TMS320C6211DSK及其在短波軟件無(wú)線(xiàn)電偵察中的應(yīng)用

1　引　言

dsp芯片自誕生以來(lái)，在短時(shí)間內(nèi)得到了飛速的發(fā)展，并已經(jīng)在社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，開(kāi)發(fā)應(yīng)用dsp需要高額投資購(gòu)置dsp開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和相應(yīng)的開(kāi)發(fā)軟件，這對(duì)剛開(kāi)始學(xué)習(xí)使用dsp的人來(lái)說(shuō)，是難以接受的。

德克薩斯儀器公司（ti）開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的初學(xué)者工具dsk（dspstarter kit），是為初學(xué)者進(jìn)行dsp編程練習(xí)而提供的一套廉價(jià)的實(shí)時(shí)軟件調(diào)試工具。它的特點(diǎn)是功能全，價(jià)格低，代碼編譯速度快，使用簡(jiǎn)單。

dsk可以與pc機(jī)進(jìn)行通信，在pc上進(jìn)行編譯、匯編，連接之后的程序可以通過(guò)串口或并口下載到dsk上dsp芯片的內(nèi)部ram執(zhí)行。為了方便存儲(chǔ)器等硬件資源的擴(kuò)展，并形成用戶(hù)dsp系統(tǒng)，dsk還將dsp芯片的數(shù)據(jù)與地址相應(yīng)的控制信號(hào)引出。dsk的特點(diǎn)決定了它非常適合初次接觸dsp的人員去掌握dsp，以及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段評(píng)估dsp的性能。ti公司目前的dsk產(chǎn)品可以支持c3x、c5x、c54x、c6211和c6711。tms320c6211 dsk基于c6000系列中低價(jià)位的片種tms320c6211，它不僅能使開(kāi)發(fā)人員熟悉c6000dsp，而且其功能還足夠用于網(wǎng)絡(luò)、通信、圖像處理等具體應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，因而具有極高的性?xún)r(jià)比。

2　tms320c6211 dsk的結(jié)構(gòu)

2．1　硬　件

tms320c6211 dsk是一塊大約長(zhǎng)21cm、寬12cm、高2cm的開(kāi)發(fā)板。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。核心采用定點(diǎn)運(yùn)算芯片tms320c6211，工作于150mhz時(shí)鐘，峰值性能為1200mips，它是dsp業(yè)第一片使用了兩級(jí)內(nèi)部高速緩存（cache）的dsp（l1 cache 8kbyte／l2 cache 64kbyte），內(nèi)部ram共72kbyte。dsk的供電電源為5v的直流電源。

tms320c6211 dsk是一塊通過(guò)并口與pc機(jī)相連的板卡。板上包括：一個(gè)150mhz的c6211 dsp，峰值性能為1200mips；雙時(shí)鐘，cpu工作在150mhz，外部存儲(chǔ)器接口（emif）工作在100mhz；并行接口與pc機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的并口對(duì)接；4mbyte外部sdram和128kbyte外部閃式存儲(chǔ)器（flash memory），用于存儲(chǔ)外部程序和數(shù)據(jù)；ti的tlc320ad535 16位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（data converter）；ti的tps56100電源管理器件（power manager device）提供1．8v和3．3v的直流電；jtag控制器，用于仿真和調(diào)試；用于外部擴(kuò)展子卡的接口（expansion daughter card interface）。

2．2　軟　件

tms320c6211 dsk配有代碼產(chǎn)生工具、代碼編輯調(diào)試工具code composerdebugger和其他dsk支持軟件（閃存支持軟件、樣例程序和dsk功能測(cè)試軟件）。

3　tms320c6211 dsk的特點(diǎn)

3．1　tms320c6211的特點(diǎn)

3．1．1　采用改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)信息處理的高速化，提高使用的靈活性，tms320c6211采用改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是程序和數(shù)據(jù)具有獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，有著各自獨(dú)立的程序總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)?？梢酝瑫r(shí)對(duì)數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行尋址，這大大地提高了數(shù)據(jù)處理的能力。改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲(chǔ)器中，并被算術(shù)運(yùn)算指令直接使用，增強(qiáng)了芯片的靈活性。另外，指令可以存儲(chǔ)在高速緩存器（cache）中，省去了從存儲(chǔ)器中讀取指令的時(shí)間，大大提高了運(yùn)行速度。

3．1．2　采用流水線(xiàn)操作

流水線(xiàn)操作是dsp實(shí)現(xiàn)高速度、高效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。只有在充分發(fā)揮作用的情況下，才可能達(dá)到最好性能。tms320c6211的流水線(xiàn)與以前的c3x和c54x相比，有非常大的優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)在：簡(jiǎn)化流水線(xiàn)的控制以消除流水線(xiàn)互鎖；增加流水線(xiàn)的深度來(lái)消除傳統(tǒng)流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)在取指、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)和乘法操作上的瓶頸；取指、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)分為多個(gè)階段，使得芯片可以高速訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)空間。tms320c6211的流水線(xiàn)分為3個(gè)階段：指令讀入（取指）、解碼和執(zhí)行，共11級(jí)。

3．1．3　特殊的硬件結(jié)構(gòu)

乘法運(yùn)算和加法運(yùn)算在數(shù)字信號(hào)處理的算法中使用非常頻繁。在通用的微處理器中，乘法運(yùn)算是通過(guò)執(zhí)行一串指令實(shí)現(xiàn)的，需要占用許多指令周期，影響處理速度。而dsp中，設(shè)置了硬件乘法器和mac（乘法并累加），這些操作往往可以在單周期內(nèi)完成，從而大幅提高了dsp進(jìn)行乘法和累加運(yùn)算的速度。在tms320c6211中采用兩個(gè)硬件乘法器實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，只需要一個(gè)指令周期,大大提高了信號(hào)處理速度。此外，tms320c6211內(nèi)部的各種數(shù)據(jù)寄存器、移位寄存器等硬件結(jié)構(gòu)，確保了dsp算法的快速性。

3．1．4　特殊的dsp指令系列和豐富的尋址方式

3．2　模擬接口電路（aic）的特點(diǎn)

tms320c6211 dsk板包括雙通道語(yǔ)音／數(shù)據(jù)編解碼器。這個(gè)模擬接口電路（aic）有以下特性：16位的信號(hào)處理能力；獨(dú)立的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通道，只有語(yǔ)音通道利用在dsk板上；8khz的采樣速率；可編程的增益放大器；60ω帶有可編程放大器的耳機(jī)；支持立體聲介質(zhì)帶偏壓的麥克風(fēng)；一個(gè)3．5mm（1／8英寸）單麥克風(fēng)插孔；一個(gè)3．5mm（1／8英寸）立體耳機(jī)插孔。

圖2示出了tms320c6211 dsk模擬接口電路結(jié)構(gòu)圖。titlc320ad535是一種所需外部器件最少的廉價(jià)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。其中c6211 mcbsp0負(fù)責(zé)與模擬接口電路（aic）語(yǔ)音通道實(shí)現(xiàn)串口通信。

3．3　外部存儲(chǔ)器和擴(kuò)展存儲(chǔ)空間的特點(diǎn)

tms320c6211 dsk支持4mbyte（1mbyte×32－bit）同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（sdram），128kbyte的閃存（flash rom）和存儲(chǔ)器映射的i／o端口。擴(kuò)展存儲(chǔ)連接器可以支持異步存儲(chǔ)和存儲(chǔ)映射設(shè)備通過(guò)子板加在dsk板上（tms320c6211 dsk的擴(kuò)展存儲(chǔ)器及其接口由2行80針的連接器實(shí)現(xiàn)）。其中，外部存儲(chǔ)器sdram設(shè)備的電壓為3．3v，擴(kuò)展存儲(chǔ)連接器支持3．3v和5v。

3．4　jtag仿真器

tms320c6211 dsk提供了內(nèi)置的仿真器。通過(guò)并口或者外部的仿真器xds510實(shí)現(xiàn)仿真。tisn74act8990 jtag測(cè)試總線(xiàn)控制器（tbc）提供主機(jī)對(duì)tms320c6211 dsk jatg接口的軟件控制，這樣便可以在沒(méi)有外部仿真器的情況下，ccs調(diào)試器仍然可以調(diào)試目標(biāo)板。

4　tms320c6211 dsk在短波軟件無(wú)線(xiàn)電偵察中的應(yīng)用

4．1　方　案

在某系統(tǒng)中采用tms320c6211 dsk、ad6644采集卡和工控機(jī)搭建一個(gè)寬帶的偵察硬件平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)2mhz～30mhz帶寬內(nèi)的通信信號(hào)的全景偵察。如圖3所示。

4．2　工作原理

本方案采用直接中頻采樣、dsp數(shù)字信號(hào)預(yù)處理、工控機(jī)主處理的程式，完成短波信號(hào)的偵察、分選識(shí)別。接收機(jī)輸出10．7mhz中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)采集卡進(jìn)行中頻采樣（所用到的a／d為a／d6644）完成數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)tms320c6211 dsk的emif（extendedmemory interface，外部存儲(chǔ)器接口）接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，dsp完成數(shù)字信號(hào)的fft運(yùn)算、極值判斷等預(yù)處理部分，并將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)并口傳送給主機(jī)以便進(jìn)行分選、識(shí)別、顯示的主要處理部分。

4．3　c6211的外部存儲(chǔ)器接口

dsk板上具有與emif相連的外擴(kuò)展子卡接口，它原本是用來(lái)擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器的硬件接口，可以為多種同步和異步存儲(chǔ)器（如sbsram、sdram、sram、rom、fifo）提供無(wú)縫接口，由于其數(shù)據(jù)傳輸速度很快（可以高達(dá)900mbyte／s），所以，可以用來(lái)與高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口。emif是外部存儲(chǔ)器和c6211片內(nèi)其它單元的接口，具有很強(qiáng)的接口能力。其數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度為32bits，尋址空間為4gb，可以與目前幾乎所有類(lèi)型的存儲(chǔ)器直接接口。emif處理的外總線(xiàn)請(qǐng)求有片內(nèi)edmaextended direct mernory access控制器和外部共享存儲(chǔ)器的設(shè)備。對(duì)emif的控制是通過(guò)設(shè)置emif中的一組存儲(chǔ)器映射寄存器完成的，包括配置各個(gè)空間上的存儲(chǔ)器類(lèi)型，設(shè)置相應(yīng)的接口時(shí)序等。當(dāng)emif與異步器件接口時(shí)，整個(gè)異步接口信號(hào)包括＃aoe、＃awe、＃are、ardy四個(gè)控制信號(hào)。在時(shí)序控制上，通過(guò)在emif全局控制寄存器和相應(yīng)的cex（x是0～3）空間控制寄存器中進(jìn)行靈活的參數(shù)配置，完成與不同器件的時(shí)序接口。有關(guān)控制位如圖4所示。

4．4　ad6644與c6211 dsk硬件接口設(shè)計(jì)

4．5　ad6644與c6211 dsk軟件接口設(shè)計(jì)

ad6644與c6211 dsk軟件接口程序完成數(shù)據(jù)從異步fifo向內(nèi)部存儲(chǔ)器的傳輸。當(dāng)主程序發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸命令及fifo向cpu發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，該程序被調(diào)用。圖6為軟件接口流程圖。

接口軟件在ccs集成環(huán)境下，用tic6x c語(yǔ)言編寫(xiě)而成。實(shí)際完成的ad6644與c6211 dsk接口能實(shí)現(xiàn)ad6644與c6211dsk之間30m～50m words／s的數(shù)據(jù)傳遞，這是由c6211的主頻所決定的。事實(shí)上，由于c6000系列dsp外部接口的兼容性，可以使用更高主頻的dsp如300mhz，方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)。

在以往的信號(hào)處理中，我們直接用工控機(jī)處理采集下來(lái)的數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析的時(shí)候發(fā)現(xiàn)當(dāng)信號(hào)環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)密度很大時(shí)，工控機(jī)處理起來(lái)很吃力，性能指標(biāo)往往達(dá)不到我們的要求。為了減輕在信號(hào)分選識(shí)別過(guò)程中pc機(jī)處理的負(fù)擔(dān)，進(jìn)一步提高處理信號(hào)的適時(shí)性，本方案將信號(hào)的預(yù)處理部分從中分離出來(lái)，交給數(shù)字信號(hào)處理器專(zhuān)門(mén)進(jìn)行處理，并將處理后的信號(hào)傳送給pc機(jī)進(jìn)行分析，從而大大地減輕了pc機(jī)的工作量，讓pc機(jī)有更多的時(shí)間進(jìn)行其他細(xì)微特征的分析。tms320c6211 dsk的emif接口可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。

5　結(jié)束語(yǔ)

今后，dsp將進(jìn)一步向著低價(jià)格、高集成、高速、高性能的方向發(fā)展。伴隨著dsp器件的廣泛應(yīng)用，其相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具也得到了迅速的發(fā)展，各種形式的dsp開(kāi)發(fā)工具不斷涌現(xiàn)。使用dsp開(kāi)發(fā)工具，不僅可以提高程序設(shè)計(jì)的效率，而且可以使有較少經(jīng)驗(yàn)甚至沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的人使用dsp。dsk以其高性能、低價(jià)格，為我們學(xué)習(xí)、理解、應(yīng)用dsp提供了可能。