（信息与通信工程专业论文）基于adsp21xx评价板的简易开发系统的研究及实现.pdf

a b s t r a c t d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gi saf o c u so ft h es t u d yi nt h ec o m m u n i c a t i o na r e a u pt o n o w , t h et e c h n i q u eo fd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gh a sb e c o m ean e wt e c h n i q u ef i e l da n da i n d e p e n d e n ts u b j e c t u s i n gs p e c i a lo rg e n e r a ld i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ( d s p ) t oa n a l y z e ， d i s t i l l ，t r a n s f o r ms i g n a li nc o m m u n i c a t i o na r e ah a sb e e nr a p i d l yd e v e l o p p e da n d w i d e l ya p p l i e d w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dp o p u l a r i z eo fd s p ，t h ed e v e o p m e n tt o o l s o fd s pa r ep u tf o r w a r dm o r ea n dm o r e m o r ec o n v e n i e n c e ，m o r ep r a c t i c a b l ea n d c h e a p e rd e v e l o p m e n tt o o l sa r ec o m m o n l yr e q u i t e db yd s pd e v e l o p e r m yp r i m a r y t a s ki ss t u d y i n gas e to fc o n v e n i e n t ，u s e f u la d s p 21x xf a c i l i t yd e v e l o p m e n ts y s t e m b a s e do na d s p 2ix xe v a l u a t eb o a r dp r o v i d e d b ya n a l o gd e v i c el n c d u r i n gt h e p e r i o do fc o m p l e t i n gt h i sd i s s e r t a t i o n ，t i l ef o l l o w i n gh a sb e e nd o n e f i r s t l y ，t h ea d s p 2 1x xf a c i l i t yd e v e l o p m e n ts y s t e mh a sb e e nt u r n e dt or e a l i t y b a s e do na d s p 2ix xe v a l u a t eb o a r d b ys t u d y i n gt h em o n i t o rp r o g r a mo ne v a l u a t e b o a r da n dm o n i t o rs o f t w a r eo ai c ，w ec a l lt u r nt i l ea d s p 2 1 x xf a c i l i t yd e v e l o p m e n t s y s t e mw i t hd e v e l pa n dd e b n gf u n c t i o n si n t or e a l i t y s e c o n d l y ，as i n l p l es y s t e mo fa d s i 218 1i sd e s i g n e d w ed e v e l o p p e das i m p l e s y s t e mw i t l la d s p 2 18ia n dl e a s tp e r i p h e r a le q u i p m e n t s i tc a nb e u s e di nm a n y d i f f e r e n ta p p l i c a t i o n sa n di tc a l la l s ob e u s e da sf a c i l i t yd e v e l o p m e n ts y s t e mo f a d s p 21x x t h es i m p l es y s t e mo fa d s p 2i81 i sn o to n l yh a v eu s e v a l u et od s p a p p l i c a t i o nu s e r sb u ta l s oh a v eg r e a t eu s e v a l u et oa d s p 2 1x xs o f t w a r ed e v e l o p e r s 【k e yw o l d 】d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o rd c 、c l o l n n c n ts y s t e mm o n i t o rp r o g r a m 第1 i 贞 国防科学技术人学研究生院学位论文 第一章绪论 1 1 数字信号处理器及其开发工具现状 1 1 1d s p 发展现状 数字信号处理牛对于模拟信号处理有很大的优越性，表现在精度高、灵活性 大、可靠性商、易于大规模集成等方丽：随柞人们对实时信号处理要求的不断提 高和大规模集成l 包路技术的迅速发展数字信号处理技术也发生着日新月异的变 革。 随着信息技术的发展，数字信号处理器( d s p ) 性能的迅速提高和成本价格 的大幅下降，以d s p 为基础的实1 1 寸数字信号处理技术正在迅猛发展。d s p 的应 用范围不断扩大，成为当前产量和销售增长最快的电子产品之一，现已用于图像 处理技术、语声处理、智能化仪表、生物医学与工程、通信、自动控制系统等许 多新技术领域。d s p 。具有速度快、运算能力强、可扩展和集成度、性价比高等优 良特性，d s p 的应用几乎遍及了整个电子领域。 通用d s p ，特别是商性能通j 1 jd s p 的处理能力正在迅速提高，可以完成f i r 滤波、i i r 滤波、自适应滤波、f 阿及d f r i 、各利- 通信体制下的信号编解码等大 量常用数字信号处理任务i i 。 通用d s pf l j _ 4 - ：产厂家i i i 最有影响的越德州仪器公司( t e x a si n s t r u m e n t s ) 、 奖网模拟器件公司( a n a l o gd e v i c e s ，l n c ) 、朗讯公司( l u c e n tt e c h n o l o g i e s ) 、 摩托罗拉公司( m o t o r o l a ) ，其- l ，德州仪器公亍i j 和模拟器件公司的d s p 产品系列 最全，德州仪器公司的t m s 3 2 0 系列和模拟器件公司的a d s p 系列，是目前d s p 器件的主流的两大系列。d s p 具有两种基本的算术结构：即定点和浮点。定点d s p 的特点是价格较为便宜，但字。民有限，运算精度稍低，编程稍复杂；浮点d s p 的 主要特点是运算精度高，动态范围大，但价格偏高，主要用在高性能的信号处理 场合。美国模拟器件公司( a d i ) 铂：数字信号处理技术上居于世界领先地位，它 的d s p 产| l - l ，- 日分为定点数字信号处雕器a d s l 2 1 x x 系列、浮点数字信号处理器 a d s p 2 i x x x 系列雨j f a 合信号处删器a d s p 2 l m s p 5 x a 系列三大类川。另外，根 折：我们多年来的使用实践表明模拟器什公司的产 l i i 具有系列化、简单易学、编 程使川方便等优点 1 1 2d s p 开发工具简介 工程实践- l 应用d s p ，首先必须进行系统歼发。各d s p 生产厂家都推出了 有利于自己的d s p _ 丌发的丌发系统和集成化的软件开发环境。d s p 的系统开发 过程如图1 一l 所示1 2 i ： 笫i 贝 国防科学技术人学研究生院学位论文 第一章绪论 1 1 数字信号处理器及其开发工具现状 1 1 1d s p 发展现状 数字信号处理牛对于模拟信号处理有很大的优越性，表现在精度高、灵活性 大、可靠性商、易于大规模集成等方丽：随柞人们对实时信号处理要求的不断提 高和大规模集成l 包路技术的迅速发展数字信号处理技术也发生着日新月异的变 革。 随着信息技术的发展，数字信号处理器( d s p ) 性能的迅速提高和成本价格 的大幅下降，以d s p 为基础的实1 1 寸数字信号处理技术正在迅猛发展。d s p 的应 用范围不断扩大，成为当前产量和销售增长最快的电子产品之一，现已用于图像 处理技术、语声处理、智能化仪表、生物医学与工程、通信、自动控制系统等许 多新技术领域。d s p 。具有速度快、运算能力强、可扩展和集成度、性价比高等优 良特性，d s p 的应用几乎遍及了整个电子领域。 通用d s p ，特别是商性能通j 1 jd s p 的处理能力正在迅速提高，可以完成f i r 滤波、i i r 滤波、自适应滤波、f 阿及d f r i 、各利- 通信体制下的信号编解码等大 量常用数字信号处理任务i i 。 通用d s pf l j _ 4 - ：产厂家i i i 最有影响的越德州仪器公司( t e x a si n s t r u m e n t s ) 、 奖网模拟器件公司( a n a l o gd e v i c e s ，l n c ) 、朗讯公司( l u c e n tt e c h n o l o g i e s ) 、 摩托罗拉公司( m o t o r o l a ) ，其- l ，德州仪器公亍i j 和模拟器件公司的d s p 产品系列 最全，德州仪器公司的t m s 3 2 0 系列和模拟器件公司的a d s p 系列，是目前d s p 器件的主流的两大系列。d s p 具有两种基本的算术结构：即定点和浮点。定点d s p 的特点是价格较为便宜，但字。民有限，运算精度稍低，编程稍复杂；浮点d s p 的 主要特点是运算精度高，动态范围大，但价格偏高，主要用在高性能的信号处理 场合。美国模拟器件公司( a d i ) 铂：数字信号处理技术上居于世界领先地位，它 的d s p 产| l - l ，- 日分为定点数字信号处雕器a d s l 2 1 x x 系列、浮点数字信号处理器 a d s p 2 i x x x 系列雨j f a 合信号处删器a d s p 2 l m s p 5 x a 系列三大类川。另外，根 折：我们多年来的使用实践表明模拟器什公司的产 l i i 具有系列化、简单易学、编 程使川方便等优点 1 1 2d s p 开发工具简介 工程实践- l 应用d s p ，首先必须进行系统歼发。各d s p 生产厂家都推出了 有利于自己的d s p _ 丌发的丌发系统和集成化的软件开发环境。d s p 的系统开发 过程如图1 一l 所示1 2 i ： 笫i 贝 国防科学技术人学研究生院学位论文 图1 1d s p 刀i 发流程 d s p 的系统开发首先是_ ：= 发算法和定义结构、定义目标硬件。d s p 必须放置 在一个适当的能支持它工作的系统体系中去，即要有正确的目标硬件配置，这个 体系包含存储器资源和输入输u i 设备。其次是开发软件程序，用d s p 汇编语言 或借助于编译器和累加器的c 语言编程，从而得到源代码，目前手工编写汇编语 言效率更高，对于熟练掌握了d s p 汇编语言的软件开发人员，一般都采用手工 编写汇编语言，使其编写的“：编源代码得到进一步优化。d s p 必须用它的本机汇 编语言正确地编程，以执行它的固有功能，这巾问包括书写源程序代码，连接生 成可执行文件和多次调试。d s p 系统开发的第三步是调试软件程序，在具有真正 的中断输入，输：，真j f 的存储器资源。真正的d s p 速度的实际环境下测试d s p 及其目标代码。d s p 系统丌发的最终目的足，r 发自己的d s p 应用系统，在系统 开发的最后阶段必须在目标系统r f i 进行调试，在p r o m 或e p r o m 中烧制最后 的目标代码，d s p 和p r o m 集成在e l 标系统r f i t i 这样就完成了整个d s p 系统开 发的全部过程。 随着d s p 功能的不断复杂化以及对d s p 产品7 r 发周期不断缩短的要求，设 计调试d s p 系统越来越倚重二f 二d s pj l ：发系统和调试工具。开发系统和调试工具 为设计者建立了一个良好的，i ：发环境，可以搬方便地对软、硬件进行跟踪和调试。 各个d s p 厂家推出了众多型号的d s p ，都抛供了类似的，r 发调试工具，大致来 说有以一f j l i , i , i 1 1 2 1 1 ： ( 1 ) i 啸i 级i 晤南编泽器( c o m p i l e r ) j 1 1d s p 汇编语言编? ；、测试程序难度人，j , j j l l l1 支，为此通常都提供了高级 语言设计方法，一般足c 语者。t l j - 二c 语者f i , j 通_ i = i j 性，越来越多的d s p 应用它， 采用c 语言进行开发，通常采川主机一目 i ，j 诩l 的方法，在主机上编写c 语言程 第2 贞 序，然后借助于“c 语言交叉编译器”形成d s p 汇编语言文件，再经由“汇编 交叉编译器”产生日标文件，这样产：k v , j i - 7 标码即可在目标机的d s p 上运行。 开发系统必须提g , l i 对d s p 的库函数和头文件，当处理用c 语言编写的程序时， 会用到这些与标准c 库同名的库函数，生成汇编语言，这一步称为编译。c 编译 方法易学易用，但编译出的汇编程序比手： 汇编程序长得多，因而效率较低，常 常只能达到l o 3 0 。 为克服c 编泽器的低效牢，在捉供标准c 库函数的同时，丌发系统也提供 了许多常用运算的高效库函数，例如f l f 、扪关、矩阵运算等，这些库函数都是 手工汇编的，带有高级语言调 l i 返回接口，川户也可以按照调用接口规约，自行 编写、生成特定的库函数。 ( 2 ) 汇编、连接器( a s i n & l i n k e r ) 开发系统配备的汇编、连接器( l i n k e r ) l j 功能就是将用d s p 汇编语言编写 的程序编译成d s p 目标代码并将主程序和各个库函数或予程序链接在一起，形 成d s p 目标代码。目标代码以可重定位的方式生成，没有绝对的存储器地址， 代码按不同的类型分配在不同的存储区。当生成的目标码用于软件仿真并在主机 环境下运行埘，各种类型的代码一般都被分配在主机的同一个r a m 区域。丽当 目标码在目标机上运行时，4 u i - q f f , j 各个部分应分配到目标机的各个部分的存储器 中，包括快速的s r a m ，较慢的d r a m ，d s p 内的r a m 禾ir o m ，外部的r o m 和非易失的r a m 等，以及诸如寄存器、f i f o 、串行口、计数器等如同存储器一 样的定址的硬件单元。所有这些存储区的分配都由连接器来完成。 ( 3 ) 软件模拟器( s i m u l a t o r ) 由于交叉编译所产生的d s p 代码不能在主机上运行，因此必须采用软件模 拟器，进行模拟调试，从而完成测试及d s p 程序开发。软件模拟器可以在主机 上非常逼真地模拟d s p 操作，因而可以如同在d s p 上一样执行d s p 代码。使用 时还需要模拟存f i 器及i 0 环境，使它们尽可能地与实际的d s p 目标环境一致。 软件模拟器对于开发d s p 算法。设计程序流以及系统集成都非常有用。在 主机的优良环境下，用软件模拟的办法可以对信号处理的各种应用作有效的分 析。但是这利，软件模拟的环境与目标机的待定硬件环境相隔离，故它有很大的局 限性。不过软件模拟作为调试过程的第一步仍然不失为一利r 卜分有用的方法。 软件模拟器是一种脱离坝什的纯软件仿爽工具，它将程序代码加载后，在一 个窗口：l 二作环境内，可以模拟d s i ，的绝人多数操作，例如观察寄存器，存储器数 值、单步执行、殴霞断点、统计菜段程序的执行寸问等。相对于硬件仿真器，其 操作设鼹尽管简j n 但j e 功能具有局i 艇性。主要表现在不能模拟d s p 与外部设 备的相互动作，例如与外部有关的d m a 、外部等待、外部中断等，其运算速度 慢，对于在帮有嵌套循环的程序进行运行时，往往需要花费很长的时间去等待。 第3 负 国防科学技术火学研究生院学位论文 所以这些缺点是因为模拟器仅足对d s p ：i ! ! ；片功能的模拟。此外，以前常常受限 于工作5 p 台( 如p c 机) 行的i ；1 3 1 制一些模拟器所能加载的程序，数据有限。 ( 4 ) 评估套件( e v a l u a t i o n ) d s p 生产厂家提供的评估套件一般包括评估板和相应的开发软件。评估板作 为独立的硬件平台，可j n ：j 1 ：测试实时方式运行的应用程序：丌发软件可对用户的 发计进行定义、编码、渊试年演乃；。评估，公仆的优势是价格低廉、附带的例子程 序能对刚刚接触d s p 的) r 发人员提供帮助，仇一般只提供了软件模拟调试环境 不能进行硬件的弭线硼试。 ( 5 ) 硬件仿真器( e m u l a t o r ) 仿真器要工作必须有包含d s p 的硬件目标系统，通过特制电缆将装有仿真 软件，仿真卡的p c 机等平台与实际调试的目标系统连接起来，能真实地仿真程序 在实际硬件环境下的功能。仿真器的工作界砸与模拟器相类似，但具有更多的调 试功能，可对涉及硬件的功能，如中断、# 口操作等进行调试。 通用d s p 几乎都提供了仿真接口，t m s 3 2 0 、a d s p 系列以及更新的d s p 按 照j t a g 标准提供的j 1 a g 仿真口可以提供标准化的仿真功能。使多片相同，不同 的d s p 通过j 1 i a g 链被实时仿真。 ( 6 ) d s p , 1 1 ：发系统( d e v e l o p m e n ts y s t c l n ) 这是由厂家提供的一种包含d s p 、存f i f ；器、常用接口电路的电路板和相应软 件的软硬件系统，通常i 乜路板提供有仿真接口。当程序加载后，使用者有两种方 式来监测调试程序，一种是将此电路板插入计算机中，通过计算机的控制端口来 控制d s p 另一种是将仿真器接口连在此d s p 开发系统中，通过仿真口来控制 d s p 。d s p 开发系统适合于初学者学习和熟悉d s p 器件的应用，也可以预调试 在编程序。 ( 7 ) d s p 操作系统( o p e r a t i n gs y s t e m ) 随着应用程序的复杂性增加，汇编编程的难度越来越大，而同时应用新型d s p 的产品开发时间又必须缩短。为降低编程难度、提高设计效率，用户除了采用开 发板、仿真接口等调试手段外，还可以利用d s p 操作系统。 d s p 操作系统面向实时信号处理，具有易于设计、任务响应时间短等特点， 一般采用高级语言设计方法操作系统带：行t ，f ：多常用算法予程序和d s p 硬件设 铞的调厂玎函数。有的d s i ，生产一家或支持厂+ 家还挺供了这些高效子程序函数的 汇编源码，供用户根据需要修改，也允y i ：j i j j 、手工编写汇编子程序。这样用户通 过一个控制平台( 如p c 机) 就可以实时n 住控和凋试d s p 的处理程序。 尽管各个d s p 厂家推出了器种d s p ：岱”的丁i ：发及调试工具，其功能和操作 方法各有千秋，但其根本日的是相同的，那就足尽可能地满足用户使用和开发d s p 芯片的要求。在众多的，r 发及调试： 具中。要数丌发系统最能够方便用户。d s p 筇4 贝 器件的不断推陈出新，各厂家推出的开发系统也是层出不穷。除了d s p 厂家推 出的开发系统之外，许多的d s p 开发商以及d s p 应用和研究机构也纷纷研制适 合于自己需要的d s p 开发系统。另外，随着操作系统和软件开发环境的不断变 化，同一d s p 器件的开发系统也不断地更新换代，以更方便地满足用户的使用。 1 2 基于a d s p 2 i x x 评价板的a d s p 2 1 x x 的简易开发系统 1 2 1a d s p 2 l x x 和a d s p 2 1 8 l 信号处理是剥现实世界信号的抽墩、分析、变换、综合等各种处理过程的总 称。信号处理可分为模拟信号处理和数字信号处理两大类。近2 0 年来，由于集 成电路技术和计算机技术的发展，使数字信号处理在各个应用领域起着越来越大 的作用。数字信号处理技术在精确度、稳定性、灵活性、可靠性等方面都远远超 过了模拟信号处理技术。 a d s p 2 1 x x 系列处理器a d i 生产的1 6 位定点d s p ，它是对数字信号处理应 用及其它高速数值处理应用进行优化的单片微型计算机这些定点处理器具有包 括计算单元、数据地址产生器和程序定序器的公共内核( 图1 - - 2 ) 。a d s p 2 1 x x 定点d s p 系列内的各种处理器是指令级兼容的。它们的区别在于各种处理器具 有不同的存储器容量和i o 容量以及它 f f j n 具有的特定的功能。例如内部数据和 程序存储器r a m 、可编j 翟定时器、f ：| ；行端口( s p o r t ) 以及主机接口端口( h i p ) 。 a d s p 2 1 x x 系列处理器采用高速亚微米双层金属c m o s 工艺制造，最大指令速 度可达3 2 0 m 1 p s i “i 。 厂、 地址产生 程序 l d a g li d a g 2 i 控制器 t i “ 一 一 上程序存1i l i a 地址总线 1 1 数据存一l 区地址总拽 1程序存e 区数据总线： ：一 趣擐盔】 区盎撂总蟪 运算单元 【坐lf m a c l 【s ii i f 1 1 e 刚 l 图1 - - 2a d s p 2 1 x x 基本结构 第5 页 器件的不断推陈出新，各厂家推出的开发系统也是层出不穷。除了d s p 厂家推 出的开发系统之外，许多的d s p 开发商以及d s p 应用和研究机构也纷纷研制适 合于自己需要的d s p 开发系统。另外，随着操作系统和软件开发环境的不断变 化，同一d s p 器件的开发系统也不断地更新换代，以更方便地满足用户的使用。 1 2 基于a d s p 2 i x x 评价板的a d s p 2 1 x x 的简易开发系统 1 2 1a d s p 2 l x x 和a d s p 2 1 8 l 信号处理是剥现实世界信号的抽墩、分析、变换、综合等各种处理过程的总 称。信号处理可分为模拟信号处理和数字信号处理两大类。近2 0 年来，由于集 成电路技术和计算机技术的发展，使数字信号处理在各个应用领域起着越来越大 的作用。数字信号处理技术在精确度、稳定性、灵活性、可靠性等方面都远远超 过了模拟信号处理技术。 a d s p 2 1 x x 系列处理器a d i 生产的1 6 位定点d s p ，它是对数字信号处理应 用及其它高速数值处理应用进行优化的单片微型计算机这些定点处理器具有包 括计算单元、数据地址产生器和程序定序器的公共内核( 图1 - - 2 ) 。a d s p 2 1 x x 定点d s p 系列内的各种处理器是指令级兼容的。它们的区别在于各种处理器具 有不同的存储器容量和i o 容量以及它 f f j n 具有的特定的功能。例如内部数据和 程序存储器r a m 、可编j 翟定时器、f ：| ；行端口( s p o r t ) 以及主机接口端口( h i p ) 。 a d s p 2 1 x x 系列处理器采用高速亚微米双层金属c m o s 工艺制造，最大指令速 度可达3 2 0 m 1 p s i “i 。 厂、 地址产生 程序 l d a g li d a g 2 i 控制器 t i “ 一 一 上程序存1i l i a 地址总线 1 1 数据存一l 区地址总拽 1程序存e 区数据总线： ：一 趣擐盔】 区盎撂总蟪 运算单元 【坐lf m a c l 【s ii i f 1 1 e 刚 l 图1 - - 2a d s p 2 1 x x 基本结构 第5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 a d s p 2 1 x x 系列处理器的计算单元由三个独立部分组成，即算术逻辑单元 ( a l u ) 、乘法器一累加器( m a c ) 和桶形移位器( b a r r e ls h i f t e r ) 。计算单元可 直接处理1 6 位的数据并支持多精度计算。其巾，算术逻辑单元负责标准的算术 逻辑操作，乘法器一累加器负责单周期乘法、乘一累加和乘一累减操作，移位器 负责算术和逻辑移位、规格化( n o r m a l i z i n g ) 、逆规格化( d e n o r m a l i z i n g ) 和提 取指数操作( d r i v ee x p o n e n to p e r a t i o n ) 。移位器也用于数值格式控制，包括多字 浮点表示。芯片内部的结果总线( rb u s ) 直接连接各计算单元，使任一计算单 元的输t 1 1 又町成为下一时钟用j 9 j 另一个计竹m 元的输入 程序定序器支持单周j 9 j 条件转移、子程序调用和返回。由于有内部循环计数 器和循环堆栈， ：a d s p 2 1 x x 系列处理器可执行零刀销的循环代码而不需要保持 循环的直接转移指令。诱个数据地址产生器( d a g ) 用于对双操作数同时提供存 取地址( 从数据存储器和程序存储器) 。环形缓冲器通过串行端口与内部存储器 进行自动数据传输。 j 笛片内部共有5 组内部总线以保砒岛效的数据传输。它们是程序存储器地址 ( p m a ) 总线、程序存储器数据( p m d ) 总线、数据存储器地址( d m a ) 总线、 数据存储器数据( d m d ) 总线和结梁( r ) 总线。 a d s p 2 i x x 系列处理器按哈佛结构将存储器分成数据存储器( d m ) 和程序 存储器( p m ) 。数据存储器保存数据，程序存储器保存程序和数据这样d s p 就可在一个时钊t 周期内读取两个操作数，一个操作数来自程序存储器，另一个操 作数来自数据存储器。对于没有内部存储器的d s p ，通过使用指令高速缓存仍可 达到很高的数据吞i 止率。 a d s p 2 1 x x 系列处理器的可编程定时器产生周期性的中断。1 6 位的计数寄 存器( t c o u n t ) 每n 个周 p j t - i 数减l ，n 1 是存储在一个8 位寄存器( t s c a l e ) 中的标定值。当计数寄存器的计数值到达零时产生中断信号。计数寄存器由1 6 位的周期寄存器( t p e r i o d ) 重新加载。 a d s p 2 i x x 系列处理器的f 行端口是进行串行通信和多处理器通信的同步串 行端口。其主要特点为： 双向每一个s p o r t 具有隔离的双缓冲发送和接收功能； 灵活的时钟方式每一个s p o r t 可使用外部串行时钟，也可由内部产生 自己的时钊i 帧方式s p o r t 对发送和接收功能有独立的帧信号。发送和接收都可在 无帧或在有内部或外部产生的帧同步信号时运行； 字长 每一个s p o r q 可支持的巾行数j l i ：字长从3 位到1 6 位： 硬件压扩每一个s p o r l 提供对c c i t t 推荐标准g 7 1i a 律及u 律压扩的 硬件支持 瓤6 负 国防科学技术大学研究生院学位论文 多通道能力s p o r t 0 能提供选择接收和发送2 4 字和3 2 字的分时多路串 行位流多通道接口。 主机接口端口( i l i p ) 足一个j l ：行i o 端i _ i 。通过h i p 可把d s p 作为一个存 储映像外设有主计算机访问。 l i p 是异步工作的，主计算机可在d s p 全速运行时 将数据写入d s p 。 a d s p 2 1 8 1 作为新一代商速数字信号处理器，是a d s p 2 1 x x 的典型代表，进 一步扩展了a d s p 2 1 x x 系歹0 产品的功能。在3 3 m i p s 的处理器中集成了定点处 理器最大容量的存储器，芯片上的8 0 k 字：协的r a m 配置为1 6 k 字的程序存储 器和1 6 k 字的数据存储器。芯片内部大容融i 认m 使a d s p 2 1 8 l 的工作不需要外 部存储器，从而降低了系统价格。它采用修正的哈佛结构，指令速率达到了 3 3 m i p s ! 。从资源上看，a d s p 2 18 l 含有8 0 k 字节的片内存储器，其中有1 6 k 个单位长为2 4 位的程序存储器r a m ，1 6 k 个单位氏为1 6 位的数据存储器r a m 。 a d s p 2 1 8 1 有三个独立的计算单元：算术逻辑部件( a l u ) 、乘法j j n 法器 ( m a c ) 和移位器( s h i f t e r ) ，其m a c 支持多精度和自动无偏差舍入，三个 独立的运算部件均可单周期操作。虽然输入数据为1 6 b i t ，但a d s p 2 1 8 i 提供了 更高精度运算的功能。a l u 除进行标准算术、逻辑运算外，还提供简易除法功 能。m a c 进行4 0 b i t 累加运算。s h i f t e r 支持算术，逻辑移位、归一化、取指数、 多字精度、块浮点等运算或数据格式。 程序控制器( p c ) 支持单周期的条件跳转、调用和返回，具有循环计数器和 循环堆栈，支持无附加丁i ：销的指令循环。两个地址产生器各有4 个地址指针，都 支持访问后变址操作、循环寻址方式。 a d s p 2 1 8 1 支持1 3 个中断，其巾6 个为外部中断( 一个沿触发，2 个电平 触发，另三个可设胃) 。可设胃优先级或屏蔽等，7 个内中断分别由定时器、串口 ( 4 个) 、b y t ed m a ( b d m a ) 及休眠电路产生。 串口工作方式多样，可以自带内, , t 9 1 , 9 f fr o i , 1 , ；可设置成无帧帧同步；字长 可设置为3 6 b i t ；可以按g 7 1l 标准自动作a 律或儿律压扩；发送接收完一个 字或一个段数据时都可产生中断；能以循环寻址方式发，收；串口0 支持t d m a 多通道( 2 4 3 2b i t 字宽) 收发。 a d s p 2 1 8 l 的j _ ! 令系统在原有的a d s p 2 1 0 0 的基础上增加了如下指令：位 冠位位取反，位测试：求5 1 ，方，偏移l i ) ( 批，无结果a l u 操作，i o 存储传送， 全局中断屏蔽。 为了提高芯片内部的存储器的存敬效率，a d s p 2 1 8 i 带有两个并行d m a 端 口。一个1 6 位的内部d m a 端口( i d m a ) i d m a 端口提供高速1 6 位接口，供 片内存储器的高速存取，使其能与系统总线或主机处理器进行双向数据传输。 i d m a 简化了d s p 与总线接口a s i c ：笛片，t l 女l t 在p c 机1 s a 总线上的a s i c 间 笫7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 的通信。8 位宽的字节d m a ( b d m a ) 端口为存储大量数据表和重叠程序的外 部低价存储器提供直接而低开销的接口。 作为属于a d s p 2 1 8 x 系列定点d s p 的a d s p 2 1 8 1 ，相对于其它定点d s p 的突出优点是片内高速存储器容量大、寻址能力强、运算速度快，对于需要较大 存储器( 4 0 8 0 k b ) 的应用，它可以构成设箭量最小的系统。 尽管1 6 b i t 定点数字信号处理器动态范i 羽远小于3 2 b i t 浮点d s p ，但其低成本、 低功耗的优点使其在通信、消费类f u 子产品小有巨大的市场。a d s p 2 1 8 l 的低功 耗( 3 3 v ) 型号可以采用电池供电，0 1 m w 的功耗特别适合于移动电话，便携终 端等无外电源的产品，体积也大大减小川。 1 2 2a d s p 2 1 x x 评价板 a d s p 2 l x x 评价板为a d i 提供的廉价的、入门级的a d s p 2 1 x x 评估套件硬 件，它能为刚刚接触d s p 系统的工程师提供帮助1 6 i 。每套a d s p 2 1 x x 评估套件 包括一块a d s p 2i x x 评价板和完整的软f - l ：j l ：发工具i l 。软件开发工具可对用户的 设计进行定义、编码、调试和演示。用户通过这一简单而通用的套件，不需要很 大的资金投入便可以了解d s p 技术。这套低价、高性能的评价开发系统具有以 下几个方面的用途：第一、评估美国模拟器件公司的a d s p 2 1 x x 系列的定点数 字信号处理器；第二、学习数字信号处理器的应用：第三、开发数字信号处理器 系统；第四、模拟、调试自己的应用程序：笫五、支持应用程序在实际系统中的 原型。 每一a d s i ，2 1 x xi ：f q i ! i 套件提供的软件包括基本的汇编程序、链接程序和仿 真工具以及c 编泳程序、c 席和c 源调试程序。a d s p 2 1 x x 评估套件主界面 程序是a d s p 2 i x x 开发系统中的人l j t x , t 话功能模块的操作。主界面程序在i b m 兼容p c 机上的w i n d o w s 下运行。主界面程序用来和a d s p 2 1 x x 评价板的通信。 该套件还带有一本d s p 应用手册( 带源代码软盘) ，一本介绍d s p 应用经验的实 验手册等。 a d s p 2 1 x x 评价板是独立的硬件平台，它提供了实时运行和测试应用程序 的硬件平台，可用于测试实时方式运行的应用程序。每一块a d s p 2 1 x x 评价板 都是一个完整的数字信号处理系统，它包括a d s p 2 1 8 l 、存储器和i o 端口。它 还带有一套用于演示各种语音和图形应1 j 的n j a , 程应用程序。 a d s i ，2 l x x 评价板包括俯有话筒输入和扬声器输出的音频编码解码器，适 用于语音处理。四通道8 位数模转换器端h i l l 于监控模拟信号输出。通常将其接 到示波器上。通过e z - l a b 评估板的总线扩展连接器和串行端口总线连接器实现 完全的存储器扩展和附加的i o 能力。 a d s p 2 1x x 评价板带有p c 主机接口，j l 门：下载数据和对评估板上的存储器 编码。e z l a b 评估板还带有一片a d l 8 4 7 双声道编码解码器，它可提供1 6 位 笫8 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 c d 音质的具有8 k h z 至4 8 k h z 可选采样速率的数字音频数据。 a d s p 2 1 x x 评价板包括带有话筒输入和扬声器输出的音频编码解码器 ( c o d e c ) a d l 8 4 7 ，适用于语音处理 1 2 3a d s p 2 1 x x 简易开发系统原理 使用美国模拟器件公司a d s p 2 1 x x 评估套件自带的软件模拟器( s i m u l a t o r ) 调试程序，操作设置虽然简单，但其功能具有局限性，主要表现在两个方面：第 一、a d i 提供的软件模拟仿真器软件调试功能强，但调试慢a d i 提供的软件模 拟仿真器软件是在d o s 环境下的软件仿真，在进行软件调试时，必须退出视窗 操作系统，如进行各种体制的语音算法的定点化等软件的调试，均要来回在 w i n d o w s 与d o s 间切换，给工作带来了很大的不便第二、e z - - k i t 可实时运 行d s p 程序，但原来提供的配套软件的调试功能弱，只能在软件调试完毕的基 础上进行d s p 可执行程序的运行、评估以及程序、数据的上传、下载，并不能 进行软件的调试工作。鉴于此，我们可以利用已有的评估套件，将a d i 提供的软 件模拟仿真器软件调试功能和e z k i t 可实时运行d s p 程序这两方面的优点结合 起来，重新开发a d s p 2 1 x x 评价板上的监控程序和装载、运行于p c 机上的可 视化调试模块，实现模拟器中的主要功能，从而可以得到a d s p 2 1 x x 的简易开 发系统。 a d s p 2 1 x x 简易开发系统的运行环境采用图1 3 所示的主机一目标机方 法，主机为p c 兼容机，目标机为a d s p 2 1 x x 评价板，通信接口采用r s 2 3 2 串 行通信电缆口1 。 图l 一3主机一目标机方法 简易开发系统的由两个主要部分组成：一是由a d s p 2 1 x x 评价板的所构成 的硬件平台及其运行在a d s p 2 1 x x 评价板上的监控程序，这是a d s p 2 1 x x 简易 开发系统的下位机部分；二是p c 机及其相应的监控软件，通过友好的可视化界 面操作，可以方便地进行a d s p 2 1 x x 系列定点数字信号处理器的软件开发和调 试，p c 机的鼠标、键盘、监视器，构成了软件开发与调试的人机对话功能，这 是a d s p 2 1 x x 简易开发系统的上位机部分。上位机和下位机通过r s - - 2 3 2 串行 电缆连接起来，形成了简易开发系统这样一个整体。 第9 贞 a d s p 2 1 x x 开发系统中p c 机的监控软件和a d s p 2 1 x x 评价板上的监控程 序是上位机p c 与下位机a d s p 2 1 x x 评价板相互联系不可缺少的部分通过p c 机的监控软件，选择相应的操作，p c 机的监控软件功能模块将a d s p 2 1 x x 的操 作命令通过p c 机的串行通讯口传送给a d s p 2 1 x x 评价板上的监控程序，监控 程序根据操作命令完成相应的操作和执行，并将操作和运行的结果通过r s 2 3 2 标准通讯口送至p c 机显示，供用户查询、修改或存盘。 ( 1 ) a d s p 评价板上的监控程序 a d s p 2 1 x x 评价板上的监控程序与p c 机的监控软件功能模块相互配合，共 同完成a d s p 2 1 x x 简易开发系统的各项调试功能，其主要功能包括：管理程序 存储器、管理数据存储器、管理寄存器、设鼹断点、单步运行、跟踪运行以及工 作模式设置、和上位机通信、理解上位机传递的命令、向上位机传输数据等。 a d s p 2 i x x 评价板上的监控程序存储于板上e p r o m 中，上电复位后，以 b d m a 方式自动地引导到片内存储器中监控程序采用a d s p 2 1 8 1 汇编语言编 写而成，各项功能的实现均由各功能模块搭制而成，结构紧凑、灵活，易于扩展， 可移植性强。根据以上叙述，监控程序的的主程序框图如图l 一4 所示。 启动程序 a n 八n - + 丫丫 初始化处理 串口通信状态执行功能l执行功能n 士 n 有中y 1 断l 吗， r1r 图l 一4a d s p 2 i x x 监控主程序流程 在主程序框图中，上电复位后，监控程序首先进行初始化处理，初始化处理 包括设a d s p 2 1 8 l 自检、初始化串口，屏蔽中断，子程序调用，定时器设置，工 作模式选择，外围芯片的初始化处理等初始化处理完毕后，即进入等待接收命 令状态。各项功能命令的执行可利用a d s p 2 1 8 l 的串口1 中断接收命令由p c 机和a d s p 2 1 8 1 之间的串口产生中断。若p c 机发出命令，则进入命令识别处理， 若命令为有效命令则进入相应的命令处理过程，命令处理完毕又进入中断接收命 翦i o 页 国防科学技术火学研究生院学位论文 令状态，准备一个命令指令堆栈，等待接收新的命令，对于断点运行，单步运行， 跟踪运行和脱机运行则不同于上述处理，需要进行监控程序的特殊处理，若命令 为无效命令则回到等待接收命令的状态，把信息反馈给p c 机。若无硬件故障， 除脱机运行进入用户程序脱离监控程序以外，其他命令的处理不会脱离监控状 态，处在监控程序的管理之中m ”。 ( 2 ) p c 机的监控软件w i n d o w s 环境下的d s p 监控程序l ”i 随着计算机技术的飞速发展，w i n d o w s ( 包括w i n d o w s 9 5 、w i n d o w s 9 8 、 w i n d o w s 2 0 0 0 、w i n d o w sn t 、w i n d o w sx i ，) 操作系统以e 友好的界面，灵活方 便的操作，日益成为p c 机的主流。因而给高速d s p 的开发调试环境以及应用跟 踪环境提出了更商的要求。目前最为流行的w i n d o w s 操作系统为w i n d o w s 9 8 、 w i n d o w s 2 0 0 0 、w i n d o w sn t 。为了广泛地适用于不同操作系统，w i n