（测试计量技术及仪器专业论文）基于pci总线的数字信号处理系统的硬件实现.pdf

y 2 0 9 9 9 摘要 本文介绍了基于匹! 盟线数字信号处理板的硬件实现。内容主要分为两部分 第一部分介绍了d s p 技术的现状及发展，以及d s p 芯片、开发环境的使用与开发。 第二部分介绍了p c i 总线规范协议和接口芯片p l x9 0 3 0 的特点，以及p l x9 0 3 0 在 课题中的开发使用。( p c i 总线作为广泛使用的计算机总线可完成数据的快速传输， 由于计算机内部总线是冯诺依曼结构，不能很好实现信号处理功能，b s p 的内部 总线是哈佛结构，并有专门的乘法累加功能，所以本课题采用d s p 作为局部c p u 实 现数据采集与数字信号处理功能。j 由于p c i 总线协议自身的复杂性，我们采用接口 芯片p l x 9 0 3 0 实现硬件接口，在本文的第二部分介绍了p c i 协议规范，p c i 协议的 实现，利用接口芯片的硬件开发和软件配置，其中着重介绍了硬件开发部分。详细 论述了p c i 总线内存工作模式下非复用方式数据传输的硬件实现与软件配置，以及 d s p 完成数据采集与数据传输控制的开发过程。 关键词：p c id s p 总线j 、协议。数据采集 a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fd i g i t a ls i g n a ip r o c e s s i n g i s w i d e yu s e d i nd a t a a c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n g ，t e l e c o m c o m m u n i c a t i o n ，m i l i t a r ya n ds oo n t h i s p a p e ri n t r o d u c e st h eh a r d w a r ed e s i g n o fd i g it a ls i g n a lp r o c e s s i n gs y s t e mb a s e d 。np c ib u s i tc o n s i s t so ft w op a r t s o n ei n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to ft h e t e c h n o l o g yo fd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ，t h eu s eo fd s pc h i pa n dit ss o f t w a r e i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t t h eo t h e ri n t r o d u c e s t h ep c il o c a lb u s s p e c i f i c a t i o na n dt h eu s eo ft h ep l x 9 0 3 0 ，a3 2 一b i t s ，3 3 m h zp c i b u st a r g e t i n t e r f a c ec h i p p c ib u si su s e di naw i d ev a r i e t yo fc o m p u t e rm e a s u r e m e n t s a n dc o n t r o l l i n gs y s t e m s w e c a n i m p l e m e n t f a s t d i g i t a l i n f o r m a t i o n t r a n s m i s s i o nt h r o u g hp c ib u s t h eu s eo fa na d v a n c e dh a r v a r da r c h i t e c t u r ei n d s pc h i pc a nh e l pu si m p l e m e n td i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gq u i c k l y ，s ow eu s e ad s pc h i pa sal o c a lc p ut oi m p l e m e n td a t aa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n g w e f o c u s e do nt h eh a r d w a r ed e s i g na n ds o f t w a r ec o n f i g u r a t i o no fp c ia p p li c a t i o n k e y w o r d s ：d s p p c ib u s s p e c i f i c a t i o n d a t aa c q u i s i t i o n 南京航空航天大学硕士论文 第一章绪论 1 1 数字信号处理概述 自6 0 年代以来，随着计算机和信息学科的飞速发展，数字信号处理( d i g i t a l s i g n a p r o c e s s i n g ，d s p ) 技术应运而生并迅速发展，现已形成门独立的学科体 系。所谓数字信号处理，就是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信 号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用 的目的。数字信号处理一经问世，便吸引了很多学科的研究者，并把它应用于自己 的研究领域。可以说，数字信号处理是应用最快、成效最为显著的新学科之一。在 数字通信、雷达、遥感遥测、声纳、语音合成、图象处理、测量与控制、生物医学 工程、振动工程等众多领域都获得了极其广泛的应用，它有效地推动了众多工程技 术领域的技术改造和发展。而且随着科学技术的发展，其研究范围和应用领域还在 不断地发展和扩大。 数字信号处理研究的内容主要有以下三个方面： 1 数字滤波：在形形色色的信号中提取所需要的信号，抑制不需要的干扰。例 如如何从被干扰噪声淹没的雷达信号中滤除噪声干扰，提取回波信号，进而确定目 标及其方位。 2 谱估计：对各种信号进行频谱分析，特别是对随机信号进行的谱估计。例如 通过 对振动信号的频谱分析，确定主要频率成分，了解振动物体的特性，为设计及故障 诊断提供必要的资料和依据。谱估计的方法可以划分为经典和现代两类。 3 数据压缩：在一定条件下把原始信号所含有的信息数据进行压缩，这种方法 在图象和语音处理中得到广泛的应用。 数字信号处理之所以发展得这样快，应用得这么广，是与它的突出优点分不开 的。归纳起来，它有以下四个方面的优点： 1 精度高。模拟系统的精度主要取决于元器件的精度，一般模拟器件的精度达 到1 0 。已很不容易。而数字系统的精度主要取决于字长，1 6 位的字长可达1 0 1 以上。 2 灵活性大。模拟信号装置一旦参数选定就不易改变，但是数字系统则不然， 它的系数可调，甚至还可以具有可编程和自适应的能力。 3 可靠性高。由于数字系统只有“0 ”、“l ”两个电平，使其受温度、环境以 及噪声等的影响比模拟系统小。 4 时分复用。利用一套装置同时处理几个通道的信号。 数字信号处理的实现方法可以分成三类： 基于p c i 总线数字信号处理系统的硬件实现 1 软件实现法。即在通用计算机上按照数字滤波器的数学模型，编制出程序对 信号进行处理。其优点是灵活、方便和可靠，并能做到一机时分复用。缺点是计算 需要时间，一般不能做到实时处理。 2 硬件实现法。即根据数字滤波器的数学模型和算法，设计通用或专用数字信 号处理机。计算程序全部“硬化”，整个数字滤波器都是用硬件设备实现。 3 软硬件结合实现法。这种方法是利用微处理器进行数字信号处理。亦即利一 部分硬件，再配以相应的软件，使微处理器的硬件得到充实，软件得到改造，从而 成为可编程的专用信号处理机。 1 2 d s p 芯片概述 数字信号处理器( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) 是伴随着微电子学、数字信号 处理技术、计算机技术等学科的发展而产生的，是体现这三个学科综合科研成果的 新器件。由于它特殊的结构设计，可以把数字信号处理中的一些理论和算法实时实 现，目前d s p 已应用于雷达、语音、通信、图象处理、网络和工业控制等众多领域。 1 9 8 2 年，t i 公司推出首枚d s p 芯片t m s 3 2 0 1 0 ，标志着d s p 技术发展进入实用 阶段，此后d s p 不断地更新换代，至今已有定点系列、浮点系列，多处理器并行处 理结构系列。目前d s p 的主要厂家有：t i 、a d 、m o t o r o l a 、l u c e n t ，其中t i 公司的 市场分额最大。d s p 的主要特点表现在以下几方面： 1 哈佛结构 早期的微处理器大多采用冯纽曼( v o n - n e u m a n n ) 结构，其片内程序空间和 数据空间是合在一起的，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行的。当高速 运算时，不但不能同时取指令和取操作数，而且还会造成传输通道上的瓶颈现象。 而d s p 内部采用程序空间和数据空间分开的哈佛结构，允许同时取指令和取操作数， 而且还允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据，即改进的哈佛结构。 2 多总线结构 许多d s p 芯片内部都采用多总线结构，这样可保证在一个机器周期内可以多次 访问程序空间和数据空间。 3 流水线结构 d s p 执行一条指令，需要通过取指、译码、取操作和执行等几个阶段，采用流 水线结构，可以使这几个阶段重叠运行。 4 多处理单元 d s p 内部一般都包括多个处理单元，如算术逻辑单元( a l u ) 、辅助运算单元 ( a r a u ) 、累加器( a c c ) 、以及硬件乘法器( m u l ) 等，它们可以在一个指令周期内 同时进行运算。 5 特殊的d s p 指令 2 南京航空航天大学硕士论文 为了更好的满足数字信号处理应用的需要，在d s p 的指令系统中，设计了一些 特殊的数字信号处理指令。 6 指令周期短 随着集成电路工艺的发展，d s p 的速度已由早期的5 m i p s ( 每秒5 百万条指令) 提高到1 6 0 0 m i p s 。 7 运算精度高 早期的d s p 字长为8 位，后来逐步提高到1 6 位、2 4 位、3 2 位。为防止运算过 程中的溢出，有的累加器达到4 0 位。此外，一批浮点d s p 如：t m s 3 2 0 c 3 x 、a d s p 2 1 0 2 0 等则提供了更大的动态范围。 8 硬件配置强 新一代d s p 的接口功能愈来愈强，片内具有串行口( s p i 、s c i ) 、主机接口( h p i ) 、 软件控制的等待状态发生器、锁相环时钟产生器以及实现在片仿真符合i e e e 1 1 4 9 1 标准的测试访问口( j t a g ) ，更易于完成系统设计。许多d s p 芯片都可以工作在省电 方式，使系统功耗降低。 由上可以看出d s p 是一种具有高速运算能力的单片机。普通单片机是事务密集 型的，而d s p 则是运算密集型，因此d s p 可以取代单片机，而单片机却不能取代d s p 。 1 3 本课题研究意义及现状 计算机技术的高速发展为人们利用现代数字信号处理技术高速大量地处理信息 提供了有效手段，而数据采集技术在其中起关键性的作用。p c 机在我国科研和生产 中应用十分广泛，因此要求开发基于p c 机系统的高性能廉价的数据采集系统，以满 足数字信号处理新技术的需求。随着d s p 的性能不断提高，其应用领域也不断扩大。 由于d s p 的硬件结构对于数字信号处理特别适用，同时p c i 总线的高带宽，动态配 置、大的地址空间等诸多特点，使得在p c 机上p c i 总线完全取代i s a 总线已经是大 势所趋，目前新一代的主板上面已经几乎不提供i s a 槽。为了科学研究以及实际应 用的需求，我们开发了基于p c i 总线的d s p 数据采集系统，d s p 完成对数据的采集 与预处理，主机通过p c i 总线与d s p 交换数据，可以提供实时高速的数据采集与处 理能力。 基于p c i 总线数字信号处理系统的硬件实现 第二章t m s 3 2 0 c 2 x x c 5 4 x 及其应用软件开发 2 1t m s 3 2 0 c 2 x x 概述 t i 公司的t m s 3 2 0 c 2 x x 是1 6 位定点d s p ，它采用静态c m o s 集成电路工艺制造， 结构以c 5 x 为基础。由于内部采用的是程序空间和数据空间分开的改进型哈佛结构， 其程序存储器和数据存储器具有各自的总线结构，从而使它的处理能力达到最大。 t m s 3 2 0 c 2 x x 的结构图如图2 1 所示。c 2 x x 内部是围绕着6 组1 6 比特总线构造的， 它们是：程序地址总线( p a b ) 、数据读地址总线( d r a b ) 、数据写地址总线( d w a b ) 、 程序读总线( p r d b ) 、数据读总线( d r d b ) 、数据写总线( d w d b ) ，采用各自分开的地 址总线分别用于数据读( d r a b ) 和数据写( d w a b ) ，这允许c p u 在同一机器周期内进 行读和写。分开的程序空间和数据空间允许c p u 同时访问程序指令和数据，例如在 数据相乘时，先前的乘积可以与累加器相加，在这同时可以产生出新的地址，这种 并行机制使算术、逻辑和比特控制这一组操作得以在一个机器周期内完成。 c 2 x x 的三个主要部件是中央处理器( c p u ) 、存储器、和片内外设，它的主要 特点如下： 1 速度 单周期指令执行时间为5 0 、3 5 、或2 5 n s 2 0 、2 8 5 或4 0 m i p s 2 与t m s 3 2 0 其它定点d s p 代码的兼容性 源代码与c l x 和c 2 x 全部产品兼容 与c 5 x 产品向上兼容 3 存储器 可寻址的存储器空间为2 2 4 k 字( 程序空间6 4 k 字，数据空间6 4 k 字，i 0 空间6 4 字，还有3 2 k 字全局存储空间) 片内双访问p 5 4 4 字( 2 8 8 字用于数据，另2 5 6 字可用于程序数据) - 片内有r o m4 k 字，或有闪速存储器3 2 k 字( 可选) 片内有单访问r a m4 k 字( 可选) 4 c p u 3 2 位算术逻辑单元( c a l u ) 3 2 位累加器 1 6 位1 6 位并行乘法器，乘积为3 2 位 3 个比例移位器 用于间接寻址数据寄存器的8 个辅助寄存器，并有专用的算术单元 5 程序控制 4 堕塞堕窒塾丞盔堂堡主堡皇 4 级流水线操作 8 级硬件堆栈 用户可屏蔽的中断线 6 指令集 图2 1t m s 3 2 0 c 2 x x 总体结构框图 基于p c i 总线数字信号处理系统的硬件实现 单指令重复操作 单周期相乘累加指令 存储器块移动指令，可更有效地管理程序数据 变址寻址能力 适于基2 f f t 的倒位序变址能力 7 + 片内外设 软件可编程的定时器 适用于程序、数据和i o 存储空间的软件可编程等待状态产生器 振荡器与锁存环，可实现时钟的选择：l 、2 、4 和2 ( 在c 2 0 9 只能用 2 和2 ) c l k 寄存器，可控制c l k o u t l 引脚的开启与关闭( c 2 0 9 无此功能) 同步串行口( c 2 0 9 没有) 异步串行口( c 2 0 9 没有) 8 用于仿真和测试的片内扫描逻辑电路( i e e e 标准1 1 4 9 1 ) 。 9 电源 5 v 或3 3 v 静态c m o s 工艺 降功耗模式以减少功率消耗 1 0 封装 1 0 0 线薄型四边有引线扁平封装 c 2 0 9 用8 0 线薄型四边有引线扁平封装 2 2t 淞3 2 0 c 5 4 x 概：述 t m s 3 2 0 c 5 4 x 是t i 公司于1 9 9 6 年推出的新一代定点数字信号处理器。它采用先 进的修正哈佛结构，片内共有8 条总线，它们分别是：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。3 条数据总线( c b 、d b 和e b ) 将内部各单元( 如 c p u 、数据地址生成电路、程序地址生成电路、在片外围电路以及数据存储器) 连接 在起。c b 和d b 传送读自数据存储器的操作数，e b 传送写到存储器的数据。4 个 地址总线( p a b 、c a b 、d a b 和e a b ) 传送执行指令所需的地址。c 5 4 x 还有一条在片 双向总线，用于寻址在片外围电路：这条总线通过c p u 接口中的总线交换器连到d b 和e b ，其结构框图如图2 2 所示。由于c 5 4 x 采用8 条总线的增强型的哈佛结构、 带有专用硬件逻辑的c p u 、在片存储器和在片外围电路等硬件，加上高度专业化的 指令系统，使其具有功耗小、高度并行等优点，可以满足电信等众多领域的实时处 理的要求。c 5 4 x 的主要特性有： 】c p t f 6 南京航空航天大学硕士论文 先进的多总线结构 4 0 位算术逻辑运算单元( a l u ) ，包括i 个4 0 位桶形移位寄存器和2 个独立 的4 0 位累加器 1 7 1 7 位并行乘法器，与4 0 位专用加法器相连，用于非流水线式单周期乘 法累加( m a c ) 运算 比较、选择、存储单元( c s s u ) ，用于加法比较选择 指数编码器，可以在单个周期内计算4 0 位累加器中数值的指数 双地址生成器，包括8 个辅助寄存器和2 个辅助寄存器算术运算单元( a r a u ) 2 存储器 1 9 2 k 字可寻址存储空间( 6 4 k 字程序存储器、6 4 k 字数据存储器以及6 4 k 字i o 空间，在c 5 4 8 和c 5 4 9 中存储空间可扩展至8 m 片内r o m ，可配置位程序数据存储器 双寻址在片r a m ( d a r a m ) 单寻址在片r a m ( s a r a m ) ( c 5 4 8 和c 5 4 9 ) 茎王堕! 堕垡墼皇堡呈丝堡墨堑盟堡壁壅里 s 桶形移位器 tt 寄存器 ua l u 图2 21 m s 3 2 0 5 4 xd s p 的内部硬件组成框图 3 指令系统 单指令重复和块指令重复操作 块存储器传送指令 3 2 位长操作数指令 同时读入2 或3 个操作数的指令 能并行存储和并行加载的算术指令 条件存储指令 8 南京航空航天大学硕士论文 从中断快速返回 4 在片外围电路 软件可编程等待状态发生器 可编程分区转换逻辑电路 带有内部振荡器或用外部时钟源的在片锁相环( p l l ) 时钟发生器 全双工串行口，支持8 位或1 6 位传送( 仅c 5 4 1 、l c 5 4 5 、和l c 5 4 6 ) 时分多路( t d m ) 串行口( 仅c 5 4 2 、c 5 4 3 、c 5 4 8 和c 5 4 9 ) 缓冲串行口( b s p ) ( 仅c 5 4 2 、c 5 4 3 、l c 5 4 5 、l c 5 4 6 、c 5 4 8 和c 5 4 9 ) 1 6 位可编程定时器 8 位并行主机接口( h p i ) ( c 5 4 2 、l c 5 4 5 、c 5 4 8 和c 5 4 9 ) 外部总线关断控制，以断开外部的数据总线、地址总线和控制信号 数据总线具有总线保持器特性 5 电源 可用i d l e i 、i d l e 2 和i d l e 3 指令控制功耗，以工作在省电方式 c l k o u t 输出信号可以关断 6 在片仿真接口 具有符号i e e e l1 4 9 1 标准的在片仿真接口 7 速度 单周期定点指令的执行时间为2 5 2 0 1 5 1 2 5 1 0 n s ( 4 0 5 0 6 6 8 0 1 0 m i p s ) 2 3d s p 应用软件开发工具及流程 c 2 x x 和c 5 4 x 的软件开发必须要有汇编语言工具的支持，这些工具是：汇编器、 归档器、连接器、绝对列表器、交叉引用列表器和十六进制转换实用程序，如果源 程序是用c 语言编写的，那么还需要c 编译器。它们的作用分别是： c 编译器将c 语言源程序编译为c 2 x x 和c 5 4 x 的汇编语言源代码。 汇编器将汇编语言源文件汇编成及其语言c o f f 目标文件。 连接器把汇编生成的、可重新定位的c o f f 目标模块组合成一个可执行的c o f f 目标模块。 归档器将一组文件集中为一个文档文件。 绝对列表器将连接后的目标文件最后输入，生成a b s 输出文件。对a b s 文件 汇编产生包含绝对地址( 而不是相对地址) 的清单。如果没有绝对列表程序，所生 成清单可能是冗长的，并要求进行许多人工操作。 交叉引用列表器利用目标文件生成一个交叉引用清单，列出所连接的源文件 中的符号以及它们的定义和引用情况。 9 基于p c i 总线数字信号处理系统的硬件实现 十六进制转换实用程序，c 2 x x 和c 5 4 xd s p 调试工具接受c o f f 文件作为输 入，但大多数e p r o m 编程器并不接受，十六进制转换实用程序把c o f f 目标文件转换 为t i t a g g e d 、i n t e l 、m o t o r o l a 或t e n t r o n i x 公司的目标文件格式。已转换的文 件可被下载到e p r o m 编程器。 图2 3t m s 3 2 0 c 2 x x c 5 4 x 软件开发流程图 图2 3 给出了c 2 x x 和c 5 4 xd s p 软件开发的流程图。其中，图中阴影部分是最 常用的开发路径，其余部分是任选的。由该图可以看出t 骼3 2 0 c 2 x x 5 4 x 信号处理器 的编译器和链接器所建立的目标文件采用一种称为c o f f 的通用目标文件格式，这种 文件格式对于编程者来说更易采用模块化编程，因为它鼓励开发人员在用汇编语言 或高级语言编程时采用基于代码段和数据段的概念而不是一条条的指令或一个个数 据，这使得程序更可读和更易于移植。在c o f f 格式文件中，这种段被称为s e c t i o n ， 编译器和链接器都提供指令来对段进行创建和操作，这是d s p 程序设计同单片机的 不同之处。本文将着重对c o f f 文件格式中的段进行介绍。 目标文件中的最小单位称为段( s e c t i o n ) ，一个段就是最终在t m s 3 2 0 c 2 x x 5 4 x 存储器映像中占据连续空间的一块代码和数据。一个目标文件中的每一个段是独立 的并且不同与其它段，通常c o f f 目标文件包含三个缺省的段： t e x t 段一通常包含可执行代码 南京航空航天大学硕士论文 d a t a 段一通常包含已初始化的数据 b s s 段一通常为未初始化的数据保留空间 此外，编译器和连接器允许编程者建立和链接自己命名的段( n a m e ds e c t i o n ) ，这 些段与上述三个缺省段相类似。所有这些段可以分成两大类，即已初始化段和未初 始化段，已初始化段包含程序代码和数据，t e x t 、d a t a 、s e c t 、a s e c t 编译器 指令所创建的段都属于这一类：未初始化段是为未初始化的数据在存储器映像图中 保留空间，类似于高级语言中的变量，b s s 和u s e c t 编译器指令创建的段都属于这 一类。当源代码通过编译后，各段的地址是浮动的，通过链接器将各段重新定位至 目标存储器中。由于大部分系统包含不同类型的存储器( e p r o m 、r a m ) 等，采用段 可以使用户更有效地利用目标存储器。所有的块可以独立地重新定位，因此可以将 不同的段分配至各种目标存储器中。图2 4 显示了目标文件中的块与一个假定的目 标存储器的关系。 已初始化的 目标文件未初始化的 程序存储器数据存储器 l 外部ld a t a _ 1 外部r 删 e p r o mi i 网厂 t e x t l ! ! ! 型i b s s 图2 4d s p 的存储器逻辑分块 通常一个d s p 程序由汇编程序和连接器命令文件构成。通过汇编工具将汇编程 序转换成机器语言c o f f 目标文件，而后由链接器和连接器命令文件把目标文件组合 成单个可执行的c o f f 目标模块。汇编程序同c o f f 文件一样，采用分段编写，各段 的物理地址是浮动的。程序中可以包括指令、汇编语言伪指令、以及宏指令；连接 器命令文件允许用户组合目标文件段，按照分配算法把段或符号约束在某地址 或在存储器范围内，并定义或重新定义全局符号，从而最终确定源程序中的各段物 理地址。 通过汇编、链接产生可执行的c o f f 目标文件后，便可以联机调试，如果采用c 语言编写应用程序，汇编时必须使能符号调试选项，这样便可利用开发系统进行c 源码调试。c 2 x x 的调试不同于单片机，该芯片具有与i e e es t a n d a r d1 1 4 9 1 兼容 的j t a g 扫描逻辑电路，该电路用于仿真和测试。串行扫描路径用于测试引脚到引脚 的连续性，并实现对片内外设的操作测试。内部扫描逻辑可访问到全部片内资源， 这样，利用j t a g 接口可以全透明地访问d s p 的所有资源而不占用用户的任何资源。 基于p c i 总线数字信号处理系统的硬件实现 2 4 、t m s 3 2 0 c 2 x x 调试器窗口 调试器窗口能够显示多种不同类型的窗口，可以分为3 类： 1 命令窗。可以键入各种命令，并显示各种信息。 2 代码窗。有3 种代码显示窗口：反汇编窗口显示内存的反汇编码：文件窗 口显示文本文件：过程调用窗口运行c 代码时显示当前跟踪运行的函 数进程。 3 数据窗。内存窗口显示有效范围内的内存内容：c p u 窗口显示寄存器 内容：数据窗口显示集合的数据类型：观察窗口显示已选定的数据值。 2 5 、调试器的功能及用法 t m s 320c 2x x 具有1o 种基本功能，这些功能可以通过键盘输入命令字、 鼠标、功能键操作或下拉菜单实现。对于比较重要且通常靠键盘输入的命令在本 节将作详细阐述。调试器的功能及命令的用法如下： 1 改变模式 在命令窗键入c ，a s m ，m i x 命令，可以在自动、汇编、混合3 种模式之间切 换。这也可以通过选择下拉菜单实现。 2 管理窗口 w i n ，m o v e ，s i z e ，r o o m 命令可以激活窗口，更改激活窗口的位置和尺寸， 这也可通过鼠标方便地操作。 3 显示和更改数据 用户能够观察和更改各种类型的数据。主要命令有如下几点。 ( 1 ) 用? 命令观察。这种方法比较适合观察临时变量。如： ? t e m p ：观察变量t e m p 的内容。 ? 0 x 0060 p r o g ，d ：以十进制观察程序区0 x o060 单元的内容。 ? a r o ：观察寄存器a r o 。 ( 2 ) 用d i s p 命令。d i s p 命令除具有? 的功能外，还能显示数组、结构体和指针 值。如： d i s pa r r a y ：观察数组a r r a y 。 d i s p * ( f l o a t * ) 0 x o060 ：以浮点形式观察0 x 0060 单元的值。 ( 3 ) 用m e m 观察一段内存的内容，格式为： m e m ox o060 d a t a ：观察从0 x 0060 开始的一段内存。缺省为数据区。 m e m ox 20d o p r o g ：观察从程序区0 x 20d o 开始的一段内存。 m e m ox f f e c i o ：当调试器为e m u l a t o r 或评价模块e v m 时，用于观察从i 0 空 间0 x f f e c 开始的一段内存。如果想要观察其他内存块，可用m e m l ，m e m 2 ，m e m 3 1 2 南京航空航天大学硕士论文 同时打开3 个内存观察窗口。关闭时激活相应窗口并按f 4 。 ( 4 ) 更改数据值的缺省格式，用s e r f 。如： s e r fi n t ，d ：设置显示整数的缺省格式为十进制。返回原系统设定的缺省格式 时，键入：s e t f 十 ( 5 ) w a 用于连续跟踪变量、寄存器或指定的存贮单元的值。如： w ap c ，d ：观察当前p c 值，并以十进制表示。 w a ox f f f c i o ： 观察i 0 地址为0 x f f e c 单元的值。 ( 6 ) 显示符号的数据类型，用w h a t i s 。如： w h a t i sa r r a y 4 装入程序，显示文本文件 此类命令可以装入目标文件并控制文件窗口和命令窗口。 ( 1 ) 用d a s m 命令在反汇编窗口中显示从指定起始点开始的代码。如： d a s m ox 20d o p r o g ：显示从程序区0 x 20d o 开始的代码，其中 p r o g 为 缺省参数。 d a s m ox o060 d a t a ：显示从数据区0 x o060 开始的内存内容。 ( 2 ) f u n c 命令显示文件窗口指定的函数，后面加函数名或其程序区起始地址。 如： f u n cd e c o d e ：显示从函数d e c o d e 开始的c 源程序。 ( 3 ) p a t c h 命令。 在反汇编窗口逐条调测语句时，如果发现某条语句有错误，用p a t c h 命令暂 时修改而不必立即重新编译相应的源程序，这样可以节约调测时间。p a t c h 格 式为：p a t c h 地址，替换的汇编语句需要注意的是，p a t c h 指令只更改反汇编代 码，并不改变源程序。当使用p a t c h 命令调测成功后，应该修改源程序，重新 编译，将新的目标文件装入调试器。 5 执行系统任务 此类命令提供与d o s 相仿的功能，使用户能够控制目标系统。 ( 1 ) 使用c d ，d i r ，c l r 在调试环境下更改当前目录、列出当前或其他路径目录 下的文件、清除命令窗口所有显示信息。 ( 2 ) 用别名命令( a l i a s ) 可以将常用的命令用字符串表示。如定义： a l i a si n i t ，l o a dt e s t o u t ：f i l es o u r c ec ：g om a i n ” 则键入i n i t 后，调试器将自动执行这3 条命令，即装入t e s t o u t 目标文件，显示源程序，并运行到m a i n 处。 此外，a l i a s 还能为命令串提供参数。用加上数字( 如1 ，2 ) 基于p c i 总线数字信号处理系统的硬件实现 代表某些参数。例如，如果经常需要显示内存窗口的某一块内容，定义 a l i a sm f i l ，”f i l l 1 ，2 ，3 ，4 ：m e m 1 ” 以后输入mf i l 0 x f f 8 0 ，1 ，0 x l 8 ，0 x l 12 2 此时，0 x f f 8 0 将代替f i l l 和m e m 命令中的参数1 ：l ，0 x l8 ，0 x l122 将代替f 儿l 的2 、3 、4 参数。若要显示所有定义过的别名，用不带参数的 a 1i a s ：删除全部别名用u n a li a s 。 需要注意的是，退出调试器后所有定义的别名将丢失。若再次进入调试器后还能 使用，则应在批处理文件中定义别名。 ( 3 ) 用批处理文件控制命令执行。使用if e l s e e n d i f 或l o o p e n d l o o p 语句。 ( 4 ) s y s t e m 命令可以进入操作系统。使用不带参数的s y s t e m 命令后可以执行任 何d o s 操作。例如，如果要从非当前目录复制 s a m p l e c 文件到当前目录，只需键入： s y s t e m c o p ya ：b a c k u p s a m p l e cs a mp l e c ” 退回原状态用e x i t 。 6 管理断点 这类命令可以控制软件的断点，用户可以设置和清除断点。 7 定义符合用户习惯的界面 8 运行程序 此类命令提供了调试器环境下运行程序的各种方法，如单步执行、部分执行、 全部执行等。 9 内存映象 这类命令管理调试器能够进入的存贮区域，告诉存贮器哪些内存有效，哪些 内存不能进行存取。因此提供给调试器的内存映象应与实际目标系统的内存配置 相一致，当然内存映象也应与链接命令文件中的m e m o r y 相匹配。当内存映象配 置好以后，启动调试器运行程序时，如果访问一个没有定义的存贮区，则调试器 将显示一个错误信息。一般配置内存可在启动调试器之前进行。方法是在调试器 能够自动读到的批文件i n i t c md 中放入内存映象命令。启动调试器，在初始 化过程中读入i n i t c m d 命令，从而完成内存配置。 t m s 3 2 0 c 2 x x 调试器的m a 命令定义了有效的内存范围并标识其读写特征。格 式为：m a 地址，页，长度，类型，其中，地址表示一段存贮区的起始地址，长 度表示该段存贮区的长度，类型表示这段存贮区的读写特征，r o m 表示只读， r a m 表示可读可写，w o m 表示不可存取，i p o r t 表示输入口，o p o r t 表示输出 口，i o p o r t 表示输入输出口。0 ，1 ，2 页分别表示程序存贮区空间、数据 存贮区空间和i 0 空间。 4 南京航空航天大学硕士学位论文 第三章p c i 总线协议规范介绍 随着计算机微处理器性能的迅速提高及多媒体技术的不断发展，原有计算机外 设总线( 如i s a ，e i s a 等) 已适应不了发展需要，一种新型的计算机总线p c i 总线应运而生。p c i 是一个高性能的局部总线，与c p u 和时钟频率无关，它能支持 多个外设，尤其适用于各类高速外设。下文主要介绍p c i 总线及其特点。 3 1p c i 总线及其特点 p c i ( p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o r m c e t ) 总线即外围部件互连总线，是由i n t e l 公 司1 9 9 1 年首先提出的，并联合世界上多家公司成立了一个叫p c is i g ( p c is p e c i a l i n t e r e s tg r o u p ) 来完善、推广和强化p c i 标准，p c is i g 在19 9 5 年公布了p c i 局部 总线规范2 1 版本后，p c i 总线更加受到业界的重视并被越来越多的高档微机和服 务器所采用。 1 1p c i 总线的系统结构及特点 p c i 总线是微型机上的处理器存储器与外围控制部件、外围附加卡之间的互连 结构，它规定了互连结构的协议、电气、机械以及配置空间规范，其典型的系统结构 图见图3 1 。 r 二。圊i 音频ff 视频f i 桥存储控制器 _ 圊 龟恕i 李ii 图宁i i s v s a c a i 基本i o 功能 图3 1p c i 系统结构图 p e i 总线的主要特点是：( 1 ) p c i 局部总线是具有地址数据多路复用的高性能3 2 位或64 位的同步总线，因此总线引脚数目少，对于总线目标设备只有4 7 根信 号线，对于主设备最多只有4 9 根信号线，这样经济地利用总线信号，降低了成本： ( 2 ) p c i 局部总线在33m h z 总线时钟，32 位数据通路时可达到峰值132b l b i t l s 基于p c i 总线数字信号系统的硬件实现 的带宽：在33m h z 主频，64 位数据通路时可达到峰值264 m b i t s 的带宽： 在66m h z 主频时，对于32 位数据通路和64 位数据通路带宽的峰值，可分别 达到264 m b i t s 或5 28 m b i t s 的带宽：( 3 ) p c i 总线的设计是独立于处 理器的，当今流行的处理器如：i n t e l 系列a l p h ah x p 系列、p o w e rp c 系列、s p r a c 系列以及未来多处理器结构的下一代处理器都可以使用p c i 局部总线，另外，p c i 总线还具有线性突发传输、隐蔽的总线仲裁减小了仲裁开销、极小的存取延时、采 用总线多主控和异步数据转移操作、适合于各种机型、预留了发展空间等特点。p c i 总线信号与数据传输规范p c i 总线信号可划分为1o 大类型，如图3 2 所示。其中6 4 位总线扩展信号、资源锁存信号、c a c h e 支持信号和边界扫描信号是可选的。 1卜 地 霉 一 a 址 厶 位 数 总 据 线 线 扩 l jm 展 r a m 群p a r 6 4 。 信 号 t r d y #r e 0 6 4 。 接i r d y # 。a c k 6 4 # 。 。 口 、i ；i 厂h ；产 1 i _ _ _ j k _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ i _ _ - - _ - _ _ _ _ _ _ j l _ _ _ _ - _ _ _ _ j l 一i _ _ _ _ j l 一 wi 钟l i ii 厂卜 地址期数据期数据期数据期 读操作时序图 、 jj i a d - 屯= = x 二互w 一- 屯虱3 = 二= w u ) y 群 卫刚d y 群 d e v s e l 撑 地址期数据期数据期数据期 图3 3 写操作时序图 图中椭圆部分表示一个周转周期，即某信号线由一个设备驱动转到另一个设备 驱动之间的过渡期，这样可以避免2 个设备同时驱动一条信号线所造成的竞争。 基于p c i 总线数字信号系统的硬件实现 3 2p c i 总线接口设计 目前p c i 接口卡的设计一般有两种方法，第一种是基于将p c i 接口完全集成到 a s i c 中，这样做的好处是集成度高，量产的生产成本低，直接用成熟的核，但是对 于普通的开发者来说购买现成的p c i 控制器核的价格昂贵，难以接受。当然也可以 自己根据p c i 协议在f p g a 中实现p c i 总线接口控制器，但是由于p c i 总线协议自 身的复杂性，要想在短期内做到操作稳定，难度很大。所以一般开发p c i 接口芯片 有不同公司的多种型号产品，不同的产品价位相差很大，而且功能与使用的复杂性 也有很大不同。我们在设计前，要广泛的调研，根据项目需求选择合适的p c i 接口 芯片来设计系统，就会事半功倍。 目前市场上常见的a m c c ，p l x ，c y p r e s s 等公司的桥芯片，各个型号的p c i 接口芯片的比较如表3 1 所示： 表3 1 ：各型号p c i 接口芯片 公司主要特点驱动开发价格技术资料 内置f i f o 接口适合有d o s 下驱动的较昂较为全面，提供评 a m c c 于设计数据采集卡，范例贵估板板图 使用简单，性能好。 内置d 删，可以有v x d 范例便宜技术文档比较全面 c y p r e 代替外部的缓存，有 s s 效降低性能成本 p l x 有众多型号可选择提供s d k ，降低很多有价值的资料在 工作量选择r d k 中出售 目前p l x 的产品应用的比较多，各产品特点如下： 表3 2 ：p l x 产品系列 类别特点 9 0 3 0 ，9 0 5 0 ，9 0 5 2 ，9 0 3 0 系列芯片支持c o m p a c t p c i ，9 0 5 0 专门为i s a 设备转p c i 总线接口而设计。 9 0 5 2 是9 0 5 0 的升级版本。以上芯片价格低廉，不 从设备接口芯片 支持d m a ，适合于设计基于p c i 总线的以中断、 查询方式与主机交互的系统 9 0 6 0 ，9 0 8 0 ，9 0 5 4 系列芯片，其中9 0 6 0 是最早推 出的具有3 2 位的p c i 主设备接口芯片，9 0 8 0 和9 0 5 4 主设备接口芯片 为9 0 6 0 的升级产品，支持多个d m a 通道，提供与 m p c 8 x x ，1 9 6 0 等c p u 的无缝接口。 南京航空航天大学硕士学位论文 内部集成了p c i 接口芯片( 9 0 5 4 ) 、s d r a m 控制器、 i o p 系列 r i s cc p u ，适合于高端数据采集系统单片解决方 案。 支持p c i 的6 6 m h z 时钟，6 4 位规范，p c i 总线峰 支持6 4 位6 4 m h z 值带宽提高4 倍，目前已有p c 主板支持该范例。 综合项目需求、成本以及开发难易等几个问题来考虑，选择了p l x 9 0 3 0 芯片 作为设计基于p c i 总线的数字信号处理板的接口芯片。p l x 9 0 3 0 的主要特点是 p c i 2 2 规范，3 2 b i t3 3 m h z p c i 电源管理 可编程中断发生器与控制器 灵活的局部总线，工作频率最高可达6 0 m h z 3 3 v 5 v 信号兼容 局部总线提供3 2 位地址数据复用或独立地址数据 串行e e p r o m 接口 四个独立可编程片选信号、九个独立的通用i o 口 局部总线与p c i 总线可异步工作 局部总线有两个可编程中断寄存器 p l x 9 0 3 0 的内部结构如图3 4 所示： 9 基于p c i 总线数字信号系统的硬件