基于DSP的数据处理模块的设计

1、    基于DSP的数据处理模块的设计        贺承杰 时间:2008年09月09日     字 体: 大 中 小        关键词:        摘? 要:关键词:?在TWS雷达系统中,对跟踪目标的数据进行处理常常要进行卡尔曼滤波。卡尔曼滤波是一种最优估计的递推滤波

2、算法,具有实时性好和精度高的特点。但是由于其算法中多为矩阵运算,所以较其它算法如最小二乘法、-算法等的运算量要大。为了减小运算量以满足系统反应时间的要求,应用中往往采用简化的卡尔曼滤波算法,但这样又会带来滤波精度的降低。在设计卡尔曼滤波数据处理模块时,为了解决该矛盾,采用了高速浮点型DSP TMS320C31。TMS320C31是美国TI公司的第三代DSP产品,其内部采用程序和数据分开的哈佛结构、流水线操作以及并发I/O和CPU操作。芯片内含有专用硬件乘法器和桶形移位寄存器,具有32位的浮点精度,特别适合类似卡尔曼滤波这样运算量大、实时性和计算精度要求高的场合。1 卡尔曼滤波算法?(K),分别

3、为距离和径向速度的估值? (K)、分别为方位角和方位角速度的估值? U1(K)表示T时间内径向速度的变化量? U2(K)表示T时间内方位角速度的变化量? V1(K)为距离量测噪声?V2(K)为方位角量测噪声? Z1(K)和Z2(K)分别为距离和角度的测量值? 滤波器递推方程为:其中, G(K)为卡尔曼增益矩阵? Q(K)、R(K)分别为状态噪声协方差矩阵和量测噪声协方差矩阵?2 基于TMS320C31的数据处理模块的工作原理2.1 多处理器工作模式下主机和TMS320C31数据通信的设计?2.2 C31的系统装入和管理C31有两种工作模式,即微处理器和微计算机方式,本方案中,C31的MCBL/

4、MP脚接高电平,C31工作于微计算机方式。C31具有程序引导功能,其内部固化有引导程序(BOOT),可将来自其它处理器、低速EPROM或其它标准的存储器件的程序和数据装入到高速静态RAM中以全速运行。C31有两种装入方式可供用户选择:串行装入方式和存储器装入方式。存储器装入方式根据地址的不同又分为三种:BOOT1、BOOT2、BOOT3。C31通过查询四个中断引脚确定装入方式,引脚低电平有效。在本方案中,C31的INT脚接低电平。C31采取BOOT2的引导方式,将从0x400000处开始的程序存储器中的卡尔曼滤波程序以8位字节方式引导到首地址为0x100000的高速RAM中。采用外部存储器装入

5、时,需在程序前加装程序头。程序头包括下列信息:?(1)外部存储器的宽度(8/16/32位);?(2)程序代码块的长度;(3)装入的目的起始地址;?(4)存储器访问的定时控制。程序头内容安排见表1。?本方案中程序头配置如下:“08 00 00 00 F8 10 00 00 FF 20 00 00 00 00 10 00”,包含以下信息:外部程序存储器宽度为8位;EPROM需要7个等待状态;装入的目的起始地址为0X100000;程序代码块长度为20FF。程序头在存储器的0X400000开始存放。?C31的EMU0EMU3为4个仿真引脚,H3为时钟引脚,按照MPSD仿真头的定义将其和仿真器相连。C3

6、1的仿真器没有采用传统的电路仿真器,而是采用先进的扫描仿真器,扫描仿真器通过DSP芯片上提供的仿真引脚和时钟引脚实现仿真功能。用户程序存储在目标系统的片内或片外存储器中,可实时运行,而不会因仿真器引入额外的等待状态。3 数据处理模块的软件设计方法数据处理模块的软件设计是在TI公司的DSP集成开发环境CCS下进行的。它有C2000CC、C3000CC、CCS5000、CCS6000等4个不同版本。对于C31来讲,可采用C3000CC版本的软件。编程语言既可选择C31的汇编语言也可使用C语言。汇编语言在低层的初始化和I/O控制编程方面效率高,但对于类似卡尔曼滤波这类复杂控制算法的编程却不如C语言简

7、捷,且汇编语言的可读性和移植性差。因此这里采用C语言进行程序设计。设计过程如下:(1)在CCS下用C语言编辑卡尔曼滤波源程序;(2)编写链接命令文件,即扩展名为·cmd文件;(3)建立扩展名为·mak的工程文件,将卡尔曼滤波源程序、链接命令文件以及支持库RTS30·LIB加入到所建立的工程中去;(4)对该工程进行build,若无错误,即生成扩展名为·out的文件。生成的·out文件可通过仿真器进行调试。调试完成后,将·out文件保存为·out(coff)格式文件。在编程器中对该文件进行修改,把程序头加到卡尔曼滤波程序的前面,一起写入EPROM。图3和图4给出了数据处理模块的流程图,主计算机和C31可并行工作,通过双口RAM中的semaphone进行查询和设置,完成它们之间的数据交换,进而对跟踪目标实现数据处理。?本文介绍了卡尔曼滤波以及基于DSP的卡尔曼滤波器数据处理模块的原理,该模块具有运算能力强和实时性好的特点。在对跟踪目标进行卡尔曼滤波时,其处理周期仅有几十个s,能很好地满足TMS雷达系统中数据处理任务的需要。?参考文献? Electranic Systems, 2001.4；37(2)：6997062 TMS3