其他DSK支持软件（闪存支持软件、样例程序和DSK功能测试软件）。3TMS320C6211 DSK的特点31TMS320C6211的特点311采用改进型的哈佛结构为了实现信息处理的高速化,提高使用的灵活性,TMS320C6211采用改进型的哈佛结构,其主要特点是程序和数据具有独立的存储空间,有着各自独立的程序总线和数据总线。可以同时对数据和程序进行寻址,这大大地提高了数据处理的能力。改进的哈佛结构允许数据存放在程序存储器中,并被算术运算指令直接使用,增强了芯片的灵活性。另外,指令可以存储在高速缓存器（Cache）中,省去了从存储器中读取指令的时间,大大提高了运行速度。312采用流水线操作流水线操作是DSP实现高速度、高效率的关键技术之一。只有在充分发挥作用的情况下,才可能达到最好性能。TMS320C6211的流水线与以前的C3x和C54x相比,有非常大的优势。主要表现在：简化流水线的控制以消除流水线互锁;增加流水线的深度来消除传统流水线结构在取指、数据访问和乘法操作上的瓶颈;取指、数据访问分为多个阶段,使得芯片可以高速访问存储空间。TMS320C6211的流水线分为3个阶段：指令读入（取指）、解码和执行,共11级。313特殊的硬件结构乘法运算和加法运算在数字信号处理的算法中使用非常频繁。在通用的微处理器中,乘法运算是通过执行一串指令实现的,需要占用许多指令周期,影响处理速度。而DSP中,设置了硬件乘法器和MAC（乘法并累加）,这些操作往往可以在单周期内完成,从而大幅提高了DSP进行乘法和累加运算的速度。在TMS320C6211中采用两个硬件乘法器实现乘法运算,只需要一个指令周期,大大提高了信号处理速度。此外,TMS320C6211内部的各种数据寄存器、移位寄存器等硬件结构,确保了DSP算法的快速性。314特殊的DSP指令系列和丰富的寻址方式TMS320C6211的另一个重要特征是有一套专门为数字信号处理而设计的指令系统。这些指令包括32bit整型乘法、双字读取等。此外,TMS320C6211丰富的寻址方式也使信号处理算法的实现变得非常容易。32模拟接口电路（AIC）的特点TMS320C6211 DSK板包括双通道语音数据编解码器。这个模拟接口电路（AIC）有以下特性：16位的信号处理能力;独立的语音和数据通道,只有语音通道利用在DSK板上;8kHz的采样速率;可编程的增益放大器;60带有可编程放大器的耳机;支持立体声介质带偏压的麦克风;一个35mm（18英寸）单麦克风插孔;一个35mm（18英寸）立体耳机插孔。图2示出了TMS320C6211 DSK模拟接口电路结构图。TITLC320AD535是一种所需外部器件最少的廉价数据转换器。其中C6211 McBSP0负责与模拟接口电路（AIC）语音通道实现串口通信。33外部存储器和扩展存储空间的特点TMS320C6211 DSK支持4Mbyte（1Mbyte32bit）同步动态存储器（SDRAM）,128Kbyte的闪存（Flash ROM）和存储器映射的IO端口。扩展存储连接器可以支持异步存储和存储映射设备通过子板加在DSK板上（TMS320C6211 DSK的扩展存储器及其接口由2行80针的连接器实现）。其中,外部存储器SDRAM设备的电压为33V,扩展存储连接器支持33V和5V。34JTAG仿真器TMS320C6211 DSK提供了内置的仿真器。通过并口或者外部的仿真器XDS510实现仿真。TISN74ACT8990 JTAG测试总线控制器（TBC）提供主机对TMS320C6211 DSK JATG接口的软件控制,这样便可以在没有外部仿真器的情况下,CCS调试器仍然可以调试目标板。4TMS320C6211 DSK在短波软件无线电侦察中的应用41方案在某系统中采用TMS320C6211 DSK、AD6644采集卡和工控机搭建一个宽带的侦察硬件平台,在此基础上实现对2MHz30MHz带宽内的通信信号的全景侦察。如图3所示。 42工作原理本方案采用直接中频采样、DSP数字信号预处理、工控机主处理的程式,完成短波信号的侦察、分选识别。接收机输出107MHz中频信号,经过采集卡进行中频采样（所用到的AD为AD6644）完成数据采集,并通过TMS320C6211 DSK的EMIF（ExtendedMemory Interface,外部存储器接口）接口实现数据传输,DSP完成数字信号的FFT运算、极值判断等预处理部分,并将处理后的数据通过并口传送给主机以便进行分选、识别、显示的主要处理部分。43C6211的外部存储器接口DSK板上具有与EMIF相连的外扩展子卡接口,它原本是用来扩展片外存储器的硬件接口,可以为多种同步和异步存储器（如SBSRAM、SDRAM、SRAM、ROM、FIFO）提供无缝接口,由于其数据传输速度很快（可以高达900Mbytes）,所以,可以用来与高速模数转换器接口。EMIF是外部存储器和C6211片内其它单元的接口,具有很强的接口能力。其数据总线宽度为32bits,寻址空间为4GB,可以与目前几乎所有类型的存储器直接接口。EMIF处理的外总线请求有片内EDMAExtended Direct Mernory Access控制器和外部共享存储器的设备。对EMIF的控制是通过设置EMIF中的一组存储器映射寄存器完成的,包括配置各个空间上的存储器类型,设置相应的接口时序等。当EMIF与异步器件接口时,整个异步接口信号包括AOE、AWE、ARE、ARDY四个控制信号。在时序控制上,通过在EMIF全局控制寄存器和相应的CEx（x是03）空间控制寄存器中进行灵活的参数配置,完成与不同器件的时序接口。有关控制位如图4所示。44AD6644与C6211 DSK硬件接口设计因为TMS320C6211 DSK与外设之间没有专门的高速接口,它只有一个用于扩展外部存储器的外部存储器接口（EMIF）,所以,只能通过充分利用EMIF的扩展功能,在AD6644与EMIF之间建立一个接口,实现数据的高速传输。接口采用异步先进先出存储器（FIFO）形式。这是因为AD6644的对外数据输出和相应接口是一种主（Master）的形式,它的输出控制信号只有数据准备（Ready）一个,运用FIFO可以大大减少接口控制逻辑的复杂性。另外,FIFO可以向EDMA发出中断信号,因而实现数据传输触发的多样性。图5为异步FIFO接口框图。45AD6644与C6211 DSK软件接口设计AD6644与C6211 DSK软件接口程序完成数据从异步FIFO向内部存储器的传输。当主程序发出数据传输命令及FIFO向CPU发出中断请求时,该程序被调用。图6为软件接口流程图。接口软件在CCS集成环境下,用TIC6x C语言编写而成。实际完成的AD6644与C6211 DSK接口能实现AD6644与C6211DSK之间30M50M wordss的数据传递,这是由C6211的主频所决定的。事实上,由于C6000系列DSP外部接口的兼容性,可以使用更高主频的DSP如300MHz,方便地实现系统的升级。在以往的信号处理中,我们直接用工控机处理采集下来的数据,在对数据进行处理分析的时候发现当信号环境复杂,信号密度很大时,工控机处理起来很吃力,性能指标往往达不到我们的要求。为了减轻在信号分选识别过程中PC机处理的负担,进一步提高处理信号的适时性,本方案将信号的预处理部分从中分离出来,交给数字信号处理器专门进行处理,并将处理后的信号传送给PC机进行分析,从而大大地减轻了PC机的工作量,让PC机有更