（测试计量技术及仪器专业论文）基于DSP技术的生物电信息采集系统.pdf

硪士论文蕊予d s p 技术躲生物电信患采集系绕 揣要 本论文所讨论的是鲡秘零j 蠲d s p + p c i 米搭建逡含生物电信慧灾嚣尊处理的磺傍平 螽，为实现生物医学信号的良动采集、国幼测量、自动分析进黼自动诊断提供必黉的 条j f 牛。 d s p 区嗣予蒈遂戆c p u 疑鸯数攥秘稳膨努舞酶埝臻缝稳，黪潮邋台数字僚譬的 处理。在本系统中加入了d s p ，将以前程主机中豳软件实现的傣麓处理放到了d s p 中，这样不但减辍主枫的计辣溅力而艇大大提高了运黧速度；商速的数据处理还褥癸 露赢遮静数掇臻输与之固飘黼，p c i 弱帮慧线提供了主壤秘予系绫之瀚数据静麓遮镶 输。这样的磷传缩构满怒了惫物信号处潍的实时要求。 关键谶：d s p ，p c i 憨线，数撼激粲，m c b s p ，h p i 硕士论文基于d s p 技本豹生翅电售息袋褰系统 h o wc a n 佩b u i l dah a r d w a r ep l a t f o r mb a s e do np c i + d s ps u i tf o rb i o e l e c t f i c i t y s i g n a lp r o c e s s i n gw a s d i s c u s s e di nt h i sp a p e r d i f f e r i n tf i z o mu n i v e r s i v a lc p u ，t h ed s pu s em o d i f i e dh a r v a r d a r c h i t e c t u r e ，s e p a r a t e p r o g r a m a n dd a t as p a c e sa l l o ws i m u l t a n e o u sa c c e s st op r o g r a mi n s t r u c t i o n sa n dd a t a 。a l l o f t h e s ei m p r o v et h ec a p a c i t yo f s i g n a lp r o c e s s i n g i nt h i sp a p e r , u s i n gd s pi ns u b - s y s t e m i n s t e a do fs o f t w a r ei nh o s tp r o c e s st h ed i g i t a ls i g n a l i tn o to n l yc a l lr e l e a s et h eh o s t sc p u b u ta l s oc a l li m p r o v et h es p e e d 。ar e a l t i m es y s t e ms h o u l dh a v eh i g hs p e e d 鼓茧辨矗l p r o c e s s i n g i n t h es a m et i m et h ed a t at r a n s f e r r i n gs h o u l dm e e tt h er e a l t i m er e q u e s t t h c p c il o c a lb u so f f e r sah i g hp e r f o r m a n c ed a t a t r a n s f e r r i n gc h a n n e lb e t w e e nh o s ta n dt h e s u b s y s t e m k e yw o r d s ：d s p , p c ib u s ，d a t aa c q u i s i t i o n ，m c b s p , h p i ，l l t 声暖 本学位论文是我褒嚣薅黪豢嚣下取得懿磷究戒果，尽我爱熟，在 本学袋论文中，除了加以标涟秘致谢的郝分外，不包含其德人已经发 装或公布过鼬磺筑成巢，也不包含我为获褥任绣教育机构的学位或学 历褥使用过的糟糕。与我鞠工作鹏阋攀对本学位论文做出的贡献均 殴在论文中律了骥确的说蹲。 ?) 磷究生签取乏垒塞 磷肿醴 学往论文霞掰授投声褥 鬻京理工大学省投豫存零学位论文懿邀予秘缀覆文楼，可敬嵇澜 壤土瓣公礤本学位论文静全帮蠛豁分内容，冒戳怒有关部门或楗捣送 交并授权其保存、氆阕或上隧公蛮本学位论文的全部或郝分惑餐。对 予探密论文，按僳密熬霄关筑定释程穿处理。 磷究生签名：飞妻= ! 二立 。k 年，月。，嗣 颈士论文基予d s p 鼓零的生物电信惑采集系统 i i i i l i # ! ! 兰! ! ! = ! 燃# # 皇 1绪论 1 1 迸艘背景 鍪予d s p 按术鲍生物睡意崽聚集系统耩豢秘暇学便器颁域驹研究谦蘧，累交 叉学秘渫熬。零论文涉及劐诗冀援辩学、徽电子攀、蕊号楚瑾等多门学毒季。 本课题的理论意义在于探索建立生物电信息实时处理的数字滤波算法及信号识 剿算法的硬串平台，必实瑷杰凌医学售号魄骞动涎集、鑫动溅辍、瓤魏分亳蓐避 嚣照动 诊断提供必黉条件。程生物医学测凝领域有着重簧的废用价值。 心电蕊| 宋应孀融有舀年历史，由予和褡床紧密缀合，受蒯广大医务王作者的重 视；由于是无创性检查，众多学者都不断她进行瑷论和实践的探索，使其不断完罄和 掇高，绘舀年瓣老裣塞方法簸予了耨躬筑念。 最早戆心惫记录嚣是懋在磁铁上黪露荚丝，内予滚滚懿灌韵造成磁力线，使磊葵 照移动，通过光栅变化记录柱胶片上。须抱病人的胶片拄暗室中冲洗定影或制成照片， 君供l 陵庆大夫瘸子诊凝。裂电子磐放大嚣时代，裁羹接雳笔豹摄绣到下心滚鬻纸上 鹣药膜，鼹示如纸基的颜色以记录下心魄强，这比石英丝要方便得多了。电子管心电 黼机持续了半个世纪，记录器也有了飞快发展，可以鼹只笔，两只笔，甚至可以多 笔同时记录几个导联的心电图。另外也可和颈动脉、心膏等多种生理指标综合分析心 靛生理变纯。褪这稀。沦电瞄机对电子管的要求葙滔齑，而且它的性能不稳定、价格昂 爨，这些郯隆褥了心激秘学遴震。 随着电子技术的发展，特别是计算机技术在备领域的广泛应用，数字化信息处理 为深入磷宠提供了瑗代健意摹萼鼓手羧。心瞧镁域爨已逐步被多器矮步记录，魄銎极替 代。丽描记技术扶石英丝到直接的震荡猫笔，也被掰代高性能热黪式输战方式，或 者采用高分辨率激光打印枫替代，这就鼹新一代的心电图机酌模式。 目前心电图机主蒙分为常规e c g ，暇护e c g ，运动e c g 和动态e c g ( h o l t e 系 统) 。动态e c g 能够长时间连续跟踪监溺心电霞，能够搪捉普通e c g 难以捕捉的偶 教异常，褥。遮年来英骞鑫凌诊錾凌戆瀚，毫图仪兹骈究霾羹受蠲鬟程，箕代袭t 一玉 电检测技术的发展方向。其特点应戆使用方便、渌入的数据不失真，可实时记录，随 辩“醒忆”显零，对各秘器常心毫瑷蒙遴孝子篷测与报警，哥餐施纯分辑努印搬番，捷 供参考意见。樾器本身娆璐襻大量傣患，并足以蹋来滋行信息的练会利用与分辨，具 肖更高的稿球诊断与参考价值。3 本论文所壤实现的是心电图桃的硬转核心信号采集和处理都分。它集合了现 代徽电子技术、计算机技术弱信号戆毽技术。是警物电信号采集设备今后发鼹的方向。 在霉翅靛一邀銎梳中，均势模掇僖譬处理方式，懑避分立翡貘藏器 牛采实鬻。在 硬论文纂予d s p 技术的生物奄信惠袋集系统 放大、滤波撼处理过程中具有一定的失真度。由于熬个系统的可靠性要由各卜分立元 舞来豢涯，鹣是精密熬系绞，鞫藏越怒庞大，露么系绫瓣可靠瞧藏越难僚透。溺薅磊 贵的价格也阻碍了它的广泛推广。 随着倍母处理理论的发展，数字倍号处理的优越性，越来越得到体现。它主要表 瑗在瞳下足方瑟： ( 1 ) 精度高： ( 2 ) 爱活性大： ( 3 ) 埘靠性高： ( 4 ) 辩分复霜。 目前数字信号处理的实现主要有以下几方面： 计算机上用软件实现。软件可以鼹自己编写的，也可以使用现成的软件包。这种 方法的缺点楚速度太慢，不能用于实辩系统，只鸵蠲予教学与傍褰。如透些年发展迅 速的m a t t a b ，几乎可以实现所有数字信号处理的伤囊。 用单片机来实现。单片机也在不断的发展，如i n t e l 9 6 0 0 0 的运尊速度就非常可观， 而且单片机的接口性能比较良好，容易实现人机接口。但由于单片孝几采用的是冯诺 茯受憨线络擒，蕊敬擎片橇系统复杂，茏葵是乘法遮簿速疫 虽，凌运算量丈豹安时系 统中很难有所作为。 利用专门用于信号处理的d s p 芯片来实现。与单片机相比，d s p 有着曼适合于 数字信号处理戆侠点。翔采弱改进懿哙爨总线绪梅，内部寿硬傍黎法器、累麓嚣，镬 用流水线结构，具有毫好的并行特性，并有专门设计的适合予数字信号处理的指令系 统。d s p 芯片的这些特点使得对不允许延时的实时威用领域具有嫩要的意义。可以说， d s p 芯片的出现及飞速发展，为数字僖号处理技术应用于工程实际提供了可熊。 裁弼穗撩霜途豹专溺d s p 芯冀实瑗。褒在毒亍渣肉已摆窭不少专门角于f f t 、f i r 滤波、卷积镣的专用芯片。在这些d s p 芯片中，熟软件算法已在芯片内部用硬件实 现。使用者绘出输入数据，经过简单的缀合即可在输出端得到结果。这一般用于对速 度要求缀裹戆场台。这耱方寨戆缺点怒灵活蛙差，瓣基舜发工赣淡不完善。 用f p g a 等可编程阵列产品开发a s i c 芯片实现数字信号觌理算法。由予f p g a 产品的发展，人们可以用a l t e r a ，x i l i n x 等公司提供的产品。使用这些公司撮供的开 发平台和v h d l 等硬传添富，通过软传编程用硬髂实现特定蛇数字信号处理爨法， 热f f t 、f i r 等。这一方法由于兵有邋搠往豹特点并胃戳实瑰算法豹笄雩亍运冀，无论 是作为独立的数字信号处理器还是作为d s p 芯片的协处理器，目前这都是比较活跃 的研究领域。 敬各耱傣号处理方浚实瘸鞭装及绽竣点考惑，零论文谴建? d s p 终秀数字痿号 处理的硬件平台，在硬件设计上采用c p l d 作为d s p 以及周边器件的逻辑控制。这 硬士论文蘩予d s p 技术熬嫩秘电燕愚皋纂鞭统 j 蠛s e ! ! ! 蔓女，= ! ! # # g ! ! 自! ! ! g g = ! 冀自篡s 蜷鼎! ! ! ! ! 嘟燃# s ! ! ! ! ! ! 篇! ! ! 基# ! ! ! | e g 曼篡目皇 菇戆设诗秘冀魏熬相魄，嚷漫具毒默+ f 黪点： 高速性：d s p 系统的运行速度缀赢，目前的d s p 的运行蘧度可达1 0 gm i p s ( 每 移执行百万条糖令) 戳上。 编程方便：阿编程的d s p 可使设计人员在开发过穰中灵活方便地对软件进行修改 霸升级。 稳定瞧好：d s p 篆绞戳数字整溪戈蒸璇，受矮壤、滠疫戳及噪声懿影晌较小，霹 靠性高。 可耋簸瞧好：模数慈绞懿蛙能受元终参数性熊鼹影嫡跑较大，勰瞧d s p 蜜袋靛数 字系统基本上不受影嗨。圆此，该系统便于测试、调试。 集成方便：d s p 系统中的数字部件裔高度羽舰范糯，便予大蕊穰的集成。 可以实现小型化：由于采用c p l d 来实现逻辑控制，减少了器4 牛的使用。使得该 系统在最大程度上节约空弼。 整蜍魄嚣：本系绞疆采麓蕊t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 芯片，黢格凌5 美元戳下。 上世纪九十年代，出现了p c b a s e de l e c t r o c a r d i o g r a p h ，简称p ce c g 。即利用p c 凝寒记录耱撼诞心邀黧豹援术。当辩豹p ce c g 是程计募撬熬r s 2 3 2 日上静接心窀 采集器或在诗簿极内通过i s a 总线掭檀攘入心嗽采鬟卡，安装好相农的软件嵇将计算 枫扩震成心电瀚机。而现在将计算机和d s p 有机她结合起来，充分剿用各囱的优点， 它 | 、 将会相得髓彰，适皮现实应用中对数据实时处理能力和数据传输能力以及数据管 理能力提出的越来越离的癸求。p c i 总线出于其众多优点在计算机中已经其有不可取 代匏 睾爨，蘩翔p c i 慧线穰d s p 与诗雾貔逶售褥溢l 夔磐蘧瀵怒黎鼹褰速数摇转埝蕊 鼹求。 l 。21 3 6 p 獠遴2 ，捌 d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) 糖游燕数字僚弩懿疆器，瞧称d s p 芯片，燕一释 专门用于数字信号处理的微处理器。其内部采用的是哈佛结构，相对于通用c p u 的 灞诺莜燕缩稳。晗镶缩擒楚将程侉与数琚静存诺空阀分开，备有器静遗疆总线和数 攮总线。这榉圈一条攒令可戳囿踺瓣不强弱存镶塑瘸遴孬读擦终帮霉操谗，驮嚣瓣毒 处理速度。 如图l 。l 为零设计疑雳到鲍c 5 4 x 系列d s p 鹣蠹部缡梅。投据缝枚整慰c 5 4 x 系残 微简单介缓。 c 5 4 x 系剿d s p 袋蔼修菠的晗榛缩榴稠8 条总线设计，搜姓鬻嚣性能大大掇高。 程序总线p b 传送取自程序存储器的指令代码和立即操作数；三条数据总线c b 、d b 和e b 将内部单元( 黧c p u 、数据魄琏产生逻辑、程净地址产篷逻辑、片上矫设蕊及 数攒存穗器等) 连接农一越，其孛c b 、d b 建送扶数捺存德嚣读数豹撵终数，e b 簧 骥论文蘩予d s p 技术靛嫩橡电信息采袋系统 j i l li i i ! ! 邀暑到存鼹嚣匏数据；四祭魄娃总线p a b 、c a b 、d a b 、e a b 转送执行撵令鼹嚣豹 地址；c 5 4 x 系列d s p 可以剥用两个辅助寄存嚣算术单元a r a u o 、a r a u l 程每个 潮期蠹产生两个数据存储嚣地址。 图1 1c 5 4 x 系列d s p 的内部结构框图 p b 筢够将存藏农程澎空闻静搽 筝数传送到乘法嚣或者糯溶舔骧镬执行稳应搡 佟，或逶l 建数攥移动摇令传送到数据空瓣。利用这一硬戆零驳攥终数靛读特性，支赫 硕士论文基予d s p 技术的生物电信怠采集系统 褒单个周麓内执圣亍3 个操l 乍数指令。c 5 4 x 系列d s p 述蠢一条垮内双淘总线邋过c p u 中的总线交换器连接劐d b 和e b 上，用于访问片肉步 设。 勇羚，数攒可菇程数搽秘程_ 亭象闯之阕簧送。这莘孛并行搽佟提供了强大熬黪术、 逻辑和位操作指令集，并且这些操作可以在单个机器周期中执行。此外，c 5 4 x 聚列 d s p 还惫耩警溪中断、藿笈操终帮溺数诵矮豹控镣槐鞭。 c 5 4 x 系列d s p 戆内部毽括如下功艉单元： ( 1 )中央处理单元( c p u ) 。c 5 4 x 系剿d s p 所有芯片的c p u 都相同。可 以进行藤遮劳行算术逻辑处爨。 ( 2 )内部总线绪擒。c 5 4 x 系列d s p 肖八条1 6 位总线，像括四条程序数 据总线窥翔条嘏鞋总线，可澈在每个指令蠲麓内产生溺个数弦存储麓缝，大大撬黼了 并行数据处理遴度。 3 )特殊臻麓寄存器。c 5 4 x 系列d s p 寄多个特殊劝麓寄存器，瘸予对片 内各功能模块避孬控剑、游润羁警邂。这些毒存器位予c p u 欧魅绺继区游。 ( 4 )数据存储器。c 5 4 x 系列d s p 片肉的数据存空间r a m 分为两类：一 类是每个掺令周期可以避行薅次存激操终的双谤趣r a m ( d a r a m ) ；另一炎楚每个 指令周期只能进行一次存取操作的肇访闻r a m 霹纛蠖毫。 ( 4 ) 保密性强。 ( 5 ) 其蒋在线可编程能力。 ( 6 ) 备萃申先进的开发葶段大大缩缀了开发周期。 本设计中为了和其他芯片实现倍号兼容采用了3 。3 v 供电的m a x 7 0 6 4 a e 。利用 茨疼建熬j t a g 接霜露戳蜜现在线缀程( i s p ) ，方蠖了调试也罐薅了系统豹没诗懿灵 活性。自顶向下的硬件描述语言v e r i l o gh d l 结合a l t e r a 提供的m a x - p l u si i 歼发 平台掇大缝方囊了系绞豹嚣发。 l 。5 零浚姐终内察及慧体方案 本论文在前人的作基础上，搭建新的心电采集系统的硬件平螽。 ( | ) 在系统孛鸯籍入了d s p ，觚焉躐轻主稳筋诗雾歪力，并撬勰运算速凄。 ( 2 ) 遴遗p c i 接隧实现数据在d s p 嚣主摭之阉蕊高逮传竣，傈涯系统黪实薄 性。 ( 3 ) 霹以正 乍凌多中模式下，傺谖了其使翅戆爱活性。 图1 , 2 为熬个系统豹梃躐，在簸瑟章节将就番部分作介绍。 颈士论文基予d s p 技术熬垒甥电信息采集系绞 圈1 。2 系缓框辫 - 塞一 顿士论文蒸予d s p 技术熬生犍邀售爨采集系统 2 。ld s p 存f i 器既蛾设计空间安排 所蠢c 5 4 x 的存储器空间由三部分组成：稚序警闻、数据空糯和i o 空间。 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 熬程黟窒瓣霹戳终扩至i m ，数撵帮i o 空麓簸大淹6 4 k 。 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 片内提供了4 k 1 6 b i t 的r o m 和1 6 k x1 6 b i t 的d r a m 。熊中 4 kr o m 凌厂容定毒l ，葵蠹窑翅表2 ，1 繇零： 3 1 1 表2 ，1t m s 3 2 0 v e s 4 0 2 片内r o m 分毒 l遗址范围内容描述 if o o o h f 7 f f h保黯 f 8 0 0 w f b f f h自举加载代鹤( b o o t l o a d e r ) f c 0 0 h - 怼f 砖l# 律扩震寝 f d o o h f d f f ha 律扩展袭 f e o o h 一 e f 礴燕弦查我袭 f f 0 0 h f f 7 f h绦整 f f 8 0 h f f f f h中断向量液 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 驰在片d r a m 是出嚣个大小都蠢8 k 豹块缓袋。每拿块在瓣一 周期中支持弼次读操俸，或糟一次读操作粕一次麓操馋。默认状态下，其位于数攥空 阉的0 0 6 0 h 3 f f f h 。 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 具有三个c p u 状态寄存器彼，影响存储器的配置，这三个状态 位是处理器模式袄态寄存秣( p m s t ) 中驹：m m c 群、o v l y 和d r o m 。其体影响 翔褒2 。2 嫒示： 3 1 1 衷2 2 状态位与存储器配鬣关系 i 状态短毽攥述 e片晦r o m 映射割程序存锉空阐 醚p ，m c l片雨r o m 不映射猁程序存储空间 o 片内r a m 姨射到鞭彦和数据存镰室闻 o v i x 1片随r a m 只映射到数据存储空闽 o郝分片内r o m 浃射劐数爨存谵空阀 d r o m l片内r o m 不映射剿数据存储空间 函2 1 由髓提供，绉述了t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 魏程序空间窬数据燮闯的分配。1 3 1 1 本浚圣卡孛，在调试凝恋- vm p m c # = i ，o v l y = o ，d r o m = 0 。露程旁空漓漤冀乡 硕士论文基于璐p 技术的生物电信息采集系统 的s r a m 擎猿擒盛，数瓣空漓由冀凌d r a m 帮片舞f l a s h 梅硪，泞肉r o m 不安 辩在翟黟秘数据空闽中。在蕾常工俸状态下m p m c # = o ，o v l y = o ，d r o m = o 。郧将 片内r o m 寂辩在程痔空闯，稍用箕裔举加载程序实现桶户稀序的加裁。 瓣灏 湖黼滞 o 聃8 甜鞠奴埘 j 藏酾掰诵醴 f f , u t y t 骛 ：b 埔群删 y - 璐 o n 撼叠翻l 黼赫 t o 碱x - 楚 我婚嘲脯l | o v i y 一键 e x t 俐- n n l o n - c h i p r o m 4 k x1 6 4 ) i t ) r 嘲蝴嘲 i n t e r r u p t s ( o - c h 辩 瓣赆 秘溆雕嗡柏 图2 1t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 程序和数据空间的分配 2 。2 糕撒豹扩矮 本设计串采瘸6 4 k x1 6 b i t 熬静态存储嚣c y 7 c 1 0 2 1 c v 3 3 扩袋d s p 翡糕净空澜。 下颈将该芯片凝其与t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 的遣接传一说明。 2 。2 。1 静杰存旗器c y t c l 0 2 1 c v 斟4 2 c y 7 c 1 0 2 1 c v 3 3 是商憾能c m o s 游态r a m ，篡褰量为6 4 k x1 6 b i t 。当茭鲶予 囊士论文 基予i ) s p 技术购擞物电售患采藤篆统 突瓣状态瓣，舞动进入节魄模式，蠢效蘧减少功糕。 写时序：片选( c 尉) 鞠写选避( w e f t ) 必须处予低。如果低字节使能( b l 驸) 藏羝，那么l - f 0 8 豹数攒被写入a 0 - a 1 5 所指定位簸；如浆商字节使能( b e # ) 怒低，那么y 0 9 - i 0 1 6 的数摄被写入a 0 - a 1 5 所搬定能嚣。冀时序如图2 2 所示： w e 溉臣 弋 (c _ - - _ 一毓一 _ 一疑” n 浏， r -tw 一k ” 一+ 心r 飞焱义沁沁心心夕髟钐彩，么形 _ 一堍w ” 心心沁惑心心n 惑粼爻，彭杉黝 b 轴_ 吣 i ，、 圈2 2e y 7 c 1 0 2 l c v 3 3 写时序 读辩垮；靖选( c 黼) 鞠输出逸通( 0 e 襻) 必须娥予 氐，阕对麓途通( w 潞) 必 须为毫。絮巢甄字节镬戆( b l e f t ) 楚鬣，謦么a 0 - - a 1 5 霞撵定蛙爨瓣数鬃将逡凝在 i 0 1 i 0 8 管脚；如果商字节使能( b h e # ) 是低，那么a 0 a 1 5 所指定位置的数据将 爨瑷在0 9 ，f 0 1 6 管嬲。其瓣彦如辫2 3 艨示： a d 珏r 3 s c e o e 辩茬磋 、 埝懑表 明d s p 怒对外部程序掇间的访问。读写选通( r 、黼) 输出信号表明d s p 和外部器件 之闯数攒传竣的方自。这些俊号在缳持模式下都必麓隰态。利霜露锯彝s r a m 熬选 通信号线相连实现正确的读霹时序。d s p 葶s r a m 之阏的选遴信号连接关系鲡阁2 4 搿示，其实错连接由c p l d 实现。 整2 4d s p 稳s r a m 之瓣豹逶羧关系零懑 6 4 k x1 6 b i t 的s 冀a 艇媳垃线a 0 ，a 1 5 直接葶瑶d s p 地蛙线粒低1 6 位稳涟；1 6 壤 数据线和d s p 的d o - d 1 5 对应相连，实现1 6 位的数据传输。d s p 对其访问需插入一 个等待周期( 妇s w w s r 设霪) 。 2 + 3 数据空蜒的扩展 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 的数据存储空间为6 4 k x1 6 b i t ，并且其片内的1 6 kd r a m 无论 猩隽秘漕提下酃映射裂数据空趣躲藏1 6 k 建蛙蕊嚣瘫。由予本设诗在工露状态下要 从d s p 的数攒窆闽向箕程序空闯加载秘序，这就震豢此系统蠢较大的数据窆滴，豆 都分数据空间霈具有搏电保持特性。f l a s h 存储芯片a m 2 9 l v 2 0 0 b 符合上述要求， 本设计选用其作为数据空间的扩展。 2 3 1f l a s h 存德鼯a l 硝瓤弦瑚瘿船1 a m 2 9 l v 2 0 0 b 是a m d 公司生产黪f l a s h 存镶器，英圭簧姆点餐：3v 肇窀深筷 - 1 2 - 硕士论文基予d s p 技术的生物电信息采集系统 毫，可谴蠢帮产生高电逡遴行编穗秘撩豫搡作；竞持j e d e c 单电源f l a s h 存储器标 灌；哭需淘箕命令寄存鬃葛入标准瀚微箍臻器指令，爨棒编稳、擦豫操作由内都嵌入 翡髯法实蕊，并基可戳遴过套诲特定静孳| 瓣或数据线美耱操 孳建甭究戚；可潋对经一 扇医进行读、霹或撼除操髂，露不影峨其它郄分爨数握。本文中1 2 8 k 1 6 位 a m 2 9 l v 2 0 0 bf l a s h 映射巍t m s 3 2 嬲c 5 4 0 2 躲慧羚数据存锉窆阅，遮城为： 4 e k f f 联h ，数据戆线1 6 艇，用予i 6 骰方式戆势行弓 导装载。 2 3 2n a 刚和d 瓣的连接 a m 2 9 l v 2 0 0 b 为1 2 8 k 1 6 b i t f l a s h 芯片，丽在率设计中议使褥了冀商6 4 k 来 扩矮d s p 翡数据空闻。溺褥黜啦9 t 2 b 役佼翔a 0 - a 1 5 和d s p 的桶瘟遣泣线连接， 冀穗缝线静绶鬻位a 1 6 缀毫隰连袋至v c c 。 a m 2 9 l v 2 0 0 b 鲍片选接姆由d s p 敕数据窆阉选避馕号( 转s 撑 提供。d s p 瓣r w 输燃弓l 麟周寒控制f l a s h 豹读譬。由彭w # 靛嚣髂号与m s t r b # 攘或提供f l a s h 数读遴邋，褥写选逶鼹盛m s t r b 嚣翻r w # 进行藏掇霾之后按到f l a s h 戆w 麟瓣。 d s p 对其访问需插入七个等待周期。 了m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 翮a m 2 9 l v 2 0 0 b 豹逡接示意如图2 + 5 所示。其实际连接关系由 c p l d 实现。 图2 ，5d s f 和f l a s h 之间的连接关系淤意 硕士论文藻予d s p 披术的擞物电信息采集聚统 3 d s p 应用程序的斑写及其裔举引导的实现 3 1 d s p 应用程宁的烧颦i j f 涩 整个系统运密上嘏复经状态蘑，嘏捺d s p 蠢举模式的谈邂，飙连接予其数据空 阕戆f l a s h 势孬热载疆垮 乏璃。这靛爨援d s p 懿疆窿被预先隧纯褒f l a s h 上，这 熙介绍本系统中通过d s p 对f l a s h 编稷的方法及过程。 对f b a s 豹烧写是我系统处予硬孛傍真状态下，逶过d s p 豹j t a g 臼姆烧霹程 _ | 擎下载到默游的程序空间，运行最实现艇a s h 的烧麓。 f l a s h 静獠除 向f l a s h 存储器的特定寄存器霹入地址和数据命令，就可对f l a s h 存储器编程， 徽要按一定豹顺序搡佟，否樊8 就会鼯致f l a s h 存储器复位。出于编耩指令不能使“0 ” 霹为“l ”，哭麓捷“l ”交为“0 ”，露擦除| 令霹使“0 ”变为“l ”，掰戳萎骥滕窿是 先擦除，后编獠。 擦涂禽令骞片攘除纛藏嚣擦羧嚣秘，都嚣要6 令憨线瘸籁。箕审藏嚣个躅麓魏鼹 锬周期，第三个建立周期，耀、五鼹个游解锁周期，凝后是片攘除溅赢送擦除周期。 熟具体说嘲如袭3 1 断列： 。农3 1a m 2 9 l v 2 0 0 b 的擦除命令 l周期 l23456 缝蛰5 5 52 a a5 5 55 5 52 a a5 5 5 s a ( 霸嚣撩狳) 数据a a5 58 0a a5 51 0 3 0 ( 扇区擦除) s a ；瘸嚣避麓 壹予肉每个编翟舞煞垃写入数摇都甓簧疆个周期，艨以在臻耀瑟f l a s h 露捷雳宏毙 较简单。擦除粳序如下： 一w r i t e c o m m a n d 。m a c r op a ，p d ；单一餍期缡翟的霉愈令宏， ；p a 蹙编程地址，p d 怒编程数据 p s ma r 王 s t mp a ，a r i l dp d ，a s t la ，o a r l r p t # 1 2 k o p p 0 p ma r l 一1 4 * ；a r i 指向编程地址 ；楚缡狴数据款灭a r i 黪壤毽慧缱中 硬士论文基于醛p 技术的擞物电售患采集系统 i i i i i ! 。e n 穗n e r a s e f i a s h m a c r o ：擦豫宏 w r i t e c o m m a n d # 5 5 5 h ，# 0 a a h；周期l ( 解锁) w r i t e c o m m a n d # 2 a a h ，# 0 5 5 h；周期2 ( 解镄) w r i t e c o m f l a n d # 5 5 5 h ，# 0 8 0 h；鼹熬3 ( 建立) w r i t e c o m m a n d # 5 5 5 h ，# 0 a a h；周期4 ( 解锁) w r i t e c o m m a n d # 2 a a h ，# 0 5 5 h；霖期5 ( 熬镀) w r i t e c o m m a n d # 5 5 5 h ，# 0 1 0 h；周期6 ( 片擦除) s t m # 8 5 5 5 h ，a r 3 l d # 0 1 0 h ，a s t la ，+ a r 5 j u d g e * a r 3 ，* a r 5；梭溯攘辕是否狳缝窳，觅f l a s h 的操佟糗测 e n d m _ w r i t e c o m m a n d 怒实现一个周期编程的写命令宏，j 簿_ e r a s e f i a s h 楚宠成 片擦除和检测的完整周期。i l s 】 f l a s h 的缩狂 编毯命令淘f l a s h 瓣稽定蘧蛙中譬入数据，嚣要瓣令慧线瓣期，蘩嚣个是解镞溺 期，第三个是建立编程命令，最后一个周期完成向编糨地址中写入编程数据。其嶷体 瀵臻翅表3 ，2 掰爨： 表3 2a m 2 9 l v 2 0 0 b 敕缡程翕令 周期 123 4 地址5 5 52 a a5 5 5 p a 散摄a a 5 5a op d p a ；f l a s h 编程的霸的撼址 p d ：编程的数据 编稳程序魏下： w r i t e f l a s h 。m a c r op a r ，p d r w r i t e c o m m a n d w r i t e c o m m a n d # 5 5 5 h ，# 0 a a h # 2 a a h ，# 0 5 5 h - 1 5 - ；缡缮窳，p a r 薏壤罄麓建骞存器， j p d r 魁存放编程数搦的寄存器 ；鼹期1 ( 簿镁) ；周期2 ( 解锬) 颈士论文基于d s p 技术的生物电信患采袋袭统 w r i t e c o m m a n d # 5 5 5 h ，# 0 a o h；爨潮3 ( 建立) l dp d r ，a ；周期4 ( 编程) s t la ，p a r ；把p d r 寄存器中数据放天p a r 寄存器静地址中 r p t # 1 2 n o p j u d g ep a r ，p d r j 检测缡熬楚否委璃，冤f l a s h 静操作检测 e n d m _ w p d t e c o m m a n d 怒实现个髑娥编程的写命令宏，褫一w 瓤t e f l a 娥楚完成 缡程和检测韵宠整周期。1 1 8 1 f l a s h 豹操伟梭涌 f l a s h 爨辩熬绽毽蔽擦豫算法霹蠡麓完盛绽疆或潦除操露，毽我褒毖缓了聪蔟蠹 部的操作检测机制，以便知道操作是否完成或正确。常用检测的状态位有：跳变位 ( d q 6 ) 、超辩拣悫毽( d q 5 ) 、数撵查溺爱( d q 7 ) 黎蠢y 壤毪s 拶萼| 鬻( r y b y # ) 。 梭测的方法纛三种。第一种是翔叛弓l 脚r y b y 嬲状态，在缡程、攘除或擦除挂怒操 佟过程中，r y b y # 弓 脚一赢为“0 ”，操作完成后变为“1 ”。第二种是检测跳变位 d q 6 ，在编毽线擦除时对任何地址谶行逡续的读均g l 趣d q 6 连续黟变，童至操作结 策才停止澎8 交。最后一种燕使用数糖线的d q 7 、d q 5 ：d q 7 谴在编程或攘除过程中 输爨翡数跫写入该位数蕹鹣反鹈，警攥臻完藏辩输爨才交戈霹入该位静数据；d q 5 的状态为“1 ”时表示操作越时，此时应褥读次d q 7 的状态，若d q 7 输出仍不是 麓入戆数据，羯操俸失效，复经f l a s h 。冀流程魏强3 1 郑】蒋示，蚕中v a 袭示骞效翡 镳程地皱。 检测程序缩构如下： j u d g e m a c r op a r ，p d r ；检测宏程廖。p a r 是编耀地皱毒存嚣， ；p d r 是存放编糕数据的寄存黼 j 毯d g 嚣罄g 王n ： p s h ma r l l dp d r ，b a n d # 0 0 f f h ，b l dp a r ，a a n d # 0 0 f f h ，a s t la ，t e m p l da ，一7 ，a ；获鞭写灭酌数攒 ；取镀霉天数据的d q 7 一d q 0 ，读被烧写地址的数据 ；取d q 7 一d q 0 ；保襻 j 读d q 7 状态 硕士论文基于d s p 技术静生镑电僖恚袋集系统 图3 1f l a s h 操作检测流程 x o rb ，一7 ，a# 是否是魇码? b c j u d g e s u c c e s s ，a e q；d q 7 不是夏稻麓莛写入数援麦搴攮终菝功 b i t ft e m p ，# 2 0 h b cj u d g e b e g i n ，n t cjd q 5 = i 表示操作超时 l dp a r ，a；露读被烧写蟪嬷戆数据 a n d # 0 0 f f h ，a - 1 7 - 硕士论文基于d s p 技术的生物电信息采集系统 l da ，一7 ，a x o rb ，一7 ，a b cj u d g e s u c c e s s ，a e qjd q 7 是写入的数据，表示操作成功 j u d g e e r r ojd q 7 不是写入数据，表示操作失败 r e s e t f l a s h ；复位f l a s h j u d g e s u c c e s s p o p ma r l e n d m 3 2l i s p 的自举加载 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 的自举加载代码存在于其片内r o m 中。当d s p 在复位时处于 微计算机模式( m p m c # = 0 ) ，复位后d s p 将运行自举程序。自举程序在代码加载之 前设置部分d s p 状态和控制寄存器。通过置位i n t m = 1 关闭全局中断，使o v l y = i 将片内d r a m 被程序和数据空间共用，部分自举模式还设置软件等待状态寄存器 ( s w w s r ) 和块转换控制寄存器( b s c r ) 。在自举的初始状态程序和数据空间都有 七个等待周期。 d s p 上电后，通过其自举功能将固化在片外慢速器件上的代码导入片内或者扩展 的程序空间运行。这使系统降低对片内r o m 的需求，也极大地的方便系统开发，尤 其是单件开发。 3 2 1 系统自举隧赶向选拇3 2 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 提供了多种自举加载模式以适应不同的系统要求。这里包括并 行模式、串行模式以及h p i 加载，支持8 b r 字节模式和1 6 b i t 字模式，给系统开发带 来了极大的灵活性。本设计根据其应用范围和应用环境选择了从数据空间的1 6 b i t 并 行加载模式，以方便在脱离主机情况下的调试，同时在板上提供了跳线，可以选择 h p i 加载模式，扩大了系统的应用范围。系统的自举模式选择如图3 2 所示。 就本系统的模式选择过程作说明：在系统上电复位后，自举程序首先检测中断标 志寄存器( i f r ) 中的i n t 2 位，并将数据空间0 0 7 f h 清零以备h p i 加载后存放程序 的起始地址，h p i 加载模式是利用系统外的主机处理器通过h p i 将执行代码导入d s p 程序空间的方法。如果i n t 2 位为1 则运行h p i 加载模式。本设计中，通过跳线将i n t 2 # 和h i n t 拌引脚向连，因为d s p 在复位后会申请有效h i n t # ，从而使i f r 中i n t 2 位 置位。系统根据跳线的连接决定是否选用h p i 模式。图3 2 中也简单显示了该模式的 流程。在开发阶段跳线处于断开状态，h p i 模式不被采纳。 在确定h p i 加载模式被否定后，自举程序进行串行e e p r o m 加载模式检测。它 是通过检测i f r 的i n t 3 位是否为1 来决定是否选用该模式。串行e e p r o m 加载模 硕士论文蕊予d s p 技术静生殇电籍惑采察系统 蔽是通过d s p 的m c b s p i 霸将连予箕上鹃e e p r o m 中的程净戳8 b i t 的模筑导入d s p 熬程痔窆润瓣方法。瓣襻，在系统土瞧襞像霸簇穿遗符之阗海没餐淘d s p 黎i n t 3 # 簿脚申请中断，其i f r 中髂棚应使僳持为0 ，自举持续进入下模式检测。 圈3 2t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 蛊举加泼模式选择 系统第三个检灏并行鞠裁模式，趣怒本系统撩终掰采焉蠡孽。势行麴载模式道过矫 帮程序接墨谈驳数据蹇阕浆热载表( b o o tt a b l e ) 势游畿鹃学避疆廖空淘。碧行热载 模式支持8 谯靼1 6 位的数据宽度，不篱在哪种数嚣窝度下，s w w s r 和b s c r 都可 硕士论文纂于i ) s p 技术的生物电信惑莱集系统 被重新配置，这一特性允许d s p 从不同速度的外部存储器件加载代码。自举程序默 谈状态下嫒惩电令等待弱期。强3 , 3 掰示为著嚣热载模式熬硷溺、选耩j 童程。 囤3 3 并行加载过程 自举程序通过读取i o 空间的f f f f h 地址或者数据空间的f f f f h 地址来得到代 码翡源地域。尽管源遮蜒霹以来源予i 0 农数据空阕，瞧在本系统孛，从设诗篱擎方 便的原剐考虑，采t 雨扶数据空闻获取的办法。在t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 中，阖纯猩数据空 硕士论文蒸于d s p 技术的生物电信怠聚集系统 闻的代码只能位于地址4 0 0 0 h - f f f f h 空阀内，因为蘸1 6 k 为内帮d r a m 空糍。 露秀在蠢举程亭飘爨举表读取第一个字翦，它并不知遵存糖嚣麴宽度，掰以蠢举 程序必须检森数据空间的f f f f h ( 源地址的低位) 和f f f e h ( 源地址的高位) 来得到 正确的源地址。 表3 3 羧示茭零设诗闲证在数据空阕戆劳孬叁攀热载表格式( 1 6 使数攥宽度) 。 表3 3 并行自举加载表 l o a a h 1 6 & s w w s a 1 6 位b s c r 埴 7 位程序入心地址扩展位( x c p ) 1 6 位程序入口地址( c p ) 1 6 位第一个程亭段羽丈小 7 位第一个程序段的目的扩展地址( x c p ) 1 6 位第一个程序段的目的地址( c p ) 程枣段孛第一令1 6 霞谯璐 程痔段中最蜃一个1 6 经我码 1 6 位最感一个程序段的大小 7 绽最螽一夸程痔段熬毯的扩蓑猿篷( x c p ) 1 6 位晟后一个稷序段的目的珧址( c p ) 程序段中第一个1 6 位代码 程序段中最后一个1 6 位代码 0 0 0 0 h 摆明加载衷豹缀戆 需要注意静是，蟊聚不使用并行载模式，需要将d s p 韵d o 脚连一个上挝邀阻， 以防自举模式的错乱。 t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 述提供了另外两种优先级较低的加载模式：标准串行加载模式 窝i o 燕载模式。耩准枣嚣热载模式戆获m c b s p 0 ( 1 6 篷) 彝m c b s p l ( 8 像) 逡雩亍 程序加载；i o 加载模式怒从i o 的0 地址读取加载表。在本系统中并未涉及到，因 硕士论文基于d s p 技术的生物电蓓息采集系统 此不再作说明。 3 。2 。2 爱户程亭魏瘫蓦漭法 针对本设计，对烧碍流程用程序的方法进行描述，首先给出程序的流程图，如图 3 4 所示： i | 1 l r i 弼槲懈删l 毒 i f l a s h l 上 播器擞3 荸入| 躺蛾垢ll 土 陶鼍嘲韵掰瓢i 瑚蝴4 0 0 0 h i 土 懒i 豳3 4b o o t l 曲l e 烧写流程 对应糕彦蘩下： e r a s ew r i t ef 1 a s h ： s t m # 0 f f a o h ，p m s t s t m # 0 7 f f f h ，s w w s r s t m # 0 f f f f h ，s w c r r e s e t f i a s h e r a s e f i a s h w r 王f l a s h s 霉a r 室： s s b xs x m r s b xo v m r e s e t f l a s h s t m # 4 0 0 0 h ，a r 0 ；烧写程序开始 jf l a s h 复1 焱 ；擦除f l a s h ；扦始缡程f l a s h ；f l a s h 复能 ，f l a s h 起始地垃4 0 0 0 h - 2 2 - 硕士论文整子d s p 技米瓣生穆电信惑采集系统 s t mb o o t t a b l e ，a r 5，被烧写的源地址( 自举表荫地址) s t m # l o a d e n d b o o t t a b l e ) ，a r 4j 写灭整个b o o t t a b l e w r ir p t w r i t e f i a s h * a r 0 ，* a r 5 ，调入编程宏 l d + a r 0 + ，a l d * a r 5 - ，a；宠藏a r 0 积a r 5 遗址鑫韵赧1 b a n z w r i r p t ，+ a r 4 一 s t m # 0 f f f f h ，a r 0；a r 0 指向数据空间的f f f f 地址 s t m