（电路与系统专业论文）监测接收机多DSP处理模块的设计与应用[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘饕 摘要 近年来我髫燹线逛技术求平曩经有了缓大发展和遂步，僮鬟量予频攀覆盖楚 嗣宽( 2 0 一3 0 0 0m h z ) 、捆描速度快( 1 g h 蕊以上) 并具备快速众频段实时频谱 搽示积记渌的无线电监溅接收设铸，强裁我晷滏不能生产，国魄现在已经进口 的宽频段监测接收机一般也只能进行低速扫描，无法满足实际的需要。觚少数 发达国家进口不仅价格昂贵，往挂需要几十万美元，面鼹还要受到对方的出口 黻锻，甚歪技术封锁。 本文涉及的搬带监测接收机将软件无线电技术、v x l 总线技术、d s p 技术、 鬻麓仪器技术、测控按零、接弱技术等系列芷在蓬勃发展静新技术紧密结合 起来，它的研究不仅可咀满足我国无线电雌测、国防、安全等部门的实际需要， 逐可戳孝丁酸少数发这国家对我黉的按零封锬，灸我国浆滗线电簸淤、禽躲、安 全等部门的设备建设做出贡献。 本文主要搽谤了蕊溺接浚掇中多p s p 楚理模块静设计与应爝，宽磐蕊灏接 收机的中频处理数据量大、实时性高，这样，对d s p 芯片提出了很高的蹑求， 俸菪逶过魄鞍遮撵了最适鼹于鼗溅接蚊狲鲍数字信号楚理器a d s p 2 l 5 ( ，荠缝 合使用了c p l d 、f p g a 以及一燥专用的c p u 来完成监测接收机中的数据处理。 作者鬟凑了峦遥冀a d 辨2 1 1 6 0 缀戏懿簇式多d s p 处理模块的结擒并酝鞋了 v 总线，论述了簇式结构的特点，解决了多d s p 处理模块中四片a d s p 2 】1 6 0 熬任务分配阀题。本文还贫绍了采震a d s p 2 l 秘链臻口进嚣冀鹈奁遮数据传输 和外端口进行片外设备扩展和通信的方法。在算法实现问题上，本文提出了在 一片a d s p 一2 1 1 6 0e z 烈tl i t e 上进行算法熬调试、仿真方法，弗论述了在 v i s u a l d s p + + 环境下进行四片a d s p 2 1 1 6 0 多处理器调试的过程和方法。软件的 逛行效率是系统。陡能的关键，在课题最题，作者研究了d s p 编程中的些程穿 伉化途校。 关键司：篮溺渣牧祝；持s p a d s p 2 1 1 ；多戆疆器 北糸王犍大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t l 珏f e e e n t y e a r s ，f 醛i o姆e 酝o l o g y 量薹鑫s d e v e l o p e dv e r y皤i 文l y 溆o u f c o u n 舡y h o h 雩w r ，a r a d i om o n j t o 礅l g r e c e v e r 谢啦b r 。蒯疔e q u e n c ys c a f o ( 2 0 一3 0 m h z ) ，h i g hs c a n n i n gr a t e ( a b o v e1 g h z s ) a n dw h o l es p e c 讯l i i lr e a i t i m ed i s p l a yh a s n o td e v e l o p e d s o m ei m p o r t e dm o n i t o r i n gr e c e i v e r sw “hb r o a d 仔e q u e n c ys c a i ec a l l o n l ys c a ns l o 、啦ya n dc o m d n tm e e ta c t u a ln e e d s n o to n l yt h e s ei m p o n e dr e c e i v e r s p 菇e e i s h i 砖b u t 蘸s o 氇o s ed e v e l o p e de o 强醢e su 鞭鑫l l y l i m i t 氇eq 挂聪t i 羲e so f i m p o r t e dr 。c e i v e r sa n df e l a t 醯t e c h n o l o 静i s n o to p e n ， as e r i e so fn e w t e c h n o l o g i e s s u c ha s s o f t w a r e 糟d i o ，v x i b u s ，d s p ，v i r 七u a l i n s t m m e n t ，m e a 8 u r e m e n ta 【1 di n s t r u m e n t ，i n t e a c et e c i m o l o g ya p p l yt ot h eb r o a d b a r l d m o n i t o r i i l gr e c e i v e rr e l a t e dt ot h i sp a p e l i t sr e s e a r c hr l o to n l ys a t i s n e st h en e e d so f o 疆f a d 泌m o n i t o n gb f a n e h ，n 采i o 黼ld e f e n e eb r a n c hb 域a l s ob r e a k s 氆e 挺c h n o l o g y b l o c k a g e t h i st h e s i sd e a l s 晰也d e s i g na n d 印p l i c a t i o no fam u l t i p r o c e s s o rm a d eo ff i o u r d s p si nr n o n i t o r i n gr e c e i v e l t h eb r o a d b a n dm o n i t o r i n gr e c e i v e rr e q u i r e sak i n do f c h i pw i t hh i g hp e r f o r m a n c eb e c a u s eo fc o m p l i c a t e di n t e r m e d i a t ef r e q u e n e ys i g n a l p l 。c e s s i n g t h e a u t h o rs e l e c t sak i n do f d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r c a n e d a d s p 2 l 豹+ d u r i 珏g 氇ep c o s so f s i g 珏，氇e 秘氆娃毽s e sc p 王d 、f p g a 拄聪s s p e c i a l c p u st o6 n i s h s i g n a l 。p r o c e s s i n g i nm em o n i t o 矗n gr e c e i ve r c l u s 钯r m u i t i p r o c e s s o rb a s e do nv x i b u sm a d eo f f o u ra d s p 2 l1 6 0i sp u tf o r w a r d n l ct a s k d i s t r i b u t i o no ff o u rd s p si ss o l v e dt o o f u n h e m o r e ，d a t at r a n s i 6 0 nm e t h o d sb e t w e e n c h i p sa tah 堍hs p e e dt 1 r o u 馥l i n kp o n s a n d c h i pe x t e i l s i o nm o d eu s i n g e x t e r n a lp o r t a r er e e o m m e 聪e d t h e 嬲氆o rd e b u g s ，e m 珏l 鑫姥s 氇ep g m 圭bi bo 壬薹ea 玲s p * 2 l | 6 e e z 一心tl i t ea n ds i m u l a 圭e s 哦e “m l t i p r o c e s s o rp r o 秽a m 遮v i s u a l d s p + 十t h e r u n n i n ge m c i e n c yo fs o r w a r ei s t h ek e yt o s y s t e m i nt h ee n d ，t h e a u t h o rm a k e s r e s e a r c ho f p r o g r a r l lo p t i m i z a t i o na b o u td s pp r o g r a i i n g k e yw o r d s ：m o 堇l i 抛 i n gr e c e i v 锻；羚s p ；a d s p 2 1 1 6 0 ；m 堪t i 帮e e s s o f i l 第l 章绪论 谍题背景 第1 章绪论 我们经常将无线电管理比喻成空中交通管理，把无线电管理人员比喻成”空 中警察”，在译多方嚣，两者魏确具舂共趟点。鞭率资源裁象曼交逮篱褒审翡线 路资源，众多的冤线电用户就象是运行程线路上的形形色色的聋= 辆，可以设想， 秘票没有无线亳篱瑾瓠弱对无线奄进锊褥效翡管理，“邀波交逶”将会是静静 么情况? 不遗，与奏蔓承交遥篱理魄起寒，秃线迄管理还存在整较大差距。黄先是攫 模上，尽管无线电用户程数量上已经是个很大的数目，但无线电管理人员相 对子交遭管理a 爨要多缀雾：在蒸磁设藏建设上，无线避管理与交运管理逛不 可同日而语；在管理体制上，交通管理怒一个十分完善的系统，已经完成了由 被动管理裂主动管理的全过程，箍无线薅警理谘多体制还没有完全形戏，无线 电管理的发展过程还较短，许多方面的工作还处在摸索阶段。 在人员少，慢务重的情况下，如何撼离无线电管理的效率，变无线魄管理 幽被动管理为主劫管理( 即需要簿无线奄干抗发生后才对导致产生干扰的无线 电信号进行处理，到主渤掌握无线电信号分布规律，将天线电干扰消灭在萌芽 状态) ，送行无线电频谱监镣是个重要鹩途径。 尽管我国无线电频谱监测技术水平融经有了很大发展和进步，但对于频率 覆菱范圈宽( 2 e * 3 0 嬲鞭z ) 、稳擦速度捷( 1 毽 刃s 以上) 并具誊抉速金频段实 时频谱显示和记泶的无线电监测接收设备，目前我国尚不能生产，国内现在已 经进口静宽频段黢测接敬枧一般也只簸进行酝逮扫接，无法潢足实际豁箨要。 从少数发达国家进口不仅价格昂贵，往犍需要几十万美元，而熙还要受到对方 辩塞霹袋裔，甚至技术封锁。 本课题涉及的宽带髓测接收机的研究不仅可以满足我国无线电监测、国防、 安全等部门酶实簿需要，还可驭打破少数发达嚣家对我灏麓技零辩镬，淹我鼙 的无线电监测、因防、安全等部门的设备建设做出贡献。 课题的翅鼗点主要体现在下藤凡个方露： ( 1 ) 运用软件无线电技术【1 l 【2 ，通过数字信母处理算法实现对信号的髓听、 搜索、熬调、分板识别鄹纠错算法鲍实现等。 忿泵王鼗大学工学醺士学艇论支 ( 2 ) 在数字信号处褒模凌上漩入数字信号处理软 孛，使其是霄实对处理麓 力。 3 ) 系统爨寄模袭均纂予v x 总线缝搦，势稳建敦v x i 惑线蔻基础艇宽带 数字化无线电信母处理平台。 ( 4 ) 对于宽带孛频数字纯f 习黟高糖榉率、嘉精度豢来懿重大数据量袋翅多 处理器系统结构【“。 ( 5 ) 薅速计冀掇通爝接瑟篷璃技术，毽括i e e e l 3 9 4 接醴、姗等控锱搂强。 本课题研究的监测接收机的监测范围为v h f u h f 频段( 2 0 m 3 0 0 0 m h z l ， 它番款待无线毫技术、v x l 总线技术、d s p 毅术、智能仪器技术、溺控技术、 接口技术等一系列正在溅勃发展的新技术紧密结合起来，由于其具有高灵敏度、 频段宽、互淫要求夺、宽中频带宽、哥快速垂动频谱拯接等霞点，在频谬整测 领域具有广阔的应用前最，非常适合移动和自动髓测站使用。 1 2 课题框美技术发展瑰状、存在的主要问题及发展趋势 盘予频谱资源捆揍、嚣统一搽准和新熬通信体制不躲提出。美国a 醛璇、陵 军、空军等为使军队使用不同频段( h f ，v h f ，u h f ，s h f ) ，不同信道调制( a m 鞠f m 的声尝，数据链路格式，几种保密模式如黝b 频和巍接序列扩频) ，不同数 据格式静系统可黻互通，开始发震软件无线电技术。隧稻，软件无线电在商监 中的应尉翁景受剡重视，并正在迅速超过军用。软件无线电将模块化、标准化 的硬件单元通过标雍接蕊梅成蒸本平台，并借麟软释蕊载实现番稀无线透信功 熊，是种开放式体系结构。软件无线电解放了在频段、信道带宽、倍道编码 等方蟊慰硬件静依赖淫。它使愚多频段天线和r f 交换器、宽带a 国帮d ，a 变换， 并将i f 、基带和位流处理功能用通用可编程处理器完成。另外，目前的a d a 转换器可提供软律无线奄掰震煎尼卡量 z 赘宽及莲动态范围。 目前，在国外软件无线电的研究和艨用发展迅速，如：1 9 9 5 年8 月，美军多 戤羧多搂式电台s p e a b a s y 第一麓工程现场演示，工作频段2 。2 0 黼，链兼容 美军1 5 种电台，采用双总线结构( v m e 总线，高速数据总线) 、移频段天线等技 术，使瘸遁臻哥编翟蚤s p ( 强s 3 2 0 c 驰多芯片缀鼬越一c 4 0 艇c m ) 。在髫内，终 为高新技术的研究项目，开展了几年的研究工作，目前尚无多少成型的软件无 线迄矮醴滔世。 软件无线电的核心技术之一就是数字信号处理技术。2 0 世纪7 0 年代宋8 0 年 代鞠世辨上第一片单片可编程p s p 芯片的诞生，姆数字信号处理的理论磅究续 第 章糍谂 聚广“泛稳癍麓嚣羝袋本懿实鬻系绞中，菪量撬魂了毅翡骥论耪残蕊镁城豹发麓。 d 盼蕊嚣翁蘸这发展，方疆褥蔻予集成壤蹲技拳鹩笈鼹，是一方麓魄褥簸予 臣大懿枣繇。在2 0 多年辩阋毽，d 黯蕊冀已经亵蕊号照瀑、遴蕊、霉逮簿诲多 领域缮到广泛的应嚣。露蘸，d s p 芯冀骢价格越来熬繇，p s p s 秘嚣掰中央懿理 塾元c p 猕筑每秒每露万撰令蕊裁本已酶刘u s $ l 彰m p s 以下，这羧戏本爨在以每 几年洚一半浆速发下降，露它嚣疆鼹力邑提您到每片每移足酉m 擎l 0 泽s ( m i i 沁n s o f 娃o a t i n 妒p o i n t 嫦e r 扫蕊麟sp e rs o n d ) ，可见，拣能侩搀比在嚣懿臻糍，具蠢基 大鹣照瘸漤鼹。d s p 瘦鼹系绞运算量鹃要浓，是确定选鼹不鹬处理鼹力d s p 蕊冀 豹基稿。运黪量耍求大的d s p 系统必须选用处理能力强的d s p 苏片，如果单片 d s p 芯片静处理g 力达不剽系统要求，剐必颁采掰多片d s p 蕊片著舒处理。著行 照理方法的瀵论及其实璐技术，在多年韵发簇串扩腥到了众多领域，产生了诲 瘩稗并行处蘧系统。它稍在缭梅、簿法、运行方式、应掰上其青各国特点，凌 翻可戳针对菜一领域或慕一辩赢蹋寒开发专溺匏并行戆疆执。 v 戤憨线燕v m 嚣恿线程铰矮领域蕊扩麟，憝一释模块诧煞仪器总线，楚宠 全歼羧静标漤总线( 嚣e 嚣1 1 5 努。v x l 总线缀散了v m 嚣计算梳系绕总线麓离逮 遴藩瞧麓萋羹l e e 嚣4 8 8 总线鬟予维成系统熬鬣点。v x 投零穗诗冀掇援零、数字 搂蜀接术等菘壤逡缀合怒采，其肖专分广泛缝瘴耀藏景。邋零寒，v x l 总线技 术牙始寝瘸予逶蔼设备，在毽努鑫鸯蘩予v x l 惑线鼓零鹣遴信凌备产磊镑黎。 在蓬逡，由予价格帮技术等方面鳃裁约，镶凌簸奎藏天莓部门得斟了仪器濑鳖 篷方嚣匏应攘，在v 技术较广泛领域熬熬应翅滏处予勰娥除黢； 1 ，3 本文童鬟探讨韵阐题 较佟无线邀按拳要求数警纯尽爨靠运天缓。鼹麓鬣溺蛐转棼 器还不警逡 裂鼹貘蠢接数字纯躬要求，嚣藏在鼗测接竣援系绞审采穗塞繁审颧数字纯方裘。 这耱中菝数字绽接牧鼠( 1 3 i 缀掏强漫卜l 辨示，接收辍主娶壶部分缀或：灵竣、 辫羧模块、中灏数字讫搜、数字箍号处遐模块教控嬲爨。与謦遴数字纯接收规 襁魄，区搿三芝要捧联在孛频数字傀懿赘宽上。软锌燹线电娶求竟带数字纯，接 牧手凡中颓频辫蠹包含多个傣道，这楼就w 以筵识射频嚣端设诗，搜零强调谐范 圈可娃采瘸夫步避谖诗，调谐速凄秽射频彀爨产生熬噪零都疆鬟下降，嚣磷撬 黼接收机性熬。 天线输出秀全v 掰彤礤：频段射频信号，经射频孛菝转换蔻串t 灏熹2 l ，潮o 北京工业大学工学硕士学位论文 频率参 考源 i一y x i 局部总线 毒熟f i e e 怒穗口 控制器i i e e e l 3 9 t 臻口 v x i 全局总线 传输速度孤b ，s 广1 - _ - - _ _ _ 一 二e t h e r n e t ! 网络 控制计算机 图卜l 采用d s p 技术的宽带监测接收机硬件框图 n g u r e 卜1h a r d w a r e a r c h i t e c t u r eo f b r o a d b a n d m o n i t o r i n g r e c e i v e r w i t h d s p t e c h n i q u e 的中频信号。射频模块我们采用美国c u b i c 公司的v x l 3 5 7 0 接收机，它符合v x i 标准。3 5 7 0 接收机作为消息基的v x i 从机，通过v x i 总线与外界通信，可输 出中频2 1 4 m h z 、带宽1 5 m h z l 5 j 的二次宽带中频信号，其调谐时间非常短，一 般小于4 m s 。我们对3 5 7 0 接收机的中频输出进行宽带数字化处理，可以达到大 步进快速频谱扫描和大概率信号截取，这是因为该系统的中频数字化带宽取为 6 8 m h z ，全景频谱扫描时步进频率间隔就小于等于6 8 m h z ，如果以每秒1 0 0 个中频带宽以上的扫描速度进行扫描，理论上扫描速度可达到6 8 0m h 砒。那么 以这么高的速度进行扫描完全可以捕捉到短时信号和些跳频信号。 a d c 部分采用a g i l e m 公司的消息基模块e 1 4 3 7 a ，其采样率可达到2 0 m s s ， 有效位为1 8 位，无杂散动态范围达到1 1 0 d b 。e 1 4 3 7 a 的输入满幅度可程控调整， 以增加动态范围，可设为3 0 d b m 到一2 4 d b m 以6 d b 步踞变化，因此可以采用软 件进行自动增益控制，其灵敏度为一2 4 d b m 一1 1 0 d b = 一1 3 4 d b m 。 宽带处理对数据传输和数字信号处理能力提出了很高的要求。普通商用计 画嘲 线一 等一 l | 气 第l 章绪论 算机特长不在于数字信号处理，并且将数据传输到v x i 总线外部的计算机也将 淤耗总线传簸豢宽。耀鼗需要磷发v x i 数字蘩譬处理s p ) 模坟进行数字信号 处理，这螳处理包括中频及基带处理、谱分析、测量信号频率和场强、凋制分 轿等。 所有模块通过v x i 总线通信，a d c 采集到的数据传送给d s p 模块，d s p 模袋廷理焉经v x 零骥控裁器锼强绘餐帮计算飘。计舞撬进行系统控割并遂一 步作频谱管理需瑟的计算，如发射机频率偏差和频谱占用度测凝等。 本文主要探讨鉴测接牧机中多d s p 处理模块鼢设计与应愿，宽带监测接收 枫的中额信号处理数据擞大、实时性高，这样，对d s p 芯片提如了很高的要求， 实际中可以结合使用a s i c 、d s p 、f p g a 以及一些专鼹熬c p u 慕宠成这郯分功 能。本文提出了在目前的软件无线电系统( 如移动通信旗站) 中常用的多处理 器硬件结构，并配以了v 总线结构。 本文第2 章主要讨论多处瑗器系统的选择，通过与t i 公司的芯片做沈较， 选择了墩适用于监测接收机的数字信号处理器a d s p 2 1 1 6 0 ，重点介绍了多d s p 缝理模块静簇式结擒，论述了这种结药筋将点。本章还对多处懋器系统的弓i 导 过程进行了设计和详细的说明。 第3 牵具体讨论了多d s p 赴灌模块麓内部连接戮获其终禹按弱懿扩凝，并 详细介绍了在簇式多处璞器结构中处理器间的通信方法。 第4 章蕊要奔绥了菠灏接牧凝程摩控制方法双及多d s p 处理模块弱程痔流 程。 第5 章廷鼗溅接收梳多d s p 处理模块静软佟设诗裁分，冀中主要解决了多 d s p 处联模块中四片a d s p 2 1 1 6 0 的任务分配问题。开发d s p 威用程序时，可 鼓剥曩v i s u a l d s p + + 软谚开发平螽积a d s p 2 l 鼬e z k l tl i t e 实蕊，奁这章中， 提出了在片a d s p 2 1 1 6 0e z 。k i t “t e 上进行算法的调试、仿舆方法，并论述 了在v i s u 畦d s p + + 强壤下进行四片a d s p 2 1 1 6 0 多处理器调试的进程和方法。奁 本章最精，作者还解决了d s p 编程过程中的一些主要问题：混台语言编程问题、 程序优化问题等。 靶袁工盐丈学工学醺士学毽论文 第2 章监测接收机多d s p 处理模块概述 2 1 芯片选择 对于宽带监测接收机蒹统中的d s p 她壤单元为什么餮选择a d 公司的d s p 她理器，舔不选择髓或者其毽公司熬d s p 处理器? 表2 一l 对比了当静聪转典 獬的顶级d s p a d s p 2 1 1 6 0 和t m s 3 2 0 c 6 7 的各项憔能指标f 6 嗣阍。 2 1 1 内部结构 a d s p 2 1 1 6 0 属于一萃申单指令多数据流( s i m d ) 盼并行处瑗结构，肉部由 礴个麴尉熬处理器援成；强4 s 3 2 0 c 6 7 采用更长的超长攒令字【8 】i3 i 】( v l l w ) 结 梅，每祭指令长8 3 2 b i t ，分射控制8 个运算单元的运算搡作。实际上两者的每 周期浮点运算次数是相网的，c 6 7 依靠更商的主频取得了更高的峰值运算速度， 毽其运算麓力霹其严重熬陇i 瓶嫉两大大簿低。两者在结梅功辘上有稷多楱儆 之处，相比较丽言，a d s p 2 1 1 6 0 在速度上更快些，特别是作f f t 运算， a d s p 2 l 辱0 冀雨r a m 狠大，在许多应餍中纛需外热数据存褚嚣，恧豆 a d s p 2 1 1 6 0 具有许多特点支持多d s p 系统。 2 1 2 i o 能力 a d s p 2 1 1 6 0 外端口与链路口支持多处理器系统的童接连接，外端口支持统 一酶遂涟窆翘，兔许d s p 之阕夏翅访阏。片痰舆毒努枣式葸线传羧遂瓣，最多 支持6 片a d s p 2 1 1 6 0 和主机连接。外端口的最大数据传输率为4 0 0 m b s ，广播 写售号可以露对发送到蕊片a d s p 2 1 1 6 0 。6 个链鼹日闻的鼗撂传输，爨供了贯 种实现多处理器之间的通信方式，最高传输速率为6 0 0 m b s 。d m a 控制器的 搽传稳对处理器运算棱燕独立稻不可见的，郅d 操作胃与孤零亍指令同瓣遵 行。d m a 传输可以在内部存储区与外部存储聪、外围设备或燕机之间进行。 a d s p 2 l l 国共蠢1 4 个d m a 逶遂，其中：链路嗣i 丑k p o 国占6 个，串嗣( s e r i a l p o n ) 占4 个，外端口( e x t e m 猷p o n ) 占4 个。a d 8 p 2 1 1 6 0 可以通过d m a 传输下 羧程序，努困异步设备也霹以避过d 醚a 请求膻答线采控割2 个d m a 通道。 第2 章髓测接收机多d s p 处理模块概述 与a d s p 2 1 1 6 0 比较起来，t m s 3 2 0 c 6 7 在i o 能力上差了许多。 2 1 _ 3 数据延迟和晌应时间 数据延迟和响应时间”1 也是选择d s p 时要注意的个重要指标，它直接影 豌到系绞的整戆承平。数据延遴秘稳废辩润定义为：奁经历了l 令餍期嚣，完 成操作所需要的时钟周期个数。袭2 2 对c 6 x 与a d s p 2 1 1 6 0 响成时间进行比较。 通过 较可以嚣密，s 联a r e 黪捷嚣滚水线是攀阕期的，蘩瘊裔戆算数、逻辑、 乘法和指令的装载、存储都在1 个响应时间段内完成得到结果。而c 6 x 的响应 时闯比较长，虽然其毒缀高蛉主频，僵楚响应裁延迟时阅镬芯片性能大大下降。 表2 一la d s p 2 l1 6 0 和t m s 3 2 0 c 6 7 的性能对比 t a b i e2 1a d s p 2 1 1 6 0v s t m s 3 2 0 c 6 7f e a t u r ec o m p a r i s o n h i g h l i g h t s 参数指令字频率 m f l o p s 指令片内循环寻累加 m z s r a m址缓冲器 a d s p 2 1 1 6 04 8 b i t8 06 0 0 弋数表示式 4 m b i t s3 2 个8 0 b l t t m s 3 2 0 c 6 78 3 2 b l t1 6 71 0 0 0 高复杂i m b l t8 个4 0 b l t 参数 3 2b “d m a片外 链路阴并行多功耗封装 1 0 2 4 点总线楚壤器 复f f t结构 a d s p 2 1 1 6 09 0 u s1 4 通道8 06 个8 b i t商2 w ，2 5 v4 0 0 b g a t m s 3 2 0 c 6 71 2 0 u s4 通道2 0 尤觅 7 w3 5 2 b g a 通过比较可以看出，选择a d 公司的并行浮点芯片a d s p 2 1 1 6 0 组成多d s p 笼瑾模块能够滚是夔藏搂渡撬数据楚瑶掰要求懿毫精度、大凌态范交、大运冀 量等要求，是最佳的选择。 恕隶互娃夫擘工学矮学链诧文 袁2 2 辩秘3 2 s x 毒a 珏s 粉；i 镌藤器聿蕊鼹对毡 搬b k2 2t m s 3 2 0 c 6 xv s ，a d s p 2 1 1 6 0 l 趣l 觑w yc o m p a r i s o n 豫迟时间( 周期数髓) 参数t 粥憋3 2 蔽a 髓娩 1 6 0 用于中断的系统开销 7 1 努变 鑫 数据装载存储5l 露定煮慕2 麟定点加 11 浮点糖 瘁 l 浮点渠 4 1 2 ，2 多0 处理模块的缀鸯勾 2 。2 ，l 黎处理器拘缓戏 醚罄蕊号戳熊逮寰秘整理遮攫匏要求越来越爨，诲劳领域搭器要逖簿多处 璎器运舞，其中龟括医学、鹫橡缒瑾、军事、互监控制、电信簿领蠛。多处瑗 器系绞露双摄掇繇嚣实现熬功拣器处理勰鼹链来调节处理鳃点敏数爨，使系 烧达藓竣佳煎憾麓债褡橡。对予靛溅揍投鼹最基本静灏谱蓝灏运算，辩嚣意拣 数d s p 怒理爨都可以满足要袋。但考虑到接收虮还霰依进一步的信号她理，如 倍号舔澍、努榛移进一梦窄藩滤波蔷逡纯后簿溺等，褥提高对潺舞驻灸瓣要慕， 肇个处理嚣将无法满足逡霉能力要求，则应采用多处理器处理。近年u 浓，通用 转贸麓蕊震速蕊超过了专震d 辩。逶臻并嚣d s p 嚣翼餐瓣浮蠡魏莲囊戆燕专熏 j ) s p 翻专用a s i c 无法比拟的。以t m s 3 2 0 c 4 0 革口a d s p 2 1 0 6 0 、a d s p 2 1 1 6 0 为 代表的遇海莠符d 疆辍强大蘸楚褒臻鼗赣季。繁宽蔑裘了毫浚簸蚤韶抟菱震方 向。多处理器馏号处理可以有两种基本形式，流水线处理和并行处理。很多处 璎器舞了瀵是并行要求舔滢菱了冀藩点瓣点麓避蔫逶黪，矗潞豫l i 弱其奏6 夺 8 位宽的点对点链路口，片间数据传输w 以直撩通过链潞口完成，这种处理器特 第2 章监测接收机争d s p 处理模块概述 别适合信号流水线处理。根据信号处理的流程，可以使处于不间处理阶段的算 法蠢特定豹处壤器处理，铡如簌整测接收撬静信号楚褒中，可叛壹一拿楚瑾嚣 完成正交分解的运算，运算结果通过a d s p 2 1 1 6 0 的链路口传送给另一个d s p 作f f t 避分辑。投握设计要求，簸 篓| | 接收撬多d s p 处理攘块由潮冀a 玲s p 2 l l 豹 组成一种簇式结构来实现。采用的d s p 芯片是a d s p 2 1 1 6 0 m k b 一8 0 ，工作频率 8 0m h z ，运算憨力6 m f l 0 p s ，f 0 魄压3 。3 v ，内核电压2 。5 v 。 我们组成的簇式多处理器系统圈结构如图2 一l 所示，从图中可以糟出，由 a d s p 2 1 1 6 0 组成的簇式多处理器结构其外部电鼹是不必要的。这种簇式结构其 实是一种分布式的存储器结构，通过这种结构，所有存储器间的数据传输将都 发生在链路口上，使得数据总线的所有带宽都用米服务于外部存储器和夕 围i 0 设备。这种分布式存储器结构燕一种真正的可升级结构，并且允许使用者去配 鼹与一个大规模网格一样的多处理器网络。这种结构一方面发挥了分布式系统 著行度篱豹特点，其有线洼燕逮琵；勇一方西又其有共事总线系统的优点，使 得各个处理单元都可以赢接访问其他处理单元的片内存储器，连接简单，并且 由予a 转s p 2 1 1 6 0 共事总线系统豹惑线耱裁凌能，不需要羚部逻辑控麓。 a d s p 2 1 1 6 0 支持这种多处理器系统结构的能力，为系统升级提供了一个广阔的 蔫景，遽藏绘我们提供了霹以炎潺熬诞整系统豹缓织形式、功缱以及数据筵理 性能的自由。 厨撵戆多处理器系绞如果选题罩l 懿c 6 7 ，结槐懿整2 2 嚣示。t 磁s 3 2 0 c 6 7 0 不支持光缝的多处理器连接，必须外扩硬件来组成多处理器系统。这样额外的 夕 部电黪会增加邀路板尺寸，增大功耗秘其他懿费用。遴过以上比较可以看出， 我们选择a d s p 2 u 6 0 缎成监测接收机的多处理器系统可以达到最优效聚。 2 2 2 多处理器的存储器结构 在多处理器系统中，四片d s p 的内部存储器例( m m s ) 分配如图2 3 所示。 a d s p 2 1 1 6 0 的内部存储器空间主要包括姻部分：i o 存储器映射的寄存器空闯； 预留( ) 存储空间，该地址空间不能被访问；块o 存储空间，d a g 2 为该空 间产生p m 数据地址；块1 存储空间，d a g l 为该空间产生d m 数据媳址；预 留( a l i a s e d ) 存储空间，该空闻包括块o 的别名区域和块l 的潮名区域，访闷 这两个区域的结果是访问了块o 和块1 的相应地址空间。多处理器存储空间从 缝址0 x 0 0 1 0 0 o 开始剿o x 6 7 f f f f ，包括六个处理耩空间，o x 0 0 7 0 0 o 到 北京工业大学工学硕士学位论文 o x 0 0 7 f f f f f 是广播写区域。 g l u e l e s su n kp o r t s u p p o r t g 】i u e l e s sc l u s t e rm p s u p p o i t t 图2 1a d s p 2 1 1 6 0 多处理器系统 f i g u r e2 一la d s p 2 1 1 6 0m u l t i p r o c e s s o r 图2 2t m s 3 2 0 c 6 x 多处理器系统 f i g u r e2 2t m s 3 2 0 c 6 xm u l t i p r o c e s s o r - l o - 第2 章监测接收机多d s p 处理模块概述 自日l 艟蛐坤科 鼬扯e m 时却舶c h h k “m 玎碰扯e 翼竺! 竺! 竺竺翌 n o r m 蹦w o 州 d d 懈，；i n a 硪辩 辑l 疑t 趟# 对 舳8 p ，2 1 1 6 0 “t hi d = 0 1 0 i h 群n a ir e s o w e e s 醴 盘b s p - 2 铺o v d t hl 驻；时1 l r 拥r n 圳r a ，o 们e ! 吖 a o s p - 2 6 0 t hi 肛1 0 0 p 镕蝴醇r ；0 撵o t s 蜡 a d s p - 2 1 懈l hl d _ 1 0 1 州a 恻鼬# 口w 口e # 耐 d s 2 8 0 稍瓢 0 4 0 新娃o t 蘸州惋k l n | 目r n 剐r e i o u 峨# ；o | 赫豫e s s 舢姗0 珊n 勘艘嘲 n 潮伽4 d 0 0 潮帕0 o 0 伽0 佃0 a 勘国暖娶谨鹫建 0 湖0 咖n 柏婚 船姻嗍 0 棚田0 a 秭黼鞠黼 0 ，加7 ff f f f 图2 3a d s p 2 11 6 0 存储器空间分配 蓼豫2 3a d s p 2 l 鳓m e m o f ys p & c e a 1 l o c a 醢o n a d s p 2 1 6 0 有4 g 豹存储器浔址空闽，可戳组成多懿理器的菇享总线系统， 它的外部日、处理器核和i ，o 处理器都可以访阅外部存储器。外部存锉嚣分成 五令区城：4 个缀( b a n k s ) 和一个来分缀( u n b a n k e d ) 酝域，d s p 通过存储器 选择线m s 3 0 米访问组区域，米分组区域的访问由存储器地址来控制。对于 a d s p 2 l l 国来说，系统酝置寄存器s y s c o n 中豹m s | z e 位定义了4 个b a n k s 的大小。d s p 内部3 2 - b i t 的d m 地址总线和i o 处理器允许访问憋个4 0 字的外 部存铸空阕，2 4 七i t 载p m 遂致蕊线只髓访霹羚熬存接空阚豹1 2 m 字。鲡果薨 部存储嚣只有数据和打包的指令撰用d m a 传遴，a d s p 2 1 1 6 0 的d m a 控制器 可以垂动耔包羚部数据激逶斑内潞熬字宽，既辩终部数撵总线可鞋是3 2 建竟、 4 8 位宽或6 4 位宽。外部存储器空间也可用做一个引导存储器e p r o m 和一个 d r a m 受控裁。鼹2 4 建舞餐存赣器遍缝空阕组织示意爨。 袭象工蝗大学王学矮士攀谴论文 g 鞫臻群鼎 a 日糟 鞠，e 目d 鞋磊茔i 鬟3q 卜舔甄 蟊c l 弱赣赫 聪o 腻 抛盈n o l 滞 疆。嘏 捌嚣娃o 科 b 矗n x 童 一诵畦 罄 | 获l叫* 一瑟薮 嚣 糕8 _ 一瑟鼯 赫甸 v 强2 4a 转s p 2 1 6 0 外部浮髅嚣空蠲缀织承意夔 琏辫跫2 一唾a d s p 2 11 6 0 琶x 簿l 瓢鼓m 嚣拜鼎亨s p 寰c 。 2 2 。3 多楚理瓣懿疆淳热载方式 爨港麓窿攘鼗方式“，溉逶谨警系筑擞奄复像或者较穆复谯嚣， a 潞规l l 可戮蠢劝戆钛舞郏没螯( 主撬或者雒郝存醛嚣) 搠裁程廖躬方式， 又稼为引导。黠链藏嚣输赛文 牛( 称题户程痔) 逶行引导龆载处理，生成鹩加 缎磁才髓突箴悉绫专d s p 匏视始识黯羧膨艇载。a d s p 2 1 1 6 0 鸯4 耱萼l 母方式： 主褪( k o s 善) 警 警模式，豫0 _ m 警j 导模袋、链路弱( u n 船0 r s ) 零 尊模式 枣瑟 弓l 嚣( n o b o o t ) 模式。翡3 耱模式下，d s p 不能懑接运行用户穗序，需 第2 章监测接收机多d s p 处理模块概述 耍一段引导码农复位后先对系统作初始化，再从外部设铸调入实际的用户程序。 这段g | 嚣码錾努是复位磊d s p 鑫动进行靛操黪，往其调入裂d s p 片沟菜段特 定程序存储段内，并在自动调入结束后立即被执行。邀三种引导模式的选择， 是通过对己b o o 下、e b o o t 、腾m s 这三令g l 嬲凝态懿 曼璧寒实现懿，三令；l 辫 状态的配置表2 3 所示。 表2 3 引导模式引脚配鬣表 t a b l e2 3c o n 矗g u f a t i o no fp i n si nt h eb o o t 螅m o d e e b o o tl b o o tb m s引导模式所使题引脚连线和 d m a 通道 lo 输出p r o mb m s 接到e p r d m 的，c s ，d m a c l o ， e p b o ，数据线的 d 声i 工a 3 2 3 9 ，a d d r o01 ( 输入)h o s td m a c l o ，数据线， 主视接秘控镧线 0ll ( 输入)l i n k p o r td m a c l 0 链路4 ， l b u f 4 00o ( 输入)n o b o o t从外部存储器 4 0 0 4 开始撬行 由鼍：我嬲懿系统使耀a d s p 2 l l 修梵本毙c p u ，联以程序攘载逶适一片努 加程序存储器( f l a s h ) 来完成。我们先采用p r o m 方式对片处理器加载程 序，孬由它作为主执，以l 王n k p o r t s 模式抽载其它处理器戆稳序。爻实理这 个想法，在设计时，需霾将i d 号为o o l 的主处理器设鬣成为p r o m 方式，而 将其他的从处理器设置成炎l 烈k p o r t s 方式。在复僚( r e s e t ) 蜃，系统将 使能i d 号为0 0 1 的处避器作为主处理器，用它作为主机( h o s t ) 将程序通过 链路口加载到从处理器。采用这个方案，需要用一片f l a s h 馋为程序存储器。 采用p r o m 弓i 静模式时糟d m a 通道l o 从片外设备向片内存储器传送稷序。 对于s h a r c 家族，外部口d m a 霄五种不同的工作模式：从模式、握手模 北京工业大学工学硕士学位论文 式、外部握手模式、主模式和步进主模式【1 2 】。每个外部口d m a 通道都有它自 己的控制寄存器，分别是d m a c l o 、d m a c l l 、d m a c l 2 、d m a c l 3 ，它们对 应于d m a 通道1 0 、1 1 、1 2 和1 3 。每个控制寄存器d m a c x 的m a s t e r ，h s h a k e 和e x t e r n 位用来选择d m a 的不同工作模式，如表2 4 所示。 表2 4d m a 模式配鼍表 t a b l e2 4m a s t e r ，h s h a k e ，a n de x t e r n b 蛔o f d m a c xc o n t m jr e g i s t e r m a s t e rh s h a k ee x t e r n d m a 的工作模式 o0 o从模式 o1 o握手模式 ol1 外部握手模式 10o 主模式 110 步进主模式 在我们的多处理器系统中，第一片a d s p 2 l1 6 0 的d m a 通道1 0 被配置成 主模式，如图2 5 所示。当d m a 通道工作在主模式下时，a d s p 2 1 1 6 0 的d m a 控制器将对该通道产生内部d m a 申请。在主模式下，a d s p 2 1 1 6 0 确认外部地 址信号，读写选通信号但是不使用d m a r x 和d m a g x 信号。 系统中选用的引导f l a s h 是a m 2 9 f 0 4 0 b j c 。在引导时，d s p 从8 _ b i t 外 部f l a s h 读数据，8 b i t 宽的引导f l a s h 必须连接到数据总线的3 9 3 2 管脚 ( d a l 、a 3 9 3 2 ) 。d s p 的低地址管脚( a 0 a 1 8 ) 连到f l a s h 的地址线上。在引 导模式下，d s p 仅使用高端读写选通信号，r d h ，w r h 来选择引导存储器。 这个传送过程分成三步： ( 1 ) 通过d m a 通道1 0 ，传送2 5 6 字的指令( 字长为4 8 b i t ，被称为引导内核) 到片内的4 0 0 0 0 h 4 0 0 f f h ，这通过复位后的d m a c l o 自动完成。在e p r o m 引导 模式下，上电后，d m a c l o 寄存器初始化为o x 0 4 a 1 ，并进行8 4 8 b i t 打包；同时 d m a c l 0 被配置成主模式d m a ，此时p c 指针指向o x 4 0 0 0 4 处执行空操作( i d l e ) ， 由于在引导过程中地址o x o 0 0 4 0 0 0 4 处的指令不被执行，所以该处不能包括一个 有效的指令，应该放置一个空指令或者空闲指令。 篇2 章监测接收机雾d s p 处理模块概述 图2 5 主模式配鬣 f l ”r e2 5 m a s t e rm o d e c o n n g u r a t i o n ( 2 ) 执行上面的2 5 6 字的指令，融于大多数的d s p 程序需要大于2 5 6 字的 籀令帮秘始纯数据，那么这2 5 6 字遥鬻体为后续撩令帮扬始纯数据懿弓| 簿程净。 完成2 5 6 字的d m a 传送厢，d m a 通道l o 中断( e p b o i ) 生效，同时p c 指针跳到 x 4 0 5 0 处。在e p r o m 弓| 导跨，蚤凇逶邋l o 兹中凝是不霹羼薮戆，裙始讫l m a s 跫 帮存器的值0 x 0 0 0 0 8 0 0 3 。 ( 3 ) 2 5 6 字懿指令叁我覆羞。妻瑟聚在溆4 5 0 鲶蹩一拿r ，l ，p e 将懿到 o x 4 0 0 0 5 处开始执行代码。 蔚巍分绍了采用p r o m 方式辩簿一片处理嚣进萼亍攘竣蛉过程，下嚣分绍以 链路口模式加载其它处瑕器的j 窭程。 对于链路口引导寒诞，使用 ，。处理器的d m a 通道8 来传送指令到连郝存储 器，d m a 通道8 与链路缓冲4 相对应。d m a 通道8 的中断是不可屏蔽的，初始化 l i r p t l 寄存器的值o x o o l o o o o o ，i m a s k 寄存器的值o