TMC2310 DSP在水下目標檢測與參數(shù)估計中的應用
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近二十年來，相繼出現(xiàn)了許多重要的目標檢測及參數(shù)估計算法，如分裂波束精確測向算法[2]、ARMA法[4]、MUSIC法[5]和ESPRIT法[6]等DOA估計方法，以及LMS算法[7]等自適應信號處理方法。這些算法的實現(xiàn)，大多需要通過一些通用的數(shù)學運算以及矩陣運算，并采用如FFT、IFFT等快速算法，而這些運算均可方便地利用TMC2310器件來實現(xiàn)。本文將對TMC2310芯片應用于水下目標的檢測與估計進行介紹。
1 TMC2310簡介
TMC2310是美TRW公司生產的高速度（實現(xiàn)一次基二蝶形運算僅需100ns）、多功能（共有16種運算功能）、可編程的專用數(shù)字信號處理（DSP）器件，其使用靈活、操作方便、性價比高，可廣泛應用于雷達、聲納、通訊及虛擬儀器等領域。
1.1 主要特點
1.2 主要功能
1.3 結構與管腳
TMC2310由兩個算術單元（AE0、AE1）、片內系數(shù)ROM、控制邏輯單元和外部接口電路五個主要部分構成，其邏輯框圖見圖１。每個算術單元包括一個乘法序列電路和乘—加算術邏輯電路塊。該芯片采用了88引腳的PGA封裝形式。
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管腳定義如下：
VDD VSS 電源輸入引腳，采用單一＋5V供電
CLK 系統(tǒng)時鐘輸入引腳
讀信號，低電平有效
寫信號，低電平有效
SEMSEL 外部存儲器選擇信號輸出引腳
SCEN 定標輸出允許引腳
DONE 系統(tǒng)工作結束標志輸出引腳
CMD0～CMD1 控制命令輸入引腳
W0～W16 雙功能數(shù)據總線，用于輸入窗函數(shù)、 濾波器系數(shù)及輸出定標器的移位指數(shù)和最后一次溢出
AD0～AD9 外部數(shù)據存儲器地址總線
RG0～RG18 實部雙向數(shù)據總線
IM0～IM18 虛部雙向數(shù)據總線
1.4 配制寄存器
TMC2310片內有兩個16bit的配制寄存器（CR1、CR2），用來對TMC2310進行編程設置，其主要用途如下：
CR1 用來設定芯片的處理功能、轉換長度、輸出格式及定標方式；
CR2 主要用來設定尋址方式和變換路數(shù)（1～64路）。
2 電路設計
由于TMC2310是可編程的專用DSP器件，我們用一片TMS320C25 DSP器件與之配合，采用主從結構、并行處理方式，加上外圍共享存儲器陣列對等組成處理模塊。TMS320C25除對TMC2310進行編程及控制外，還以并行運算處理的方式完成一些后續(xù)處理及輔助運算（如數(shù)據抽取、積分等）。整個電路系統(tǒng)采用模塊化設計，便于調試及擴展。信號處理模塊原理框圖如圖2所示。
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在圖2中，TMC2310和TMS320C25之間設計了一個以乒乓方式工作的雙口RAM陣列，其作用有四：(1)存放待處理的數(shù)據(實部數(shù)據放在REM塊，虛部數(shù)據放在IMM塊)；(2)存放TMC2310所需的系數(shù)或參數(shù)（放在WDM塊）；(3)存放TMC2310的輸出結果并作為TMC2310中間結果緩存；(4)構成TMS320C25的運算內存。為了便于構成系統(tǒng)及滿足實時需要，用一片IDT7025雙口RAM（8K×16）構成一個TMS320C25與外部共享的ＲＡＭ區(qū)，以便實時地與外部進行數(shù)據交換和通訊。這個雙口ＲＡＭ區(qū)也以乒乓方式工作，以增強模塊的寬容性。
電路的乒乓工作方式控制邏輯是由TMS320C25根據系統(tǒng)的節(jié)拍時序進行控制的?？刂齐娐反_保CAA12與CAB12互斥，CAL12與CAR12互斥。整個電路簡單、緊湊、協(xié)調有序。由于采用了VLSI器件設計，電路設計大大簡化，調試方便、功能強大、性能可靠、吞吐量大（完成1024點FFT的數(shù)據通過率為2.343M字／秒）。
3 軟件設計
TMS320C25的主要任務有：(1)根據功能需要對TMC2310進行編程設置及控制管理；(2)與TMC2310進行數(shù)據交換；(3)完成部分處理運算（如：抽樣、積分、數(shù)值及參量計算等）；(4)與系統(tǒng)進行通訊（如數(shù)據輸入輸出及功能、方式的設立等）。我們將這些內容分成不同的子程序按模塊進行設計，既便于調試又易于功能擴展。
軟件主要由一個主程序與若干個子程序模塊組成。主要的模塊有：TMC2310的設置與控制；與外部的通訊；數(shù)據的輸出、數(shù)據加載、系數(shù)加載及十幾個運算子模塊。由于篇幅有限，以下僅給出主程序流程框圖（見圖3）。
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將TMC2310應用于水下目標的檢測與估計，具有速度快、功能強、可編程、易操作等特點。我們用其開發(fā)研制的信號處理模塊，體積小、易擴展。組成的系統(tǒng)能在飛機、艦船等環(huán)境下可靠工作。幾年來，經水池、湖及海上的多次試驗和試用，證明其設計合理、應用成功，已投入小批量生產。此外還可用于雷達、通訊及虛擬儀器等許多領域，具有很好的應用前景。
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