ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ及其在寬帶恒定束寬波束形成器中的應用

摘要：介紹了ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列微處理芯片的結構、特點及其開發(fā)環(huán)境和開發(fā)過程，并給出了ＴＭＳ３２０Ｆ２０６在寬帶恒定束寬波束形成器中的應用實例。該芯片具有２５ｎｓ的指令周期、３２ｋｗ的片內高速Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ及與ＩＥＥＥ標準１１４９．１兼容的邏輯掃描電路，從而使系統(tǒng)的軟硬件設計、開發(fā)非常方便，加之其豐富的片內資源和高的性價比，使其具有很好的推廣應用前景。

關鍵詞：數(shù)字信號處理 波束形成 ＪＴＡＧ 邏輯掃描電路

自１９８４年我國引進國外數(shù)字信號處理器件以來，數(shù)字信號處理技術在諸多領域得到了推廣和應用，并取得了可喜的成果。特別是美國ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０系列產品，擁有廣大的用戶群并在其應用中積累了豐富的經(jīng)驗和技術支持。為了進一步滿足ＤＳＰ應用的需要，ＴＩ公司新近推出了ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列產品。與ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ系列相比，其在速度、片內資源和性價比等方面均有了很大提高，速度提高了２～４倍，而價格卻下降了一半還多，而且片內資源更加豐富，開發(fā)環(huán)境更加便利。其指令系統(tǒng)的功能得到了加強且與之兼容，使ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ豐富的技術支持得以繼承，能非常容易地升級到ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ?？梢哉雇?，ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列必將取代ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ系列，并得到推廣和應用。

本文作者結合具體課題，將ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列產品中的ＴＭＳ３２０Ｆ２０６微處理芯片應用于寬帶恒定束寬波束形成器。由于ＴＭＳ３２０Ｆ２０６豐富的片內資源、良好的開發(fā)環(huán)境，使電路設計簡單可靠、調試方便；通過ＪＴＡＧ接口在線仿真，軟件開發(fā)調試快捷；所構成的系統(tǒng)功能強、速度快、易于調試、便于擴展、運行可靠穩(wěn)定。

１ ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ簡介

ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的三大主要特點之一是采用了改進的哈佛結構，片內具有相互獨立的六條總線（三條內部地址總線：ＰＡＢ、ＤＲＡＢ、ＤＷＡＢ；三條內部數(shù)據(jù)總線：ＰＲＤＢ、ＤＲＤＢ、ＤＷＥＢ），不僅使程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的訪問相互獨立，且使數(shù)據(jù)存儲器的讀和寫也相互獨立并能同時執(zhí)行，從而極大地優(yōu)化了運算處理能力。圖１是ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的總線結構圖。

ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的特點之二是片內資源更加豐富。這個系列有四個產品，為了滿足不同應用的需求，其片內資源也有所不同。表１列出了這四種產品片內主要資源情況及其與ＴＭＳ３２０Ｃ２５的比較。

ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的特點之三就是片內具有邏輯掃描電路，該電路與ＩＥＥＥ標準１１４９．１兼容，并通過八個專門引腳與外部１４引腳的ＪＴＡＧ接口相連。通過ＪＴＡＧ接口可完成以下工作：（１）可對芯片引腳進行測試；（２）可對外部Ｄａｔａ空間及Ｉ／Ｏ空間進行檢測；（３）可對芯片內部Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ進行編程；（４）可對片內片外ＲＡＭ加載數(shù)據(jù)；（５）可進行在線運行仿真。以上特點給硬件的調試及軟件的開發(fā)帶來很大便利。
ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ共有８５條指令，不僅涵蓋了ＴＭＳ３２０Ｃ２５的１３３條指令的全部功能，且指令的功能得到了增強，內容也有所增加。

表1 TMS320C2XX片內主要資源列表

２ ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的開發(fā)

ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的開發(fā)與ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ的開發(fā)過程很類似，其方便之處在于可通過ＪＴＡＧ接口對硬件電路進行在線測試及對軟件進行在線運行仿真。其軟件的開發(fā)流程如圖２所示。

這里需要編輯的文件有兩種：一是應用系統(tǒng)需要的源文件（*．ＡＳＭ）；二是對源代碼進行定位的命令文件（*．ＣＭＤ），在編寫源程序文件時要區(qū)別符號的大小寫。

由匯編器將匯編源程序匯編生成的ＯＢＪ文件是通用的目標文件格式（即ＣＯＦＦ文件），有關說明請參考《ＴＭＳ３２０ ＦＩＸＥＤ － ＰＯＩＮＴ ＤＳＰ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＬＡＮＧＵＡＧＥ ＴＯＯＬＳ ＵＳＥＲＳ ＧＵＩＤＥ》一書的第二章。

程序的連接是用ＤＳＰＬＮＫ連接器將ＣＯＦＦ目標文件（一個或多個）連接起來，以產生可執(zhí)行的輸出文件。連接時ＤＳＰＬＮＫ調用命令文件（*．ＣＭＤ）對目標文件進行定位。常用的連接格式為：

ＤＳＰＬＮＫ ＤＥＭ０１ ＤＥＭ０２ ＤＥＭＯ．ＣＭＤ －０ ＤＥＭＯ．ＯＵＴ －Ｍ ＤＥＭＯ．ＭＡＰ，

其中輸入文件為：ＤＥＭ０１．ＯＢＪＤＥＭ０２．ＯＢＪ，命令文件為ＤＥＭＯ．ＣＭＤ，輸出文件為ＤＥＭＯ．ＯＵＴ，映射文件為ＤＥＭＯ．ＭＡＰ。

軟件調試器是將輸出文件*．ＯＵＴ調入調試環(huán)境進行仿真運行以進行調試。該調試界面友好，易學易用。具體調試步驟，請參閱參考文獻［２］。

將用戶的目標碼用于目標系統(tǒng)有三種方式，一是將目標碼定制到片內的ＲＯＭ中（如Ｃ２０４和Ｃ２０９）；二是將目標碼編程到片內Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ中（如Ｆ２０６）；三是將目標碼固化到ＥＰＲＯＭ中（如Ｃ２０３）。

若要將目標碼燒寫到ＥＰＲＯＭ中，首先要編一個格式轉換文件：Ｂｏｏｔ．ＣＭＤ，其次運行ＤＳＰＨＥＸ Ｂｏｏｔ ＣＭＤ將*．ＯＵＴ文件轉換成*．ｂｉｎ文件，然后用編程器編程燒寫到ＥＰＲＯＭ即可。

ＴＭＳ３２０Ｆ２０６片內３２Ｋｗ的高速Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ是很好的片內資源，可通過ＪＴＡＧ接口將輸出文件*．ＯＵＴ燒寫到片內Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ中，同時通過ＪＴＡＧ接口可在線運行，調試非常方便。對片內Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ編程時，可編一個批處理文件*．ＢＡＴ，在ＤＯＳ或ＷＩＮ９８環(huán)境下運行，也可直接借助廠商提供的軟件對Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ進行編程。

３ ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ的應用

現(xiàn)以ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ中的ＴＭＳ３２０Ｆ２０６應用于寬帶聲納的恒定束寬波束形成器為例進行介紹。一般來說，聲納波束寬度與頻率有關。為了在寬帶信號中得到恒定束寬的波束，我們用不同的系數(shù)對不同頻段的數(shù)據(jù)進行修正。這樣，對于１６個陣元的線列陣要實時得到１６個恒定束寬的波束，共需２５６個“延時－加權－求和”網(wǎng)絡，其總處理能力應大于每秒十七億次乘加運算及相應的數(shù)據(jù)訪問。為此我們用八片英國ＩＮＭＯＳ公司生產的ＩＭＳＡ１００與八片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６構成一個處理陣列，由ＴＭＳＡ１００完成延時修正，用ＴＭＳ３２０Ｆ２０６完成相位補償及加權求和。

３．１ 電路設計

在進行電路設計時用一片ＩＭＳＡ１００與一片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６加上必要的外圍電路構成一個邏輯模塊。由于ＴＭＳ３２０Ｆ２０６片內含有３２Ｋｗ的Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｒｏｙ可以存放程序代碼、系數(shù)和參數(shù)，加之４Ｋ片內ＤＡＲＡＭ、通用Ｉ／Ｏ口等資源使電路大為簡化。為了充分利用器件的處理能力以及滿足系統(tǒng)實時處理的要求，我們以乒乓方式設計了數(shù)據(jù)緩存區(qū)。該電路模塊組成框圖如圖３所示。

在制作印制電路板時，由于單元模塊電路簡便，我們將兩個波束處理模塊做在一塊電路板上，八個模塊共用四塊波束處理板。波束形成器的管理和控制、與前后級的通訊及數(shù)據(jù)的格式化等由兩片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６來完成。整個系統(tǒng)共由五塊電路板組成，包含十片ＴＭ３２０Ｆ２０６、八片ＩＭＳＡ１００及相應的外圍器件。整個系統(tǒng)速度快、功能強、可擴展、易調試。最高處理速度可達每秒２９億次乘加運算。

３．２ 軟件設計

本系統(tǒng)共用了十片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６。由于采用了模塊化設計，使其中八個波束處理模塊中的八片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６工作過程基本一樣，只是系數(shù)與參數(shù)不同。這樣，軟件的設計、調試任務大大減輕，而且每片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６的軟件設計也采用了模塊化設計，并編輯了相應的命令文件，最后將匯編、連接、編程編成一個批處理文件，可在ＤＯＳ或ＷＩＮ９８環(huán)境下借助于ＪＴＡＧ接口，對軟件進行在線仿真運行，軟件的調試修改、參數(shù)調整及系數(shù)的修正均可在線進行，從而大大縮短了開發(fā)周期。另外兩片ＴＭＳ３２０Ｆ２０６，一片用于波束形成器的控制與管理，另一片用于數(shù)據(jù)的格式化及與前后級的數(shù)據(jù)交換與通訊。

由于ＴＭＳ３２０Ｆ２０６高的性價比及好的開發(fā)環(huán)境，使該系統(tǒng)具有速度高、可擴展、易調度、便修正等特點。