1、 概 述
隨著大規模集成電路水平的發展,以數字信號處理器(Digital Signal Process,DSP)為基礎的實時數字信號處理技術正在迅速發展,現已廣泛應用於圖像處理技術、語聲處理、智能化儀表、生物醫學與工程、通信、自動控制等領域。由 Analog Device 公司生產的 ADSP 是應用非常廣泛的一類 DSP,其典型產品有定點的 ADSP2181 和浮點的 ADSP21060。
在許多實際系統中,需要採用多片 DSP 級聯的方式進行處理。因此,ADSP2181 經常經級聯後用在實際系統中,我們設計了基於 ISA 總線的通用多 DSP 目標系統,這種系統可以用於早期研發及各種算法的硬件平臺,他對縮短實際系統開發週期、項目預研等都有重要意義和應用價值。
2、 通用多 DSP 目標系統的構成
通用多 DSP 目標系統的構成由 6 片 ADSP2181、2 片 A/D 變換器以及實現邏輯功能的FPGA組成,其原理框圖如圖 1 所示。
(1)處理系統
整個處理系統由 6 片 DSP 構成,他完成對 2 路模擬信號的採集和數據處理。本系統採用的是 Analog Device 公司較為典型的定點 DSP 系列 ADSP2181,相鄰 2 片 DSP 之間的串口數據的發送與接收、幀同步信號的發送與接收分別對應相連,數據的傳輸採用自動緩衝的方式。
(2)系統輸入
系統輸入的模擬信號由 2 路精度為 12b 的串行 A/D 變換器完成,採樣率最高達 400kS/s,輸入模擬量為單極性(0~2.5V)信號。模擬信號經 A/D 變換器後以串行方式送入第 1 片 DSP。
(3)時序控制
系統時序控制由 FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)實現,系統採用 Altera 公司的 FPGA 芯片 EPFl0K10,其實現的主要功能有:
①產生 ISA 總線對各片 DSP 訪問的地址譯碼與控制;
②產生通過 IDMA 端口訪問 DSP 所需的控制信號 IAL,IWR, IRD 和 IS;
③產生各個 DSP 的復位信號;
④產生滿足 A/D 轉換器時序要求的控制信號 CLK(串口時鐘)和 CONV(轉換控制)。
另外,FPGA 還完成了 DSP 與 ISA 總線之間數據傳輸所需的控制時序,有效地保證了數據傳輸的可靠性。
3 、通用多 DSP 目標系統的硬件設計
(1)目標系統的地址分配與實現
每塊 DSP 目標板只佔用一組端口地址,每組地址共 4 個:數據端口、地址端口、復位端口和控制端口。組起始地址通過 4b 跳線開關加以選擇,設開關值為 n,則板卡起始地址為 360-4×n(記作 port),其他 3 個端口地址分別為 port+2,port+4,port+6。在 FPGA 中採用如圖 2 所示的邏輯,實現了目標系統板端口地址的動態分配。
數據端口 port 用於實現對 DSP 內部存儲器的讀寫操作,完成 DSP 與上位機之間的數據傳輸。
地址端口 port+2 用於提供對 DSP 進行讀寫操作時 DSP 內部程序存儲區(PM)或數據存儲區(DM)的起始地址。
復位端口 port+4 用於對 DSP 進行復位操作,實現對 DSP 的軟復位。
控制端口 port+6 用於選擇要操作的 DSP。
(2)控制信號的形成
目標板上 6 片 DSP 佔用同一端口地址,系統工作時,可以對任意 DSP 的任一數據區進行讀寫操作。對 DSP 的片選信號是通過對控制端口的操作來實現的。當 A2A1=11 時,對應於 DSP 的控制端口,這時數據線的低 3 位(DATA[2..0])用於指定 6 個 DSP 中的一個。
4 、下載軟件設計
ADSP2181 片內集成了一個可以訪問其內部存儲器的 16 b IDMA 端口,主機通過此端口可以訪問 ADSP2181 片內的程序存儲器和數據存儲器的任一單元,實現對 DSP 下載文件、傳輸數據等操作,這一過程是通過上位機對 DSP 的 IDMA 端口的操作來完成的。本文設計了基於 VB 的通用多 DSP 目標系統的下載軟件,通過上位機對目標系統進行各種操作。
(1)端口選擇 選擇一組端口地址,他應與目標板的端口地址相一致;
(2)處理器選擇 選擇所要進行讀寫操作及下載的處理器號(1#~6#);
(3)下載文件選擇 選擇要加載到指定 DSP 的程序;
(4)下載 執行下載操作,並自動檢查加載是否成功,若不成功,則重新加載;
(5)讀處理器選擇 調用讀處理器模塊,讀選定處理器的指定單元的內容;
(6)寫處理器選擇 調用寫處理器模塊,在所選的處理器的指定單元寫入數據。
5 、結 語
通用多 DSP 目標系統,在地址分配上充分考慮到了 ISA 總線和定點 ADSP2181 的特點,採用地址的動態分配技術,有效地節省了系統的資源。下載軟件可以對 1 片或多片 DSP 進行文件下載、讀、寫等操作,極大地增強了系統的通用性與靈活性。該系統可用於各種算法的硬件平臺和早期研發,具有較高的應用價值。
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