基于PCI總線通用DSP信號處理系統(tǒng)的設(shè)計

1 引言
1.1 DSP簡介及基本特點

數(shù)字信號的處理離不開算法和實現(xiàn)手段。數(shù)字信號處理器（digital signal processor簡稱DSP）。是在模擬信號變換成數(shù)字信號以后進行高速實時處理的專用處理器，是實現(xiàn)實時數(shù)字信號處理的有力工具。DSP目前廣泛應(yīng)用于模式識別，數(shù)字通信，信號處理，工業(yè)控制等領(lǐng)域。TI公司的TMS320C54X系列DSP有著以下的特點：采用先進的修正增強型哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)共有8條總線（1條程序存儲器總線，3條數(shù)據(jù)存儲器總線和4條地址總線）；高度并行和帶有專用硬件邏輯的CPU設(shè)計；高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)；模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計；能降低功耗和提高抗輻射能力的新的靜電設(shè)計方法。因此它能高速實時以及靈活地應(yīng)用于圖像處理、語言處理、頻譜分析、數(shù)字濾波、實時控制 等各個領(lǐng)域。TMS320VC5402是54X系列中應(yīng)用比較廣泛的一種芯片，它有著豐富的接口資源，是一種集數(shù)據(jù)處理和通信功能于一體的高速微處理器。其操作速率為40～100MIPS。

1.2 PCI局部總線的性能和特點

PCI總線是一種不依附于某個具體處理器的局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號緩沖，使之能支持10種外設(shè)，并能在高時鐘頻率下保持高性能。PCI總線也支持總線主控技術(shù)，允許智能設(shè)備在需要時取得總線控制權(quán)以加速數(shù)據(jù)傳送。

2信號處理系統(tǒng)的功能構(gòu)成

通用信號處理系統(tǒng)一般分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理3個部分（圖1）。采集部分可以采用通用的數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)管理部分則必須用 PC機才能完成。在信號處理系統(tǒng)中，最費時間，也即影響信號處理系統(tǒng)的實時性的瓶頸是數(shù)據(jù)的處理部分。數(shù)據(jù)的處理通常采用微機軟件的方法， 但完全由PC機處理有個缺點，就是信號處理需要的運算主要是數(shù)字運算，因相對于通用CPU（GPP）來說，它是采用馮·諾依曼存儲器結(jié)構(gòu)，并不適用于數(shù)字信號的運算，不僅會造成處理速度慢，而且占用CPU時間過多，直接影響了PC機對數(shù)據(jù)的管理。因此，我們提出用另一種方法把信號處理部分從微機軟件中分離出來，交給DSP處理，然后把DSP處理好的數(shù)據(jù)再傳給PC機管理。該系統(tǒng)的功能構(gòu)成如圖1所示。這樣不僅可以做到信號處理和數(shù)據(jù)管理并行進行，而且充分利用DSP對數(shù)字信號處理高速，并行的優(yōu)勢，提高了信號處理系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。在對信號作連續(xù)的流水處理時，其性能優(yōu)勢更能得以體現(xiàn)，同時這也是一個廉價的產(chǎn)品，有著很高的性能價格比。

3 信號處理部分的硬件構(gòu)成

信號處理部分接口電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示。信號處理程序保存在主機中，在上電以后，自舉加載到DSP中，并由固化在DSP的ROM中的 BOOTLOADER來完成。

主要的處理流程是：信號采集卡把模擬的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字的信息，進入PC機；由PC機通過PCI接口把數(shù)字的信息傳輸?shù)紻SP，保存在SRAM中； DSP從SRAM中讀取數(shù)據(jù)，對信號進行處理；然后，把處理后的數(shù)據(jù)再從PCI接口傳回PC機，交給數(shù)據(jù)管理部分處理。

3.1 PCI接口

為了管理數(shù)據(jù)和尋址、接口控制、仲裁以及系統(tǒng)運行，PCI接口對單個目標(biāo)設(shè)備需要至少47個引腳，對主控設(shè)備最少需要49個引腳。圖3給出了按功能組劃分的引腳，左邊的為必需引腳，右邊的為可選引腳。圖中的信號的方向是對主控設(shè)備/ 目標(biāo)設(shè)備的組合而言?？傄_數(shù)120條（包含電源、地、保留引腳等）。PCI的總線寬度有32位和64位。在本系統(tǒng)中，設(shè)備是32位，沒有作64位擴展。