（通信与信息系统专业论文）基于通用平台的数字移动通信手机基带算法研究与开发.pdf

东 北大学硕士学位论文摘要 基于通用平台的数字移动通信手机基带算法研究与开发 摘要 随着我国自 主研发的第三代数字移动通信标准时分一同步码分多址复用 ( t d - s c d ma )各项技术的不断成熟和3 g 商业化进程的不断加快，我国对数字 移动通信理论的研究将更加深入，为了适应我国移动通信事业的发展，木论文提 出了将算法理论研究与s . 台升发相结合的思想，希望在现有实验条件允许的情况 下， 深入地进行数字移动通信基带算法的理论研究和应用开发。 本沦文的工作主要集中在两个方面:一个是硬件平台设计，另一个是语音压 缩编解码算法的初步研究和基于t m s 3 2 0 v c 5 4 0 9 d s p 的算法井发。 对丁硬件平台设计，设计思想来源于一个本地和远程监控系统设计与实现的 嵌入式开发项目，平台原理图设计主要参考 t i 公司的t ms 3 2 0 v c 5 4 0 2 d s k 发 套件和 o ma p 1 5 1 0 ,在平台设计中本论文主要负责 d s p部分的设计，日前 d s p 部分的电路原理图和p c b图己经完成，整个平台的硬件测试工作【 l : 在进1 j 。此平 台将主要用于数字移动通信手机基带算法开发。 对于基带算法，本论文较深入地探讨了语音压缩编解码算法的理论和基于 f l 实时嵌入式操作系统 d s p / b i o s的算法开发过程，主要参考 g s m 手机的规则脉 冲激励一长时预测 ( r p e - c c p )算法标准，目前 r p e - l t p算法的线性预测和短a l 滤波模块己经在 t ms 3 2 0 v c 5 4 0 2 d s k板上调试通过，并用 ma t l a b仿真模型进行 了解码分析。 本论文题日着似侧重算法研究和开发，但实际上它是集平台设计、算法仿真 分析和算法平台实现于一体的过程。因此，本论文所讨论的r p e - l t p算法开发， 只是作为一个特例，以此给出一个基带算法从提出、模拟仿真到平台实现的全部 过程，从而为那些将要进t j -) l 带算法研究和开发的人员提供有价值的参考。 关键g il :时分一同步码分多址复川，d s p 算法) l 发，规则脉冲激励长时顶测， d s p / b i o s实时嵌入操作系统 一 目一 东北大学硕士学位论文 abs trac t t h e b a s e b a n d a r i t h me t i c s t u d y a n d d e v e l o p me n t o f d i g i t a l mo b i l e t e l e p h o n e b a s e o n u n i v e r s a l p l a t f o r m ab s t r a c t a s t h e m a t u r e o f t i m e d iv i s i o n - s y n c h r o n i z a t i o n c o d e d i v i s i o n mu l t i - a c c e s s ( f d - s c d m a ) t e c h n o l o g y a n d t h e e x p a n s i o n o f t h e c o m m e r c e o f t h e t h i r d g e n e r a t i o n m o b i le c o m m u n i c a t i o n , t h e s t u d y i n d i g i t a l m o b i l e c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y w i l l g o d e e p i n o r d e r t o a d a p t t h e d e v e l o p m e n t o f t h e c o m m u n i c a t i o n p r o j e c t o f o u r c o u n tr y t h i s a r t i c l e p r o p o s e a n i d e a o f i n t e g r a t i n g t h e a r i t h m e t i c s t u d y w i t h t h e p l a t f o r m i m p l e m e n t ,t h e p u r p o s e o f t h i s a r t i c l e i s t o d o r e s e a r c h o n b a s e b a n d a r i t h m e t i c s t u d y a n d a p p l i c a t i o n d e v e l o p m e n t i n t h e c o n d i t i o n o f t h e l i m i t e d e x p e r i m e n t e n v i r o n m e n t . t h i s a r t i c l e h a s t w o t a s k s , o n e i s t h e d e s i g n o f h a r d w a r e p l a t f o r m , t h e o t h e r i s t h e s t u d y i n s p e e c h c o m p r e s s c o d i n g o f d i g i t a l m o b i l e c o m m u n i c a t i o n b a s e b a n d a r i t h m e t i c a n d th e d e v e l o p m e n t o f r p e - l t p a r i t h m e t i c b a s e o n t ms 3 2 0 v c 5 4 0 9 d s r f o r h a r d w a r e p l a t f o r m d e s ig n , t h e i d e a c o m e s f r o m a n e m b e d e d s y s t e m p r o j e c t n a m e d t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t f o r a l o c a l a n d r e m o t e m o n i t e r , t h e d e s i g n o f t h e s c h e m a t i c t h i s a r t i c l e h a s r e f e r e n c e d t o i s t i s t ms 3 2 0 v c 5 4 0 2 d s k a n d o ma p 1 5 1 0 . 1 n t h i s p r o j e c t , t h i s a r t i c l e t a k e s t h e c h a r g e o f t h e p o r t i o n d e s i g n o f d s p b y n o w , t h e p c b f i g u r e h a s b e e n f i n i s h e d , a n d t h e t e s t o f t h e h a r d w a r e s y s te m i s b e i n g d o n c .t h is p l a tf o r m w i l l b e u s e d f o r t h e d e v e l o p m e n t o f b a s e b a n d a r i t h m e t i c o f d i g i t a l m o b i l e t e l e p h o n e . f o r b a s e b a n d a r i t h m e t i c , t h i s a r t i c l e d e e p l y d i s c u s s t h e th e o r y o f s p e e c h c o m p r e s s c o d e r / d e c o d e r a n d t h e p r o c e s s o f a r i t h m e t i c d e v e l o p m e n t b a s e o n d s p / h i o s w h i c h i s a r e a l t i m e e m b e d d e d o p e r a t e s y s t e m f o r t i d s p .t h i s a r t i c l e r e f e r e n c e s t o g s m s p e e c h c o d e r s t a n d a r d - r p e - l t p ( r e g u l a r p u l s e e x c i te m e n t - l o n g t i m e p r e d i c t i v e ) .b y n o w t h i s a r t i c l e h a s f i n is h e d t h e l i n e p r e d i c t i v e a n a l y s i s m o d e l a n d t h e s h o r t t i m e f i l te r m o d e l ,a n d h a s u s e d m a t l a b m o d e l t o a n a l y s e t h e d a t a . t h e s u b j e c t o f t h i s a r t i c l e s e e m s t o e m p h a s i z e o n t h e s t u d y a n d d e v e l o p m e n t o f b a s e b a n d a r i t h m e t i c ,b u t i n f a c t , i t i n t e g r a t e s th e d e s i g n o f h a r d w a r e w i t h t h e s i m u l a t i o n a n d t h e d e v e l o p m e n t o f a r i t h m e t ic , r p e - l t p o n l y i s a n e x a m p l e w h i c h i s u s e d t o g i v e t h e w h o l e p r o c e s s o f b r i n g i n g a n a r i t h m e t ic , s i m u l a t i n g i t a n d i m p l e m e n t i n g i t o n h a r d w a r e p l a t f o r m .t h i s a r t i c l e w i l l g iv e s o m e v a l u a b l e r e f e r e n c e s t o t h o s e w h o w i l l e n g a g e i n t h e d e v e l o p m e n t o f b a s e b a n d a r i t h m e t i c . - m - 东北大学硕士学位沦文 a t 3 s tr人ct k e y w o r d s : t i m e d i v i s i o n - s y n c h r o n i z a t i o n c o d e d i v i s i o n mu l t i - a c c e s s , t h e a r it h m e t i c d e v e l o p m e n t o f d i g it a l s i g n a l p r o c e s s , r e g u l a r p u l s e e x c i t e m e n t - l o n g t i m e p r e d i c t i v e , d s p / b 1 0 s r e a l t i m e e m b e d e d o p e r a t e s y s t e m - i v一 一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导帅的指导卜 完成的。论文中取 得的 ) f 究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料 一 。 与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均己在论 文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名: 日期: 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使川学 位论文的规定 复印件和磁盘 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 允许论文被查阅和借阅。木人授权东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网_ 】二 交流，请在下方签名;否则视为不同 意。) 学位论文作者签名 签字日 期: ，矽 刃几 1:万 w. 叮 导师签名 签字日期: 和枷 协 训了 ! 、 ， 东北大学硕士学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1蜂窝移动通信概述 蜂窝移动通信是 2 0世纪经济发展、交通运输与通信技术.留 速发展的产 物。 从 1 9 7 8 年第一代模拟蜂 窝移动通信系统出 现至今， 经过2 0多年， 蜂 窝移 动通信得到了飞速的发展。蜂窝移动通信经历了模拟蜂窝移动通信、低速数字 蜂窝移动通信和高速多媒体数字蜂窝移动通信三个发展阶段，因此，在进入木 论文主题之前有必要对这三个阶段蜂窝移动通信系统的特点给出概括介绍。 第一代蜂窝移动通信简称 i g ，以 1 9 7 8年美国贝尔实验室研究开发的模拟 蜂窝移动通信系统 a mp s为标志。同时，各国也分别开发了自己的第一代蜂窝 移动通信系统，表1 . 1 给出了 第一代蜂窝移动通信主要标准的系统参数i i i 。 我国 首 个t a c s制式的模拟移动电话系统也 与 1 9 8 7 年建成12 1第一代模拟蜂窝移动 通信山于频谱利用率低、价格昂贵、设备复杂、通话质量差、容量有限、制式 较多、兼容性差、保密性差、不能提供数据业务等缺点，日前已经11木被数字 蜂窝移动通信所取代。 表 1 j 第一代蜂窝移动通信系统各个标准的主要系统参数 t a b l e 1 . 1 t h e m a i n p a r a m e t e r s o f 1 g m o b i le c o m mu n i c a t i o n s v s t e m 各项指标am p s nmt 4 5 0 n mt 9 0 0nt t t acs 信道数2x41 6 l 8 0 1 9 9 92x5 0 0 2x5 0 0 小!x . 半径/ k m2 - 8 01 -4 0 0 . 5 2 02 - 2 0 2 - 2 0 频率复用因子7 , 1 27 , 1 2 9 , 1 29 , 1 2 4 , 7 , 1 2 , 2 1 _ l 行频段/ mh z8 2 5 - 8 4 5 4 5 3 - 4 5 7 . 5 8 9 0 9 1 58 6 0 8 8 5 8 9 0 - 9 1 5 h fi 1 频段/ mh z8 7 0 - - 8 9 04 6 3 - 4 6 7 . 5 9 3 59 6 0 9 1 5 - 9 4 09 3 5 9 6 0 信道ffl l 隔/ k h z 3 0 2 5 1 2 . 52 5 2 5 j 1 站发射功率/ w1 0 05 0 1 0 02 5 1 0 0 移动台发射功率/ w 3 1 5 g 57 标准，山西欧邮电管理会议 c e p t于 1 9 8 2年成立的移动通信特别组 c s m 制 定，乡 卜 于 1 9 8 8年公布。美国电子工业协会 e i a在美国电话电报公司a t 数字接口 包括系统 接口、 s i m卡接口 、 测试接口、 e e p r o m接口、 存储器接口 ;人机接口 包括显示 器接口、键盘/ 背光接口。下面分别给出各个接口的实现功能。 ( 1 )模拟接口 语音输入/ 输出接口:用于麦克风、扬声器、蜂鸣器、免提等。 射频控制接口:产生用于射频控制的模拟量如a g c , a f c , a p c等。 辅助接口:用于电池电量、电 池温度等模拟量的采集。 ( 2 )数字接口 系统接口:完成数据通信、数字音频测试、 程序的下载等功能。 s i m 卡接口:用来驱动外部的 s i m 卡，经过特定的电平变换后， 此接口可 驱动3 v卡、5 v卡、3 / 5 v兼容卡。 测试接口:利用芯片的边界扫描寄存器来达到测试的目 的，此测试可确定芯 片是否完成所要求的功能、各个功能模块是否正常以 及整机是否正常工作。 e e p r o m 接口 : 主要存 储用户数 据和射频参数， 如手 机识别 码( i m e i ) 、 语言 选择、键盘锁、双音多频的开/ 关和射频的校准参数等。 存储器接口: r o m 接口 主要用来连接存储程序的存储器 f l a s h r o m， 在 f l a s h r o m 中 通常 存储 l a y e r l , l a y e r 2 , l a y e r 3 , m m i 和应用 层的 程序， r a m 接u 主要用来连接存贮暂 存数据的静 态r a m ( s r a m ) , ( 3 )人机接口 显示器接口:用来连接串口/ 并口 液晶 显示器( l c d ) 的驱动器。 键盘/ 背光接口:用来连接键盘和背光灯。 2 .2 .3数字移动通信手机基带语音信号传输流程 在介绍数字蜂窝移动通信手机基带芯片组成之前，首先给出基带语音信号的 传输 流 程(9 ) ， 如图2 .2所 示， 通过 对基 带 语 音信 号 传 输 流程的 介 绍，能 够 大 致了 解基带芯片将要实现的基带算法的相关信息，从而引出基带芯片的组成。 - - 9 一 东北大学硕士学位论文第二章 通用平台 设计 信号处理算法。 2 . 2 . 2 . 4调制/ 解调器实现功能 调制/ 解调器主要完成蜂窝移动通信系统所要求的 o m s k , b p s k , q p s k 等调制/ 解调算法。 2 . 2 .2 .5接口模块实现功能 接口模块包括三个部分，分别为模拟接口、数字接口和人机接口。其中，模 拟接口包括语音输入/ 输出接口、射频控制接口 和辅助接口;数字接口 包括系统 接口、 s i m卡接口 、 测试接口、 e e p r o m接口、 存储器接口 ;人机接口 包括显示 器接口、键盘/ 背光接口。下面分别给出各个接口的实现功能。 ( 1 )模拟接口 语音输入/ 输出接口:用于麦克风、扬声器、蜂鸣器、免提等。 射频控制接口:产生用于射频控制的模拟量如a g c , a f c , a p c等。 辅助接口:用于电池电量、电 池温度等模拟量的采集。 ( 2 )数字接口 系统接口:完成数据通信、数字音频测试、 程序的下载等功能。 s i m 卡接口:用来驱动外部的 s i m 卡，经过特定的电平变换后， 此接口可 驱动3 v卡、5 v卡、3 / 5 v兼容卡。 测试接口:利用芯片的边界扫描寄存器来达到测试的目 的，此测试可确定芯 片是否完成所要求的功能、各个功能模块是否正常以 及整机是否正常工作。 e e p r o m 接口 : 主要存 储用户数 据和射频参数， 如手 机识别 码( i m e i ) 、 语言 选择、键盘锁、双音多频的开/ 关和射频的校准参数等。 存储器接口: r o m 接口 主要用来连接存储程序的存储器 f l a s h r o m， 在 f l a s h r o m 中 通常 存储 l a y e r l , l a y e r 2 , l a y e r 3 , m m i 和应用 层的 程序， r a m 接u 主要用来连接存贮暂 存数据的静 态r a m ( s r a m ) , ( 3 )人机接口 显示器接口:用来连接串口/ 并口 液晶 显示器( l c d ) 的驱动器。 键盘/ 背光接口:用来连接键盘和背光灯。 2 .2 .3数字移动通信手机基带语音信号传输流程 在介绍数字蜂窝移动通信手机基带芯片组成之前，首先给出基带语音信号的 传输 流 程(9 ) ， 如图2 .2所 示， 通过 对基 带 语 音信 号 传 输 流程的 介 绍，能 够 大 致了 解基带芯片将要实现的基带算法的相关信息，从而引出基带芯片的组成。 - - 9 一 东北大学硕士学位论文第二章 通用平台 设计 基带语音信号传输流程分为上行链路和下行链路，下面以 g s m 手机为例， 介绍了上行链路中语音信号的传输流程。 语音语音 个 语音编码 卷积码 i - - - 一 - 、c r c 编 信道解码 信道编码 码、t u r b o r 码 鲤i i - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . j 解 调 图2 . 2手机基带语音信号传输流程 f i g .2 . 2 t h e t r a n s m i s s i o n fl o w o f b a s e b a n d s p e e c h o f m o b i l e t e l e p h o n e 2 .2 .3 . 1语音编码 将来自 送话器的话音信号经过8 k h z 抽样，1 3 6 i t 均匀量化变为 1 0 4 k b i t / s 数 据流 送入 语音编 码器 进 行规 则脉冲 激 励一 长 期 预测 ( r p e - l t p ) 编 码14 1 . r p e - l t p编码属于中速率混合型编码，它利用语音信号的准平稳性，将输入语音数据 流每2 0 m s 分为一帧，按帧提取模型参数和激励参数，然后将量化的1 3 k b i t/ s 数据 流送入信道编码器中。 2 .2 .3 .2信道编码 1 3 k b i t / s话音信号进入信道编码器进行信道编码。对话音每 2 0 m s段的 2 6 0 b i t s 比 特流， 信道编码器首先对话音信号中 最重要的l a 类5 0 b i t s 进行循环码编 码，产生3 b i t s 校验位，然后与1 3 2 b i t s 的i b 类比 特组成1 8 5 b i t s ， 加上4 个尾比 特 . . 0，组合为 1 8 9 b i t s 后送入编码效率为 1 / 2的卷积编码器，最后产生 3 7 8 b i t s , 这 3 7 8 b i t s 再与话音信号中 对无线信道最不敏感的i i 类 7 8 b i t s 组成最终的4 5 6 6 i t s 组d o l 。同样，对于信令信号，由 控制器产生并送给信道编码器，首先按 f i r e码 一 ， 0 一 东北大学硕士学位论文第二章 通用平台设计 进行 分组编 码( 称为 块编码 ) ， 然后再 进入 1 / 2卷 积编 码， 最 后形 成 4 5 6 b i ts 组 i t l因此信道编码后信道传输速率为2 2 . 8 k b i t / s . 2 . 2 . 3 . 3交织 信道编码后的话音和信令数据流进入交织单元。首先将这 4 5 6 b i t 进行语音块 内 交织，并分成长为5 7 b i t 的 八个子块。 不同 语块之间的交织深度为2 1 i 1 ， 在进行 相邻语音块的块间交织后进入加密单元。 2 .2 .3 . 4加密 加密是通过对一个伪随机比特序列与普通突发脉冲的 1 1 4个有用比特作“ 异 或” 操作实现的。伪随机序列由突发脉冲信号和事先通过信令方式建立的会话密 钥得到的。 用来产生伪随机序列的算法在 g s m 系统规范中称为 a 5 1 2 1 。 加密后 的数据进入突发脉冲格式化单元。 2 . 2 . 3 . 5突发脉冲格式化 在突发脉冲格式化单元中，1 1 4 b i t 数据流被加入训练序列及头、尾比特组成 1 5 6 .2 5 b it ( 包括 8 .2 5防护比特) 的突发，这些突发被按信道类型组合到不同的 t d ma帧和时隙中去。突发脉冲格式化便于信息的接收、同步、均衡和信息分类 处理。经格式化后的数据进入调制器。在调制器中对格式化后的数据进行 g m s k 调制。 2 . 2 . 4数字移动通信手机基带芯片组成 目前手机发展趋势是小型化、省电、高可靠性，所以手机的基带芯片均采用 专用集成电路。各个芯片厂商基带芯片的组成可能不同，但其基带芯片所完成的 功 能 k l 木 相 似 。 逻 辑 上 ， jl 带 芯 片 通 常 山 两 片 组 成 ， 一 片 包 耘 信 道 编 码 器 、 数 字 信号处理器和 mc u控制器，在 mc u的控制下完成各种算法，包括语音编/ 解 码算法、图像编解码算法、信道均衡、软判决算法、交织/ 去交织算法、加/ 解 密算法、信道编/ 解码算法( 卷积码、 t u r b o o编解码码、 c r c编解码) 等;另一片 包括模拟接口电路、调制 / 解调器和 a/ d , d/ a 转换器，主要完成射频控制 ( a f c , a g c , a p c等) 、调制/ 解调和各种模/ 数和数/ 模转换等。附录中图 a . l 给出了t i 公司最新的o m a p 1 5 1 0 平台，此平台已 将3 g手机大多数硬件功能集 成在一个单一芯片上。 . 1 东北大学硕士学位论文第二章 通用平台设计 进行 分组编 码( 称为 块编码 ) ， 然后再 进入 1 / 2卷 积编 码， 最 后形 成 4 5 6 b i ts 组 i t l因此信道编码后信道传输速率为2 2 . 8 k b i t / s . 2 . 2 . 3 . 3交织 信道编码后的话音和信令数据流进入交织单元。首先将这 4 5 6 b i t 进行语音块 内 交织，并分成长为5 7 b i t 的 八个子块。 不同 语块之间的交织深度为2 1 i 1 ， 在进行 相邻语音块的块间交织后进入加密单元。 2 .2 .3 . 4加密 加密是通过对一个伪随机比特序列与普通突发脉冲的 1 1 4个有用比特作“ 异 或” 操作实现的。伪随机序列由突发脉冲信号和事先通过信令方式建立的会话密 钥得到的。 用来产生伪随机序列的算法在 g s m 系统规范中称为 a 5 1 2 1 。 加密后 的数据进入突发脉冲格式化单元。 2 . 2 . 3 . 5突发脉冲格式化 在突发脉冲格式化单元中，1 1 4 b i t 数据流被加入训练序列及头、尾比特组成 1 5 6 .2 5 b it ( 包括 8 .2 5防护比特) 的突发，这些突发被按信道类型组合到不同的 t d ma帧和时隙中去。突发脉冲格式化便于信息的接收、同步、均衡和信息分类 处理。经格式化后的数据进入调制器。在调制器中对格式化后的数据进行 g m s k 调制。 2 . 2 . 4数字移动通信手机基带芯片组成 目前手机发展趋势是小型化、省电、高可靠性，所以手机的基带芯片均采用 专用集成电路。各个芯片厂商基带芯片的组成可能不同，但其基带芯片所完成的 功 能 k l 木 相 似 。 逻 辑 上 ， jl 带 芯 片 通 常 山 两 片 组 成 ， 一 片 包 耘 信 道 编 码 器 、 数 字 信号处理器和 mc u控制器，在 mc u的控制下完成各种算法，包括语音编/ 解 码算法、图像编解码算法、信道均衡、软判决算法、交织/ 去交织算法、加/ 解 密算法、信道编/ 解码算法( 卷积码、 t u r b o o编解码码、 c r c编解码) 等;另一片 包括模拟接口电路、调制 / 解调器和 a/ d , d/ a 转换器，主要完成射频控制 ( a f c , a g c , a p c等) 、调制/ 解调和各种模/ 数和数/ 模转换等。附录中图 a . l 给出了t i 公司最新的o m a p 1 5 1 0 平台，此平台已 将3 g手机大多数硬件功能集 成在一个单一芯片上。 . 1 东北大学 硕士学位论文第二章 通用平台 设计 2 . 3通用平台设计 2 .3 . 1通用平台的芯片介绍 由上面对蜂窝移动通信手机基带芯片结构、实现功能和基带芯片组成的介绍 可知，任何一个基带芯片都至少要完成三类算法: 信源 ( 语音、数据、图像等) 编解码算法、 信道编解码算法 ( 业务数据和信令数据) 和基带信号的调制 / 解调算 法。 尽管不同蜂窝移动通信系统中三类算法所采用的标准不同，但同类算法的理 论背景是相同的。因此，在设计硬件平台时，必须根据这三类算法对硬件平台的 要求，近可能使我们的硬件平台对这三类算法具有通用性。 根据上述要求，设计一个满足蜂窝移动通信基带算法开发的通用数字系统需 要包括一个微控制器 ( mc u)、至少一个数字信号处理器 ( d s p )和扩展存储 器，如图 2 . 3所示。系统通常使用两套总线，一套传递指令，另一套传递数据， 系统还提供用户接口 ( 显示、 键盘、麦克风和扬声器)，并提供了与收发信机相 连的接口。在本系统中，所选芯片如下:t m s 3 2 0 v c 5 4 0 9 d s p , a t m e l a t 9 1 m6 3 2 0 0 mc u 、i d t 7 0 2 4 4 k s r a m 1 5 d s、t l c 3 2 0 a d 5 0 1 6 位 8 - 2 2 . 5 k c o d e c。下面将概括的给出各个芯片的资料介绍。 麦克风 扬声器 图2 . 3蜂窝移动通信手机通用数字系统平台 f i g . 2 .3 a u n i v e r s a l d i g i t a l s y s t e m p l a t f o r m o f m o b i l e t e l e p h o n e - 1 2 一 东北大学 硕士学位论文第二章 通用平台 设计 2 . 3通用平台设计 2 .3 . 1通用平台的芯片介绍 由上面对蜂窝移动通信手机基带芯片结构、实现功能和基带芯片组成的介绍 可知，任何一个基带芯片都至少要完成三类算法: 信源 ( 语音、数据、图像等) 编解码算法、 信道编解码算法 ( 业务数据和信令数据) 和基带信号的调制 / 解调算 法。 尽管不同蜂窝移动通信系统中三类算法所采用的标准不同，但同类算法的理 论背景是相同的。因此，在设计硬件平台时，必须根据这三类算法对硬件平台的 要求，近可能使我们的硬件平台对这三类算法具有通用性。 根据上述要求，设计一个满足蜂窝移动通信基带算法开发的通用数字系统需 要包括一个微控制器 ( mc u)、至少一个数字信号处理器 ( d s p )和扩展存储 器，如图 2 . 3所示。系统通常使用两套总线，一套传递指令，另一套传递数据， 系统还提供用户接口 ( 显示、 键盘、麦克风和扬声器)，并提供了与收发信机相 连的接口。在本系统中，所选芯片如下:t m s 3 2 0 v c 5 4 0 9 d s p , a t m e l a t 9 1 m6 3 2 0 0 mc u 、i d t 7 0 2 4 4 k s r a m 1 5 d s、t l c 3 2 0 a d 5 0 1 6 位 8 - 2 2 . 5 k c o d e c。下面将概括的给出各个芯片的资料介绍。 麦克风 扬声器 图2 . 3蜂窝移动通信手机通用数字系统平台 f i g . 2 .3 a u n i v e r s a l d i g i t a l s y s t e m p l a t f o r m o f m o b i l e t e l e p h o n e - 1 2 一 东北大学硕士学位论文第二章 通用平台 设计 2 . 3 . 1 . 1 t ms 3 2 0 v c 5 4 0 9 简介 1ms 3 2 0 v c 5 4 0 9 d s p是 t i公司 2 0 0 () 年推出i l勺 性价比极其高的低功耗定点 d s p ，广泛应用在实时语音处理、个人数字助理 ( p d a )和数字无线通信等嵌入 式系统中。对t ms 3 2 0 v c 5 4 0 9 d s p的介绍，将分三部分: ( 1 ) t ms 3 2 0 v c 5 4 0 9 的c p u结构特性 ( a )具有高性能的改进的哈拂总线结构，即具有三条独立的 1 6 b i t 数据存储 器总线和一个1 6 b i t 的程序存储器总线。 ( b ) 1 7 x 1 7 b it 的并行乘法器与专用的4 0 b i t 加法器相结合可以 在一个非并行 指令周期内完成一次乘加操作 ( ma c ) ( c )具有专用于v i t e r b i 蝶形算法的比 较、选择和存储单元 ( c s s u ) ( d )指数译码器可以 在一个指令周期内 求一个 4 0 b i t 累加数的指数值，这里 的指数定义为累加器中没有数据占用的位数的个数减去 8 ，因此指数的范围为- 8 3 1 。 ( e )两个地址发生器、八个辅助寄存器和两个辅助寄存器算术单元 ( a r a u ) a ( f )单周期定点指令执行时间为 i o n s a ( 2 ) t ms 3 2 0 v c 5 4 0 9 的存储器配置 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 9 片上有1 6 k x 1 6 b i t 的r o m和3 2 k x 1 6 b i t 的d r a m 1 13 1 通 过对p ms t寄存器中mp / mc , o v l y和d r o m位进行设置，可以将这4 8 k的存 储空间分别映射到数据和程序空间。 ( 3 ) t ms 3 2 0 v c 5 4 0 9 片上外设 ( a )软件等待状态发生器 等待状态发生器是一种软设备，当 v c 5 4 0 9访问片外低速资源时，可以通过 设置软件等待状态寄存器 ( s wws r ) 和软件等待状态控制寄存器 ( s w c r ) 来 实现对低速设备的等待访问。 ( b ) 块转换开关 v c 5 4 0 9具有块切换逻辑功能。当访问在 v c 5 4 0 9的同一存储区内的不同块 间切换时，或者由访问数据区转向访问程序区时，v c 5 4 0 9会自 动插入一个时钟 周期来避免总线竞争。通过设置块切换控制寄存器 ( b s c r )相应位来定义了块 切换等待状态的块大小。 ( c )直接存储器访问控制器 直接 存储器访问( d m a ) 控制 器d 4 1 是 部分 c 5 4 x d s p所具 有的 模 块。 d m a 控制器可以在没有 c p u参与的情况下完成存储器映射区之间的数据传输。d ma - 1 3 - 东北大学硕士学位论文第二章 通用平台 设计 允许在片内存储器、片内外设或外部器件之间进行数据传输，并且在 c p u的后 台进行这些操作。d m a具有 6个相互独立的可编程的传输通巡，允许进行 6种 不同内容的d ma传输。另外，d ma控制器也会应答来自 主机接c i 外设 h p i x的 d m a总线使用请求。 ( d )多通道缓冲串 行接口 1 5 1 . c 5 4 x d s p提供了高速、双向、多通道带缓冲的串 行接口 。它的硬件部分是 基于标准串行接口的，具有以下特点: . 全双工通信。 . 双缓冲的发送和三缓冲的接收数据存储器，允许连续的数据流。 . 独立的接收与发送的帧和时钟信号。 . 可以直接与工业标准的编码器、模拟接口芯片 ( a i c s )、其他串行 a / d , d / a器件连接并进行通信。 . 具有外部移位时钟发生器及内部频率可编程移位时钟。 . 多达1 2 8 个发送与接收通道数。 . 数据的大小范围选择，包括8 , 1 2 , 1 6 , 2 0 , 2 4 和3 2 位字长。 . 利用u 律或a律的压缩扩展通信。 . 1v9 0i 同步和时钟信号的极性可编程性。 . 可编程的内部时钟和帧发生器。 ( e )主机接口 主机接口 ( h p i ) 是一个8 位或 1 6 位并行口， 用来提供主设备或主处理器与 c 5 4 x d s p的接口。 信息在 c 5 4 x d s p和主 机之间通过c 5 4 x d s p存储器进行交 换，主机和c 5 4 x d s p 均可以 访问 存储器。主机是h p i 的主控者， h p i 作为一个 外设与主机相连接，使主机的访问操作很容易。 2 . 3 . 1 .2 a t 9 1 m6 3 2 0 0 简介 a t 9 1 系列微控制器 1 6 1 是基于a r m 7 t d m i 嵌入式微处理器的1 6 / 3 2 位微控制 器。它是 a t m e l公司的高密度 c mo s技术，通过在一个单片上集成了 a r m 7 t d m i 和大量的f l a s h 程序存 储器、片内r a m以 及各 种外围 功能 模块， 使 其成为强有力的微控制器，为许多需要加强运算的嵌入式应用提供了高度的灵活 性和高性能价格比的解决方案。 a t 9 1 m 6 3 2 0 0 17 1 是 a t m e l a t 9 1系列中的一种，它的特色是提供了m p i ( m u l t i p r o c e s s o r i n t e r f a c e ) 第二并行接口， 用于与协处理器如d s p 进行高性能 接w. a t 9 1 m 6 3 2 0 0 主要应用在蜂窝移动通信领域，其中d s p负责信号处理 ( 语 音压缩、信道编码和加密解密等)，mc u专用于系统功能 ( 键盘、显示和协议 - 1 4 - 东北大学硕士学位论文第二章 通用平台设计 栈等)。 表2 . 1 给出了a t 9 1 m 6 3 2 0 0 芯片的各项参数 1 8 l 表2 . 1 a t 9 1 m 6 3 2 0 0 芯 片的 各项参数 t a b l e 2 . l t h e c h i p p a r a m e t e r s o f a t 9 1 m6 3 2 0 0 a t 9 1 m6 3 2 0 0 主频片内存储器vc c 片上外设 s ramf l a s h p d c通道mpis p ius ar t t i me r wa t c h d o g 2 5 mhz3 kb2 mb 2 . 7 , 3 .6 81 136 ! 2 .3 . 1 . 3 t l c 3 2 0 a d s o c 简介 t l c 3 2 0 a d 5 0 c 是t 1 公司 生产的1 6 位超采样e - 型单片音频接口 芯片 ( a i c )，两路模拟输入通过二选一开关与a / d c 相连， 具有可 选的防混叠滤波 器、麦克风预放大器、以 及与电话线路二四线转换器相连的接口，还有d / a c 内插 滤波器和a / d c 抽取滤波器， 其主要技术 1 9 1 有: . 可编程采样率，使用片内f i r 滤波器时最大为2 2 k s p s ，不使用f i r 时最大为 8 8 k s p s . 不使用f i r 时，语音带宽内标准为8 k s p s . . 直接与t i d s p 的 m c b s p 串口 连接， 使用m c b s p 的自 动缓冲能力， 减少中断 数，减低c p u 负荷。 . 支持最多8 片c o d e c 的级联，占用一个mc b s p 串口。 . 支持差分和单端模拟输入，二进制补码输出格式。 a d 5 0 c 内 部有7 个数据和控制寄存器，用于编程控制它的 工作状态。 这些寄 存器2 0 分别为: 寄存器0 :空操作寄存器。 寄存器i :软件复位，软件掉电，1 6 位或i s 位工作方式的选择，硬件或软件 二次通信请求方式的选择。 寄存器2 :使能a l t d a t a 输入端为a d c ,选择1 6 / 1 5位方式。 寄存器3 :选择f s 与f s d 之间延迟的s c l k 个数，告诉主机连接的从机数。 寄存器4 :输入和输出放大增益设置， 采样频率设置，锁相环势使能控制。 寄存器5 , 6 :保留。 2 .3 . 2通用平台接口连接简图 2 .3 . 2 . 1 d s p 与mc u 接口电路 山于t ms 3 2 0 v c 5 4 0 9 d s p提供了 增强的h p i 接口 用于连接主设备或主处理 - 1 5 - 东北大学硕士学位论文第二章 通用平台设计 栈等)。 表2 . 1 给出了a t 9 1 m 6 3 2 0 0 芯片的各项参数 1 8 l 表2 . 1 a t 9 1 m 6 3 2 0 0 芯 片的 各项参数 t a b l e 2 . l t h e c h i p p a r a m e t e r s o f a t 9 1 m6 3 2 0 0 a t 9 1 m6 3 2 0 0 主频片内存储器vc c 片上外设 s ramf l a s h p d c通道mpis p ius ar t t i me r wa t c h d o g 2 5 mhz3 kb2 mb 2 . 7 , 3 .6 81 136 ! 2 .3 . 1 . 3 t l c 3 2 0 a d s o c 简介 t l c 3 2 0 a d 5 0 c 是t 1