（电路与系统专业论文）adsp+sharc处理器应用系统设计及其在连续波雷达中的应用.pdf

摘要 随潜宓时信号处理对速度的要求不断提简，需要在实时并行处珊系统中不 叛镶瘸离缎黥豹处理器掰懿d s p 嚣律。零文磷究豹主要瓣籍裁楚瓣新耋豹 a d s ps h a r c 处理器进行应麓并发，讨论热翅鼹a d s p s h a r c 处理嚣构或褰 速著符憝溅酌皮蘑系缭，以藏焱趣雳系绫设诗中疆警注意瓣麓露。论文最螽结 合某连续波雷达信号处理机，讨论了线性调频矮续波雷达的熬本原蠼，详细说 明了该痿姆娃溪稷熬嫒掺实现方寨。本文对a d s ps h a r c 处疆器絮僻褥藏瘦瘸 系统做了大撼的研究工作，讨论了一蟪常用的系统设计方法，同时给出了一然 设诗实弼，为耨墼d s p 在裹遮实辩并嚣售号轮理孛懿箍广斑耀积累了塞赛鳃经 验。 关键谰；d s p 并行处理成用系统设计涟续波嚣达 a b s t r a c t p r o c e s s i n ge l e m e n t sw i t hh i g hp e r f o r m a n c e ，n a m e l yn e wd s p s ，s h o u l db eu s e d i 建r e a i - t i m ep a r a i t e tp r o c e s s i n gs y s t e m sa c c o r d i a g 专。t h ei n c r e a s i n gn e e d0 1 1 s p e e d o fr e a l t i m e s i n g a lp r o c e s s i n g t h em a i np u r p o s eo ft h ep a p e ri st oc a r r yo nt h e d e v e l o p m e n to f a n dt h ea p p l i e a t i o 珏t ot h en e v # t y p eo fa d s ps h a r c p r o c e s s o r s h o wt od e s i g na h i g hs p e e dp a r a l l e lp r o c e s s i n gs y s t e mw i t ha d s p s h a r ce l e m e n t s i sd i s c u s s e di nt h i sp a p e r s o m em e t h o d so fs y s t e md e s i g na n d p r o b l e m st h a t s h o u l db ep a i da t t e t i o nt oi nt h ed e s i g n sa r ea l s os u m m a r i z e d h e r e f i n a l l y , t h eb a s i c p r i n c i p l e o ft h el i n e a r f r e q u e n c y m o d u l a t i o nc o n d n u o u sw a v er a d a ri s d i s c u s s e d ，c o m b i n i n gw i t hs o m ec o n t i n u o u sw a v e r a d a rs i g n a lp r o c e s s i n gm a c h i n e i n t h e p a p e r , t h eh a r d w a r e r e a l i z a t i o ns c h e m eo f t h es i g n a lp r o c e s s i n gm a c h i n ew a s a l s o d e s c r i b e di nd e t a i l ，al a r g ea m o u n to fr e s e a r c hw o r kh a v eb e e nm a d eo nh o wt o c o n s t r u c ta na p p l i c a t i o ns y s t e mw i t ha d s ps h a r c p r o c e s s o r s ，a sw e l la ss o m e c o m m o n l yu s e ds y s t e m a t i cd e s i g nm e t h o d s l o t so fd e s i g ni n s t a n c e sw e r ep r o v i d e d a tt h es a m et i m e ，t h ep a p e rp r o v i d e dv a l u a b l ee x p e r i e n c eo nt h e a p p l i c a t i o no ft h e n e w t y p ed s p i nh i g h s p e e dr e a l * t i m ep a r a l l e ls i g n a lp r o c e s s i n g k e y w o r d s ：d s p p r a r a l l e ip r o c e s s i n g t h ea p p l i c a t i o ns y s t e md e s i g n c o n t i n u o u sw a v er a d a r 独创性( 或创新性) 声明 p。 3 5 7 9 3 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 戚果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致澍中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他入已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得两安电子科技大学或 其它教茸机构的学位或证书丽使用过的材料。与我一闽工作的同志对本研究所做 的任何贡献均融在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申_ i 爨学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责彳壬。 本人签名： 爨；麴2 型至：! ：主 关于论文使爆授权的说鳃 本人完全了勰秀安逛予秘按大学骞关镶黧耪缓曩学位毒a 文魏援定，帮：疆究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 过褒梭爱，发袭论文袋使震论文( 与学位论文楱关) 工终残暴辩署名攀位仍然必 西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许磷阅和借阅论文；学 校可以公毒论文懿全郝或部分爨察，霹以允诲采臻影印、缨印或其它复利手段像 存论文。( 保密的论文在解密届遵守此规定) 本人签名- 啦日期型址呈 导师签名：秒7隧期卫；盖已笋 繁；耄攘述 蒸i 露糕述 1 1 论文产生的背淤洋廿意义 巍1 9 8 2 攀辍公霹撩遗然一灏攀壤覆d s p 嚣肆激巢，d s p 羧拳戳冀数将憝捷努 褒孬了突飞瑟遘嚣爱囊，懿京熬塞蘸曩、遥溅避黪、雯饕罴攀、爨爨控懿、援饕 工程、浠镲需这、求交潜学游诲多领域有着卡分广泛的应焉。藤港徽瞎子技术戳 及d s p 瓣法的深入发羼，数带德号处瑷技术将滁入到我们生滔的麓个方嚣。 在界溯灏实簿信号怒毽燃躐，对数擐处理瀚滤液簧求也不耩阕。激常情况下， 在通信糊谌啻锩号处理中需嬲曝秒几予万到几亿次逡冀，在襁频傣姆鞠图象处理 枣，毒秒瀑癸羁瑟鬓秀亍悠浚运簿：器在雾邃、黪蕊蘩萼筵遴零，鬻鼹葵毒骖霓 短蘩晁嚣强捺运霎；瑟盈霉迭、声续蘩号筵鬟溪溪袋夹獒鼗蘩翡惑藩灞嚣蒙豢蘩 凄，谯穗黉聚惩浮煮运冀考髓然袋。毽是浮豢蠛辩涉及静硬转嶷杂髓褥运算对遴 黉大予擞点遴雾。此外。雷达情号处理系统通常规模较大，特剐怒姒潞通道雷达、 机载预粼雠达、瓣碌哗鼹达翻蹴像露达为代表跳惯代霞达信号处煺枫，功能强、 穗掏霸饿奄憝遐方式罄德囊激，麓实霹瞧、运麟鞭嶷、蘑态嚣翳凝数旗番迁牵提 逸了瑟巍黔溪袋，嚣婪褒复聚瓣繇撬孛饔瑟楚镶爨憝蘧肇象，霾戴，鬻这售罨楚 溪囊囊缝蕊挂霪羹交霪蕊；蕊藜溪溪实辩鳇蘩、穗菠蘸、羹枣蕊瀑寒耧鼗撂器睦 攀赢辩辩帮鲶瑗系统。 d s p 端片的不叛发熬，勰粼姻d s p 嚣传主颁媳黻米越离，片内有救黼的著移度， 使得设计溉遴的实对著彳亍觳溅瀑统戒为可能。绷a d s p 2 1 0 6 0 燕涮为4 0 m h z ，丽 a d s p 2 11 6 0 的蛊频最高铆达i o o m h z ，t s - t 0 1 的生燃娜以瓤达2 s o 】l i z 。t m s 3 2 0 c 4 0 主 蒙雾蠢溅醚嚣，瑟黼瑟稻彳毒! 缀饕送了1 6 7 辍h z 。忿舞，蜜 鲞蒸笋嚣黪稳受交嚣莓 褰熬蒜潆黪器蓉蕊疆爨了众多攘轻茬鬟黎号秘遂瓣。鬻了鬻溪麓每羚辫设备变换 羧蠢懿羚潞蕊线、串嚣翻、孛爆、握手簿簧号，a d s p $ h a r c 稔矮嚣添爨镤了多这 6 个通黼镳路嗣，而且镶个镳蹴潮都有独立的d m a 褴制通道，摇平撼制逻辑和收发 数据f i f o 缀冲区。链路口| q 数据健输攀可达刹2 0 2 5 0 m b s ( a d s p 2 1 0 6 0 链路霹 为毒o m b s ，a d s p 2 1 1 6 0 戈i 0 0 黻内，、t s l 0 1 s 为2 5 0 潞齑) ，嚣嚣邈髓键赣盈，可 熬彝袋豁髓会黪分毒式豢筑。鼹羚，蠡蘩要嚣参慧d s p 穗藏多骚瑾嚣悉统，鬟黎 蠹蠢鬟爨麓赞鬣j 疆器燃狳镶器， 羹蘩菠：蓉镂煞薅痰荚辜蕊袋，菸攀棼褥器薅 綮藕台漆统。 避艘淤澜，我键滋a d s ps h a r c 系殆d s p 潜羚为蓥醚，宠熊7 辫套不滔型 号设备黼饼弩处理视。从研制鬻媛中，辨a d s ps h a r c 系列d s p 为威构成的多 d s p 僖姆她遐视在系统构成上十分楚遮，硬件瓣斌魄比较容荔。遮大大减少了蘩 譬爱霞辘禚添笺褥鬓羲诗霹戆薹黪萋，遵壤囊了磷镄震鬟。霪筵，瓣燃p i 盎 器 舞露稳蕊蔽鼹系蕊黎一争鬻较繁缝黪努瓣臻炎，棼瓣研餐实黢枣熬试谖、经蕤、 敬猫奁热戳蕊绩，曩喜爨要赫键麓徐蘧秘意义。 2a d s ps h a r c 签理器或髑系统设计及其在连续波雷达中静应用 1 2 国内外的发展和现状 传统单处溅机系统，受到v l s i 器件开关速度、涟线延迟以及v l s i 理论特征 尺寸的限制，遮冀速度的进一步掇斑变得越来越困难。因此，处理单元的性能就 穆为决定处理枫系统瞧辘豹最綦零藏素。涟羞擞逛孑技术豹不叛发最，奎皴速度 不断提高，毽谯半导体开关速度秘光速这一理论辍羧馕的限隶l 下，逡一步提嵩主 频的空间不怒很犬，单个处理单元的理论处理速度极限是每秒1 0 亿次逡辫。因 此，对于运算逋度要求高的处理系统，只能通过设计合理的系统结构，浆用高度 并行技术等来嶷现。 诲多d s p 黪法最终都可爨缝为m a c 运算，实现蕊速诗算熬瓶颈藏程予m a c 运算静捷行遮发，m a c 懿荠发稷度决定了d s p 处联嚣的性能。获d s p 薅片本身 的发展而言，为了提高其系统性能，也在进行体系结构的改进。由传统的冯诺依 曼结构向哈佛结构转变。d s p 并行处理机制主要来源于d s p 算法本身所隐含的并 行性抽取和c i s c 与r i s c 设计思想的启发1 2 0 1 。如t i 公司的t m s 3 2 0 c 5 4 x 是传统 定点d s p 的 弋激，在芯片上集成了一个1 7 x 1 7 位的乘法嚣、强个4 0 诬静鬃翔器和 一个4 0 佼豹移位器。其串一个累鸯器羯予乘累翔攀_ 嚣。芯片斡主要籍援怒支持单 周期的m a c 操作。现代d s p 设计中还经常采用v l l w 技术来开发内在的指令级 并行机制。如i n f i n e o n 公司的c a n n e l 芯片允许用户自定义1 4 4 位类v l l w 指令， 其并发的执行单元可以到达6 个，并采用了8 缴流水技术。n 公司的d s p 芯片 c 6 4 x 是c 6 x 系列芯片酶改进，它农c 6 x 静基础上采愆s i m d 技术使c 6 4 x 网时支 持8 爱黧1 6 霞魏算零臻孬。a d 公霹豹t i g e r s h a r c 霹羯霹支骛定熹巍浮杰运冀， 这虽然使褥它强功耗方面不及单纯的定点处理器，但曼肖利于实现复杂的d s p 算 法。t i g c r s h a r c 还兼v l i w 和s i m d 技术于一身，极大地提高了系统的性能。 在d s p 体系结构的发展历程中还出现了一种侧熬于多媒体应用的专用体系结 构设计，采用m i m d ，s i m d 和v l l w 技术使系统的燃能得到了飞跃。这种设计 甄穆怼d s p 髂系绥秘豹发震氇其稳了攀是羟重戆终嬲。满予这一类熬芯嚣露| 转m s m f a s t ( v l i w , s i m d ) 、p h i l i p st r i m e d i a ( v l i w , 2 5t ：x e c u n i t s ) 、t l sc 8 0 ( 4 片6 4 位 d s p 核和l 片3 2 位r i s c 核) 、s a m s u n g s m s p - 1 ( 3 2 - w a ys i m d ，4 a l u s ，7 9 2 b i t * b u s ) 等。 现代d s p 体系结构设计中一般采用超标量处理机朔v l i w 处理机 2 0 】。越标量 处理瓠每令蹋麓以发密可交数爨茨强令，憩薅要求这些臻令不辐关盈魏弦瓣不 存在资源冲突。超标量体系结穆聚鞠疆俘完成指令调痰，为了不过度壤蕊硬俘开 销，通常每个指令周期可并发执行地指令数为2 4 条。v l l w 处理器在镣个时钟 周期发出固定数摄指令，它对指令类型有严格限制，由多条指令构成一个超长指 令字。同超标擞体系结构相比，v l i w 结构利用软件窳现指令调度，从而将指令调 第l 糍概述 度的硬件开销转移到软件上，其可并行执行的指令数通常为8 条。v l l w 技术可以 极大豹撵毫处理器豹性蕤，瞧是采鬻这耪结 奄豹d s p ，指令调疫静疆箨开销被转 嫁到软件上，软件开发时必须跟踪指令调度，同时像也要求有庞大的高速寄存器 琏，强悉也溪麴了存褚器熬开镑。 并行结构的含义包括流水线和并发。流水线是指多个操作同时发生在蘸叠的 时澜段蠹，露势发攒多令事传弱薅发生在多令褒箨资源上。逮嚣耱菠本在态佳毵 的处理器和并行处理系统设计上都被广泛使用【l7 1 。相对于流水技术，并发舆有更 毫懿游牙度，同撵用于处理瓣级设计，劳发怼应鲍技本枣；采震多蕊片缓装技本 将多个处理器单元和存储器封装在一个器件上：设计指令采用长达4 8 6 4 位的 超长攫令字，一条越长指令掌定义了片鹿多令单元黥同霹搽终。对予共行盘乏理撬 而言，根据备个处璁单元之间的连按方式可分为：松耦合的分布式并行处理机和 紧糕会的共攀总线处理机，不犀类型鹃处理机适合不同的场会。 d s p 在过去的二十年中取得了长足的发展，其体系结构在1 9 9 7 年以前撼本上 都是延续传绞经典的设计思想。但彼此之后共体系缝构设计发生了一些显藩的变 化：允许单指令执行更多操作：一是采用s i m d 、增大总线字长或增加指令字的长 度等技术来增加指令周期的并发执移的处理单元个数；二是熬于v l i w 、超标量技 术、类r i s c 指令级镰技术泉增加每一个时钟指令周期并发的指令数，同时也引进 高级语言编襁。 当然，d s p 体系结构设计的革新在很大程度上穗受到成用需求的影响，如视 频、图象和语音处理，数据采集和压缩，以及通信和多媒体等应用。今屐d s p 芯 片体系结构静发震方向应当怒融合r i s c 和s i m d 投术，兼肖通用r i s c 处壤器和 经典d s p 处理器特点的单核系统，它将是系统芯片( s o c ) 设计的首先解决方案。 毽及枣场憝势髫，校据美国f o r w a r dc o n c e p t s 公司静调查显承，2 0 0 1 年的 信号处理应用市场需求达1 2 4 亿美元，其中可编程d s p 占3 4 。美国t i ( t e x a s i n s t r u m e n t s ) 和美国a d i ( a n a l o gd e v i c e s ) 惑枣场占蠢率方嚣，爨双强弱嚣豢褥全 球排名之冠。成长最多的是a d i ，其业务以8 0 的增长率增长。其它厂商方面， 日本n e c 与网立制作所、美国z i l o g 等都在成长中。今后美国l s i - l o g i c 、德国 i n f i n e o nt e c h n o l o g i e s 数家也将参与j 龟市场行到。 d s p 的发展日新月异，主要有以下几个方向： 系统缀集戏d s p 缩小d s p 芯片尺寸始终熄d s p 的技术发展方向。各d s p 厂商纷纷采用新正艺， 改进d s p 芯核，并糁几个d s p 芯核、m p u 芯核、专用处理单元、钋露窀路单元、存 储单元统统集成在个芯片上，成为d s p 系统级集成电路。 可编稔d s p 采灞可编程d s p 设计麓单，荔予修改，往价眈离。 追求更高的运算速度 4a d s p s h a r c 处理器藏耀系统设计及其在连续波雷达中豹应用 目前一般的d s p 运算速度为i o o m i p s ，即每秒钟可运算l 亿条搔令。t i 的 t m 3 2 0 c 6 x 芯片由于采用v l i w 结构设计，其指令速度融高达2 0 0 0 m i p s ，即每秒可 运算2 0 亿条指令。按照c m o s 的发展趋势，d s p 的指令速度再提高i 0 0 倩( 达到 1 6 0 0 g i p s ) 怒究全有可能的。 定点d s p 是主流 从毽论上游，虽然浮熹d s p 鹣凌态蓬霾魄定点d s p 大，显雯适合予d s p 各耱 类型的应用场会。定点运算的d s p 器件的成本较低，对存储器的要求魄较低，而 且耗电较省。因此，定点运算的可编程d s p 器件仍怒市场上的主流产品。据统计， 目前销售的d s p 器件中的8 0 以上属于1 6 位定点可编程d s p 器件，预计今后的比 重将逐渐增大。 与可缡羧器终结合 f o r w a r dc o n c e p t s 公司分掇耀w i ll s t r a u s s 袭零，毒年多瑟应矮 罄赘院传统 d s p 处理器更鸯霹强大的数字信号处避能力。而据可编程逻辑新闻和观点的主编 m u r r a yd is m a r t 介绍，大约1 0 的p l d f p g a 业务与d s p 业务相关。对p l d 和f p g a 供应商来说，d s p 还是一项! f f l l b i j 起步的新应用。在过去几年中，主要供应简在蜂窝 基站的应用领域实现了长足的发熙，因为设计者往往会借助p l d 和f p g a 米满足他 们丑益提毫的绥号处理霈求。冬鬻煅d s p 器 牛相比，f p g a 器 牛配合传绞豹d s p 器 传霹馥娃理受多信 遘，霹在基蘩审鬻来实瑗裹速娃臻竣怒。 d s p 在无线电通信方面的应用也是及其广泛，无论楚基站和手机都离不开d s p 芯片，新型秃线通信系统、设备的升级换代都基于d s p 芯片性能的提商和发展， 无线m o d e m 、多媒体高级终端等镩都仰仗d s p 芯片，撼于d s p 的软件无线电成为当 前无线电通信巾的研究热点。 不论d s p 霹芎场如霪风云变幻，鸯燕是毫无疑翔，d s p 技术将会突飞猿递豹发 震，d s p 产燕将会在摄多方嚣改交港我翻豹生活。 1 3 本文的主要工作 本文的主鼷工作如下： l 。了勰d s p 发浸瓣瑰凌，熟悉a d s ps h a r c 蹩毽器。a d s ps 壬 a r c 魑瑾器 是a d 公司摸如的嵩性能浮点d s p ，包括a d s p 2 1 0 6 0 、a d s p 2 1 0 6 1 、a d s p 2 1 0 6 2 、 a d s p 2 1 0 6 5 l 、a d s p 2 1 1 6 0 、t s l 0 1 s 等器件。 2 掌握a d s ps h a r c 处理器的硬件结构，i o 功能，并根据a d s ps h a r c 处 理器的现有资源，结合并行处理避论，研究a d s ps h a r c 处理器的系统设计方法， 荠考量在应雳累绫设诗孛应当注懑豹瓣题。 3 。熟悉a d s ps h a r c 处瑗器鹃歼发工其v i s u a l d s p + + 。v i s u a l d s p + + 怒辩使 用方便的集成调试开发软件平台，支持a d s ps h a r c 系列处理器的各种产品， v i s u a l d s p + + 通过图形窗口的方式与用户进行信息交换，程序开发人员可以在窗口 中进行高效的正程管理，轻松的襁编辑、编译和调试之间相互切换，实现商效率 第1 鬻概述 的程序开发，其重要特征是支持多处理器系统开发。 。结合a d s ps h a r c 处理器酌系统设计方法，完戒了荣连续波雷达静信号 处理机研制任务。在该连续波霭达信号处理机中，主要完成了4 片a d s p 2 1 1 6 0 ，5 冀a d s p 2 1 0 6 0 梅藏赘疆释系统设诗，霜露完戏了部分软箨翡设计强务。 从研制实践来看，以a d s ps h a r c 系列d s p 为主构成的多d s p 信号处理机 在系统橡戒上+ 分麓滚，硬弹诞试毫跑较窖荔。这大大减少了信号懿理辊褒系统 研制设计时的工作量，也缩短了研制周期。 5 在深入熬悉a d s ps h a r c 系裂处瑾器熬基萎窭上，谨缨总结了聪建a d s p s h a r c 构成成用系统的多个鬻达信号处理机，对研制实践中的认识、经验、教训 馋7 涤刘鲍总缱，并缀霉成蕊，已圭魄予工业出叛毒主爨舨。 本文的安排如下：第二章综述a d s ps h a r c 处理器和系统设计方法；箔三 章讲述a d s ps h a r c 处理器的硬 牛应瘸系统设诗及冀注意闯惩；第灏章结会蒸俸 实例，简介了连续波雷达的原理，并结合a d s ps h a r c 处理器的应用系统设计方 法，溅恻了浆逐续波鬣达信号处理移i 魄硬件系统殴汁方案露嗵灾传设圣 4 滚程。 a d s p a h a r c 处理器应用系统设计及其在连续波雷达系统中的应用 第2 章a d s ps h a r c 处理器和系统设计方法 2 1a d s ps h a r c 器件介绍 a d 公司进入数字信号处理领域以来，首先推出了a d s p 2 1 x x 系列定点d s p ，主 要产品有a d s p 2 1 0 x ，a d s p 2 1 6 x ，a d s p 2 1 11 ，a d s p 2 1 7 x ，a d s p 2 1 8 x 和a d s p 2 1 9 x 。 随后又推出了高性能b l a c k f i n 系列定点d s pa d s p 2 1 5 3 2 和a d s p 2 1 5 3 5 等。 实际应用中，对处理速度和数据动态范围的要求越来越高。半导体技术的发 展，芯片制造工艺也不断提高，使得d s p 芯片的性能也有极大的提高，达到1 0 0 m i p s 。 a d i 公司推出的a d s p 2 1 0 x x 系列每浮点d s p 可以直接构成分布式并行系统和共享存 储式并行系统，数据动态范围宽，满足了实时信号处理的可重构性要求。从最早 的a d s p 2 1 0 0 0 ，已经发展到更高处理性能的t i g e rs h a r c 。随着a d s p 芯片的不断推 广，其价格也不断下降，受到越来越多设计人员的认可 a d s ps h a r c 系列处理器是一种高性能的数字信 处理器，主要型号包括 a d s p 2 1 0 6 5 l 、a d s p 2 1 0 6 1 、a d s p 2 1 0 6 2 、a d s p 2 1 0 6 0 、a d ：p 2 11 6 0 ，以及2 0 0 2 年推 出的t i g e rs h a r ct s 一1 0 1 等，都以性能优良的浮点d s i ：核a d s p - 2 1 0 0 0 为基础发 展起来。芯片内部采用超级哈佛结构，同时集成了大：量的双端口静态存储器 s r a m 、程序数据外部总线以及i o 外设，从而形成一个弘整的数字信号处理系统。 a d s ps h a r c 系列处理器提供了多种外部控制信号，只需很少的硬件逻辑，就能构 成一个功能强大，硬件结构简化的应用系统。多片处理器也无需外部控制逻辑， 就能无缝连接成一个高效的紧耦合( 通过总线结构) 或者松耦合( 通过链路结构) 方式的并行多处理器系统。 a d s ps h a r c 系列处理器在结构大体相同，在程序代码设计上也具有高度的兼 容性。图2 1 5 n 2 2 分别给出了a d s p 2 1 0 6 x 与a d s p 2 1 1 6 0 的内部结构框图，由图可知， a d s ps h a r c 系列处理器具有以下基本特性： 独立的并行运算单元 算术逻辑单元( a l u ) 、乘法器和移位器都可以在单周期内执行一条指令， 它们并行排列，大大提高了数据吞吐率。对于单个乘累加指令，能同时并行的在 a l u 和乘法器中执行。运算单元支持i e e e 3 2 位单精度浮点、4 0 位扩展精度浮点和3 2 位定点数据格式。 通用数据寄存器 通用数据寄存器在运算单元和数据总线之间传递数据，同时能保存中间运算 结果。3 2 个数据寄存器( 1 6 个主寄存器，i 6 个备用寄存器) 与处理器的超级哈佛 结构相结合，能实现运算单元与存储器之间无限制的数据流动。 单周期同时取一条指令和两个操作数 a d s ps h r c 处理器和系统设计方法 了 如鼹2 1 ，2 2 所示，a d s ps h a r c 系列处理器越级晗佛结梅内有两条数据总线： 数据存储器总线d m 和程序存储器总线p m 。d m 总线搬要传递数据，p m 总线既可以传 输指令又w 以传输数据，而且d h 总线和p m 总线分歼，这样，a d s ps l a a r c 系列处理 器利用指令缓存，就能在单周期内实现同时取两个操作数和一条指令( 从缓存里 取) 。 巍令缓孬 a d s ps h a r c 系列处理器内鄢有一个赢效的3 2 级指令缓存，允许三条总线同时 取一条指令和两个操作数。指令缓存是否使用，也可以通过编程加以控制。有了 指令缓存，处理器就能高速执行循环操作，比如数譬滤波的乘累加操作和f f t 蝶形 运算等。 数据魄城产生器 a d s ps 黻鬟c 系裂笼理器蠹帮鸯瓣令数据缝缝产懋器( d a g s ) ，在硬传土戆实瑗 环形数据缓冲寻址，这样就能脊效的执行延迟线操作( 或者其他数字信号处理数 据结构) 。这对于高速高效的实现数字滤波和傅立叶变换非常有用。a d s ps h a r c 系列处理器数据地址产生器能自动处理环形地址指针，这样，就能降低程序开销， 提高程序的执行效率并且简化了程序代码。环形缓冲区可以从存储器的任一地址 单元开始，邈可以在任一缝垃攀元结束，处理器对j 抛没有 壬秘限铡。 冀内蠢o 。5 m 4 m 蕴可酝鬟煞双漩i s r a m 双端n s r a m 可以被处理器锹和d m a 同时独立访阏，裰据不圆型号芯片s r a m 容量 的大小，可以分别配置为不同窬量的3 2 位字数据存储区，4 8 位字的稷序存储区以 及混合3 2 能绒4 8 位配置。 有丰寓的外部接口 片外韶德器寻址空间可达n 4 g 字，支持可编稷麴等德模式与d r a 骐炎控裁；两 套事学露霹软数多莠搽薛模式王佟；6 个4 8 蕴戆镳鼹汪胃菇实瑷裣耩会方式麴多 处理器连接。 d m a 控制器支持1 0 1 4 个d m a 通道的无干预后静传输，d s p 核与i o 处理器可以 同时并行访问内部存储器。 串彳亍捆描与仿真特性 a d s ps h a r c 系到处理器支持标准的i e e ep 11 4 9j t a g 系统测试，该檬准必串 嚣扫撵系统审嚣 牟戆i 内获态定义了蠢效懿弱试方法。j t a g 事墨逮蕤游阕a d s p s h a r c 系列处疆嚣片内的仿冀资源。 支持灵活的指令集 a d s ps h a r c 系列处理器4 8 俄指令字适用于不同的并行操作，能实现高精度计 算。例如，在单指令内，可以条件执行一次乘，一次加，一次减和一个分支跳转 操作。 a d s p a h a r c 处理器澎鼷暴缓设计及其在连续波霉达系统中豹废潮 图2 1a d s p 2 1 0 6 x 结构图 对予a d s p 2 1 0 6 5 l 与a d s p 2 1 0 6 1 ，其硬件缡构目阉2 + 】、2 。2 有熙麓别， d s p 2 t 0 6 5 l 每a d s p 2 1 0 6 1 浚毒镳耱强。a d s p 2 1 0 6 5 l 瓣於蘩避聚慧线瓣缆，毒专门 翦s 0 憝錾接瓣羧裁嚣。 鞠2 2a d s p 2 1 1 6 0 缡构嗣 从翔2 1 尚2 2 弼知，a d s p 2 1 1 6 0 片内有潮个毙众糨同鹊运算单元，增强了并 行囊遴鼹力，簸莛慧蔽塞蠹照燮至秘篷，耀糕零魏濑总线瓣赛至3 2 链，罨疆空 惩更大，数攥话稔器蛙率得到避涉提高。鼗外，a d s p 2 1 1 6 0 匏霹镑频率又是 a d s p 2 1 0 6 0 的2 2 5 倍，因此，总的处理能力a d s p 2 11 6 0 大约怒a d s p 2 1 0 6 0 的5 倍 左右。 a d s ps h r c 处理器和系统设计方法 2 2a d s ps h a r c 处理器开发工具简介 v i s u a l d s p + + 是a d i 公司针对a d s ps i i a r c 系列处理器丌发的软件丌发工具， 较之以前的开发软件包a d i d s p3 3 和v s u a l d s p 功能更强大，交互功能更强。 同时，也推出了与之配套的硬件仿真器和评估板e z k i t ，使程序开发更简单高效。 v i s u a l d s p + + 是一种使用方便的集成调试开发软件平台，通过图形窗口的方式 与用户进行信息交换，程序开发人员可以在窗口中进行高效的工程管理，轻松的 在编辑、编译和调试之间相互切换，实现高效率的程序开发。 v i s u a l d s p + + 不但兼容了a d i d s p3 3 的功能，而且增加了一些更多、更好用 的功能，如v i s u a l d s p + + 可以支持多处理器系统开发，这是a d i d s p3 3 所不能比 拟的。v i s u a l d s p + + 从v i s u a l d s p + + 1 0 发展到v i s u a l d s p + + 2 0 ，目前已经发展到 v i s u a l d s p + + 3 0 。v i s u a l d s p + + 1 0 集成了两大部分：集成的开发环境( i n t e g r a t e d d e v e l o p m e n tf , n v ir o r m o n t ，简称t d e ) 莉iv is t l a 】d s pd e b u g g e r 。v i n t l ；1 1d s p + + 2 0 将1 d e 和d e b u g g e r 集成到一个环境i _ i i ，称为id d e ( i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n ta n d d e b u g g i n ge n v i r o n m e n t ) ，而虬还提供了v i s u a l d s i k e r n e l ( v d k ) 。利刚v d k 核 和分析工具，能进行高效的应用程序调试，降低了软件维护成本。程序代码在各 个d s p 软件平台具有更好的移植性，大大降低了市场开发周期。 最新推出的v i s u a l d s p + + 3 0 除了兼容以前的功能外，还提供了专家链接器， v c s e ( v i s u a l d s pc o m p o n e n ts o f t w a r ee n g i n e e r i n g ) 、高速缓存和指令流水查看 器等，调试功能更强大，利用t c ls c r i p t s 更容易测试和验证应用程序”1 。 v i s u a l d s p + + 为d s p 应用程序的开发提供了非常灵活的工程式管理，包括了创 建和凋试d s p 工程的各种入口。其二l i 耍特，_ 订： ( 1 ) 具有强大的编辑器功能和灵活的工程管理 编辑器能够自动识别关键字、注释等，并可以设置不同的颜色来加以区分。 支持o l e 拖拉、书签和其它标准的编辑操作。 在一个工程中可以建立多个源文件( 包括汇编、c 、c + + ) 及系统结构文件， 并可以随时添加、删除和修改选定的文件。利用集成环境，可以对整个工程进行 编译链接。 ( 2 ) 对各种s h a r c 工具的操作非常容易 通过对话框和菜单的形式来提供多种s h a r c 开发工具的入口参数，这比用d o s 命令行操作更加容易和方便。而且可以设定对某个文件的操作或对整个工程的操 作。灵活的( b u i l d ) 编译链接功能可以编译链接某些文件或对整个工程进行编译 链接。允许可选择的编译链接某些文件或只对修改过的文件进行编译链接；输出 窗中会显示编译链接过程的状态信息；如果过程出错，通过双击出错指示行就会 自动打开出错文件并定位。 a d s p a h a r c 处理器应用系统设计及其在连续波雷达系统中的应_ ) _ j ( 3 ) 调试与多处理器支持 调试器集成了软件仿真器( s i m u l a t o r ) 、硬件仿真器( e m u l a t o r ) 和开发板 监控等，而且都有相同的功能和统一的图形界面。此外，调试器还支持c 源代码 级调试，可以同时查看编辑窗口、输出窗口、反汇编窗口、跟踪变量和堆栈等。 在调试源文件时，可以在标号或地址上设置断点，也可以在寄存器、堆栈或存储 器的位置上设置条件观察点，根据不同的条件使处理器挂起等。 v i s u a l d s p + + 也支持多处理器调试，在同一界面下支持多达6 片处理器的同时 调试。多处理器可以同时操作，如单步运行，连续运行和挂起等，也可以只集中 在某一个处理器上进行调试，查看其状态窗口和信息反馈等。 ( 4 ) 支持高级语言编程和调试 v i s u a i d s p + + 支持汇编语言编程和c c + + 高级语言编程，并能查看编译后的机 器代码。面向对象的高级语言编程大大缩短了程序的开发周期，更能充分利用d s p 提供的实时处理性能。c c + + 编写的程序，可以查看c c + + 源程序、其反汇编程序 或它们的混合，也可以显示其局部变量或表达式的值。 ( 5 ) 强大的统计性能分析 v i s u a l d s p + + 支持不需要干预的统计特性分析，在程序中不需要加入额外的性 能分析代码，调试器能够随机采样目标处理器并将采样结果数据以图形化的方式 显示出来。通过跟踪( t r a c e ) 、时间统计( p r o f i l e ) ，程序设计员能够迅速发现d s p 程序中什么地方最费时间，以及发现程序的瓶颈和需要进一步优化的程序块。也 可以用d e b u g 产生中断、1 1 0 输出、i o 输入等来仿真真实的应用环境。在程序运 行过程中能够查看寄存器存储器中数值的变化，还可以同时观察程序源代码的执 行过程。 v i s u a l d s p + + 还提供了高级的画图功能，可以可视化的观察数据结果。画图的 类型也很多，包括通信应用中的特定画图分析等，如星座图( c o n s t e l l a t i o np l o t ) 、 眼图( e y ed i a g r a m ) 、频谱图等。此外，还可以对画图的数据进行处理，如转化 成分贝，f f t 等。对图形的操作也很方便、灵活，例如可以对图形局部放大等。 ( 6 ) 专家链接器与v c s e 在专家链接器中，能够更图形化的定义链接描述文件l d f ，利用图形工具可以 创建存储器映射、放置目标程序段、创建程序重叠等。通过图形化操作，就可以 自动生成链接器使用的l d f 文件。 v i s u a l d s p + + 提供的v c s e 工具实现了基于元件的算法器件驱动开发算法，这 与微软的c o m 技术相似，v i s u a l d s p + + 图形用户接口支持元件的创建、浏览和使用。 针对不同的处理器，还提供了与v i s u a l d s p + + 配套的硬件仿真器，主要有以下 几种： ( 1 ) a p e x i c eu s b 接口仿真器，是a d ij t a gd s p s 第一款便携式解决方案。 a d s ps h r c 处理器毒i 系统设诗方法 ( 2 ) s u m m i t i c ep c i 接口彷粪器，采用了嵌入式i c e p a c 技术。 ( 3 ) e z - i c e 串行接口仿真器，只适用于a d s p 2 1 8 x 系列d s p 。 如果臻开发自己的d s p 应用程序，可以利用v i s u a l d s p + + 软件开发平台和 s h a r ce z - k i t 实现这一目标。以下说明了v i s u a l d s p + + 软件开发的一般流程。但 应该滋骥弱怒，蓬开发火员风辏懿不同，其开发避程瞧畜差雾。 ( 1 ) 定义瑟标系统 在开发应用程序之前，必须搞清楚要完成什么任务，如何充分利用可用的硬 件资源。 第一步：系统要求 开发d s p 系统豹第一步裁蹙确定翅户豹需要，其 整能决定了实现冀淡豹类型， 使嗣豹信号必型帮连接蓟d s p 熬i o 设备静类餮。缀撵i 。设备静数攒采集量和 数据处理嫩估计程序存储区和数据存储区的大小。估计算法实现稷序的大小，就 确定了所需程序存储区的大小。 系统定义 定义系缀要求之后，就可以没诗硬 牛系统，确定d s p 处理器型号，外国器 孛 鞋及连接荚系等。 编弼链接描述文件 该描述文件l d f 描述了硬件系统，定义了s h a r c 的存储器映射等。当然该文 件也可以在以后编写，有时也w 以不必编写，v i s u a l d s p + + 集成开发环境针对不同 的处理器已经叁带了默认的链接描述文件。 ( 2 ) 开发撵淳霞璃 硬件定义好后，就可黻开发软件。首先应确定变鲞和数组需要的存储空间， 以及需要的中断资源，同时也疆计划好需要初始化的硬件设备和寄存器。程序源 代码可阻用高级语言编写，也可以用汇编语言编霹。在编辑器编写好源代码后， 就可以用编译嚣或者汇编器处理源代码，转换成嗣标文 孚。在集成环境中，编译 整令工程，簸霹双生或哥执行文馋。 ( 3 ) 验诞程序代码 运行模拟器 在模拟环境中可以脱离实际的硬件系统，运行测试设计的程序代码，确保程 序在硬件系统上运行时能正常工作。通常，程序代码在硬件上运行时都会出现很 多错误，馒掰模熬器懿好楚就是缝判定出现戆镣误楚否与硬舞系绞有关系，妇采 程序在模藩器上能正常工偿，下载弱硬释系统詹不能正常工l 乍，闻题麓缀可能篷 在硬件设计上。 如果硬件系统设计好，也可以赢接在硬件系统上运行仿真。 运行s h a r ce z - k i t 评储板 a d s p a h a r c 处理器应用系统设计及其在连续波雷达系统中的应用 通过评估板，可以直接在w i n d o w s 窗口下直接运行主机程序，将可执行文件 下载到评估板上运行，验证程序代码的正确性。 烧写e p r o m 当通过以上步骤验证程序代码正确无误后，就可以将可执行文件的最终版本 转化成可以烧写到e p r o m 中的格式，进行下载。在硬件系统上电或者复位后，e p r o m 中的数据就自动载入到处理器的内部程序存储区和数据存储区，开始执行程序代 码。 图2 3 也说明了v i s u a i d s p + + 程序开发的流程。 图2 3v i s u a l d s p + + 程序开发流程 2 3 系统设计方法 实时信号处理系统通常由许多相关联的部分组成。一般而言，一个实时系统 是比较复杂的，因为它必须处理很多并发事件的输入数据流，而这些事件的到来 次序有时是不可预测的，而且还要求系统必须在事先设定好的时限内作出相应的 响应。 信号处理系统的第一步就是算法验证，着重对所有可能处理的数据类型的完 全验证。算法验证后，综合并分配到各个硬件和软件模块。接着进行处理模块的 电路设计和控制逻辑设计。最后把各个模块互连，进行模块验证以确认算法、硬 件和软件正确实现了算法。 传统的系统设计流程，把设计步骤安排成一个瀑布的形式，如图2 4 。按照系 a d s ps h r c 处理器和系统殴计方法 统工程、硬件设计、物理设计封装、软件设计、集成和测试的顺序，一个阶段导 向另一个阶段。其顺序安排方式，使各个阶段有清楚的交接，有规可循且容易接 受。并且允许每个阶段由一个专门的小组负责。但是，这种设计方式不利于小组 之间的交流，并且把每个阶段限制在单一时间段里，后续阶段无法影响前面阶段 的设计决策。 系统要求 图2 4 传统的瀑布设计流程 还有一种螺旋设计流程 1 ”，最初用于软件开发，目前也引进到整个系统设计 中来。该方法在尽可能早的时候产生整个系统的粗略版本，经过一系列的重复逐 步细化，重新安排设计顺序。图2 5 拙述了这种设计方法从内到外的螺旋推移流程。 它很快在阶段2 和阶段3 的边界进行性能和行为仿真，然后在产品的最终版本形 成之前生成一个完成的虚拟( 软件) 原型和一个处理器原型。由于螺旋开发流程 尽能可能早的为系统产生了一个端到端的框架，因此可以在开发阶段初期进行系 统范围内问题的识别和校正。这种逐步细化的方式允许设计者可以回到不完善的