基于DSP的開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
Design of Developing and Highspeed System Based on DSP
SUN Xiang′e，LIU Yicheng
(Electronic and Information Engineering College,Yangtze Univers ity，Jingzhou,434023,China)
Abstract：The frame of master/slave system made of PC and TMS320C32 is discussed after the character of TMS320C32 is introduced brieflyA highspeed digital sig nal processing system of DSP aim board and microcomputer is finished which the c entral computer had control over,and TMS320C32 DSP is respected for digital sig nal processing in order to realize real time and special user systemThe basis principle of DSP developing highspeed processing system is introduced i n detail,and work process is described tooThe method is recommended at last of which how to imply two kind of user system by the developing highspe ed processing system
Keywords：TMS320C32;developing system;high speed processing system;design
Keywords：TMS320C32;developing system;high speed processing system;design
數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor,DSP）集中體現(xiàn)了微電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、 計(jì)算技術(shù)三種學(xué)科，并在短時(shí)間內(nèi)獲得飛速發(fā)展。他可以用于語(yǔ)音處理、圖形圖像處理、高速控制、數(shù)字通信、地震信號(hào)分析、生物醫(yī)學(xué)工程等多種與數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)的領(lǐng)域。由于他能把數(shù)字信號(hào)處理的一些理論和算法實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，并迅速地推廣到應(yīng)用方面，因此得到學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視。開(kāi)發(fā)DSP硬件和軟件需要有專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)工具。目前在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)D SP的軟硬件開(kāi)發(fā)，或者PC機(jī)上利用DSP高速處理板加速運(yùn)算，以便實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理和儀器儀表等多種應(yīng)用，已經(jīng)成為工程界的熱門(mén)課題。
1TMS320C32的性能和特點(diǎn)
TMS320C32是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的第三代32位浮點(diǎn)DSP芯片，該產(chǎn)品具有存儲(chǔ)空間大、運(yùn)算精度高等特點(diǎn)。C32不僅提供了簡(jiǎn)捷便利的使用模式和所有32位浮點(diǎn)DSP的良好性能，其系統(tǒng)造價(jià)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于16位的定點(diǎn)DSP。C32與C3X家族擁有相互兼容的目標(biāo)碼，而且與C4X家族的源碼也是相互兼容的，開(kāi)辟了TI公司低造價(jià)、低成本生產(chǎn)32位浮點(diǎn)DSP芯片的新途徑。TMS320C32芯片不同于其他C3X產(chǎn)品的典型特征有：
(1)TMS320C32中央處理單元CPU。
(2)單指令執(zhí)行周期為33 ns，40 ns，50 ns，對(duì)應(yīng)的外部時(shí)鐘周期分別是60 MHz，50 MHz 和40 MHz。
(3) 具有2塊容量為256×32 B的雙向存取片上RAM。
(4)具有上電復(fù)位后自動(dòng)引導(dǎo)程序的功能。
(5)1個(gè)串行口、2個(gè)計(jì)時(shí)器、2個(gè)DMA控制器、可編程的存儲(chǔ)器接口。
TMS320C32是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的第三代32位浮點(diǎn)DSP芯片，該產(chǎn)品具有存儲(chǔ)空間大、運(yùn)算精度高等特點(diǎn)。C32不僅提供了簡(jiǎn)捷便利的使用模式和所有32位浮點(diǎn)DSP的良好性能，其系統(tǒng)造價(jià)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于16位的定點(diǎn)DSP。C32與C3X家族擁有相互兼容的目標(biāo)碼，而且與C4X家族的源碼也是相互兼容的，開(kāi)辟了TI公司低造價(jià)、低成本生產(chǎn)32位浮點(diǎn)DSP芯片的新途徑。TMS320C32芯片不同于其他C3X產(chǎn)品的典型特征有：
(1)TMS320C32中央處理單元CPU。
(2)單指令執(zhí)行周期為33 ns，40 ns，50 ns，對(duì)應(yīng)的外部時(shí)鐘周期分別是60 MHz，50 MHz 和40 MHz。
(3) 具有2塊容量為256×32 B的雙向存取片上RAM。
(4)具有上電復(fù)位后自動(dòng)引導(dǎo)程序的功能。
(5)1個(gè)串行口、2個(gè)計(jì)時(shí)器、2個(gè)DMA控制器、可編程的存儲(chǔ)器接口。
2基于TMS320C32的DSP系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)用模塊式結(jié)構(gòu),硬件由不同類(lèi)型的插件板組成，能插進(jìn)PC插槽，軟件按功能分成多種軟件包，用戶可根據(jù)自己的要求，用這些軟件組成一個(gè)功能完備的系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。
本系統(tǒng)用模塊式結(jié)構(gòu),硬件由不同類(lèi)型的插件板組成，能插進(jìn)PC插槽，軟件按功能分成多種軟件包，用戶可根據(jù)自己的要求，用這些軟件組成一個(gè)功能完備的系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。
3基于TMS320C32的開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想
微型計(jì)算機(jī)以其豐富的軟件，可靠的性能及低廉的價(jià)格已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，但是在某些數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中，微型計(jì)算機(jī)顯得速度太慢，不能滿足用戶要求，而一般速度較高的小型機(jī)用于數(shù)字信號(hào)處理又因?yàn)閮r(jià)格較高而不能普及。如果把數(shù)字信號(hào)處理器的高速運(yùn)算能力和微型計(jì)算機(jī)完善的操作系統(tǒng)結(jié)合在一起就能形成一個(gè)既能滿足數(shù)字信號(hào)處理速度上的需要，又能得到一個(gè)可以普及的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
對(duì)于本開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)，只要使用隨系統(tǒng)所給的實(shí)時(shí)調(diào)試軟件和開(kāi)發(fā)板中的EPROM芯片，就可以在微型計(jì)算機(jī)上完成TMS320C32系統(tǒng)的實(shí)時(shí)軟件調(diào)試和數(shù)字信號(hào)處理方面的實(shí)時(shí)模擬。但是對(duì)于大多數(shù)用戶，在實(shí)時(shí)調(diào)試后還需要形成專(zhuān)用的高速處理系統(tǒng)，所以本系統(tǒng)是在力求實(shí)時(shí)性和實(shí)現(xiàn)用戶專(zhuān)用性設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下完成的，他以TMS320C32為數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算核心，以微機(jī)為控制系統(tǒng)，由DSP目標(biāo)板和微機(jī)一起構(gòu)成一個(gè)高速數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
微型計(jì)算機(jī)以其豐富的軟件，可靠的性能及低廉的價(jià)格已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，但是在某些數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中，微型計(jì)算機(jī)顯得速度太慢，不能滿足用戶要求，而一般速度較高的小型機(jī)用于數(shù)字信號(hào)處理又因?yàn)閮r(jià)格較高而不能普及。如果把數(shù)字信號(hào)處理器的高速運(yùn)算能力和微型計(jì)算機(jī)完善的操作系統(tǒng)結(jié)合在一起就能形成一個(gè)既能滿足數(shù)字信號(hào)處理速度上的需要，又能得到一個(gè)可以普及的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
對(duì)于本開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)，只要使用隨系統(tǒng)所給的實(shí)時(shí)調(diào)試軟件和開(kāi)發(fā)板中的EPROM芯片，就可以在微型計(jì)算機(jī)上完成TMS320C32系統(tǒng)的實(shí)時(shí)軟件調(diào)試和數(shù)字信號(hào)處理方面的實(shí)時(shí)模擬。但是對(duì)于大多數(shù)用戶，在實(shí)時(shí)調(diào)試后還需要形成專(zhuān)用的高速處理系統(tǒng)，所以本系統(tǒng)是在力求實(shí)時(shí)性和實(shí)現(xiàn)用戶專(zhuān)用性設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下完成的，他以TMS320C32為數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算核心，以微機(jī)為控制系統(tǒng)，由DSP目標(biāo)板和微機(jī)一起構(gòu)成一個(gè)高速數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
4開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)的基本原理
開(kāi)發(fā)/高速處理板的原理圖如圖2所示，在這種設(shè)計(jì)方案中，把微型計(jì)算機(jī)和由TMS320C32處 理器組成的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)作為一個(gè)并行處理系統(tǒng)，根據(jù)各自的特長(zhǎng)在并行系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著不同的任務(wù)：微型計(jì)算機(jī)主要承擔(dān)文件管理和用戶界面等方面的工作，而數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)則用來(lái)完成系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)處理方面的運(yùn)算。
本開(kāi)發(fā)/高速處理板采用和微型計(jì)算機(jī)并行處理的設(shè)計(jì)思想，使本系統(tǒng)具有兩個(gè)突出特點(diǎn)：
在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中只需考慮DSP目標(biāo)板與微機(jī)之間的并行通信問(wèn)題，而不需考慮二者之間的控制電路問(wèn)題，從而使得DSP目標(biāo)板的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，減少了元器件、降低了成本。
本開(kāi)發(fā)/高速處理板是適于脫離微型計(jì)算機(jī)，單獨(dú)供電形成專(zhuān)用的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
在TMS320C32開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)中，由于具有EPROM，可以固化用戶應(yīng)用程序，還有自動(dòng)
復(fù)位電路、模擬接口，所以他可以構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)。當(dāng)開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)能夠滿足用戶的需要時(shí)，用戶還可以先在微型計(jì)算機(jī)上調(diào)試自己所需要的應(yīng)用程序。由于本系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)調(diào)試軟件，給用戶開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序提供了很大的方便，當(dāng)用戶把實(shí)時(shí)程序調(diào)試完成后，即可以把程序固化在EPROM中，再把單一的+5 V電源加到TMS320C32目標(biāo)板上，這個(gè)系統(tǒng)就可以按照用戶的需要進(jìn)行工作了。
DSP目標(biāo)板只占用微型計(jì)算機(jī)的并行打印口。
開(kāi)發(fā)/高速處理板的原理圖如圖2所示，在這種設(shè)計(jì)方案中，把微型計(jì)算機(jī)和由TMS320C32處 理器組成的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)作為一個(gè)并行處理系統(tǒng)，根據(jù)各自的特長(zhǎng)在并行系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著不同的任務(wù)：微型計(jì)算機(jī)主要承擔(dān)文件管理和用戶界面等方面的工作，而數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)則用來(lái)完成系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)處理方面的運(yùn)算。
本開(kāi)發(fā)/高速處理板采用和微型計(jì)算機(jī)并行處理的設(shè)計(jì)思想，使本系統(tǒng)具有兩個(gè)突出特點(diǎn)：
在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中只需考慮DSP目標(biāo)板與微機(jī)之間的并行通信問(wèn)題，而不需考慮二者之間的控制電路問(wèn)題，從而使得DSP目標(biāo)板的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，減少了元器件、降低了成本。
本開(kāi)發(fā)/高速處理板是適于脫離微型計(jì)算機(jī)，單獨(dú)供電形成專(zhuān)用的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
在TMS320C32開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)中，由于具有EPROM，可以固化用戶應(yīng)用程序，還有自動(dòng)
復(fù)位電路、模擬接口，所以他可以構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)。當(dāng)開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)能夠滿足用戶的需要時(shí)，用戶還可以先在微型計(jì)算機(jī)上調(diào)試自己所需要的應(yīng)用程序。由于本系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)調(diào)試軟件，給用戶開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序提供了很大的方便，當(dāng)用戶把實(shí)時(shí)程序調(diào)試完成后，即可以把程序固化在EPROM中，再把單一的+5 V電源加到TMS320C32目標(biāo)板上，這個(gè)系統(tǒng)就可以按照用戶的需要進(jìn)行工作了。DSP目標(biāo)板只占用微型計(jì)算機(jī)的并行打印口。
EPROM、SRAM及命令口占用TMS320C32地址內(nèi)存分配如表1所示。
C32口地址分配如表2所示。
5系統(tǒng)的工作過(guò)程
在硬件設(shè)計(jì)中相關(guān)信號(hào)確定的基礎(chǔ)上，可以確定該系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：
微型計(jì)算機(jī)和DSP目標(biāo)板加電之后，TMS320C32的信號(hào)為低電平，使TMS320C32復(fù)位之后，C3 2檢
低電平，其他外部中斷信號(hào)則為高電平，因此C32將從EPROM中引導(dǎo)程序(EPROM中已固化了實(shí)用的數(shù)字信號(hào)處理程序)。
C32按照EPROM各程序中指定的起始地址開(kāi)始放置程序，將全部程序引導(dǎo)到指定的地址段并 初始化C32的
控制寄存器之后，即跳轉(zhuǎn)到EPROM中的第一個(gè)程序開(kāi)始運(yùn)行。在本系統(tǒng)中，C32將等待和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或接收微型計(jì)算機(jī)命令，微型計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用程序的需要通過(guò)打印口向TMS320C32處理系統(tǒng)傳遞待處理的數(shù)據(jù)或接收TMS320C32處理系統(tǒng)的處理結(jié)果。
在硬件設(shè)計(jì)中相關(guān)信號(hào)確定的基礎(chǔ)上，可以確定該系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：
微型計(jì)算機(jī)和DSP目標(biāo)板加電之后，TMS320C32的
信號(hào)為低電平，使TMS320C32復(fù)位之后，C3 2檢低電平，其他外部中斷信號(hào)則為高電平，因此C32將從EPROM中引導(dǎo)程序(EPROM中已固化了實(shí)用的數(shù)字信號(hào)處理程序)。C32按照EPROM各程序中指定的起始地址開(kāi)始放置程序，將全部程序引導(dǎo)到指定的地址段并 初始化C32的
控制寄存器之后，即跳轉(zhuǎn)到EPROM中的第一個(gè)程序開(kāi)始運(yùn)行。在本系統(tǒng)中，C32將等待和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或接收微型計(jì)算機(jī)命令，微型計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用程序的需要通過(guò)打印口向TMS320C32處理系統(tǒng)傳遞待處理的數(shù)據(jù)或接收TMS320C32處理系統(tǒng)的處理結(jié)果。6開(kāi)發(fā)/高速處理板形成用戶系統(tǒng)的方法
利用實(shí)時(shí)調(diào)試軟件，用戶可以在微型計(jì)算機(jī)上完成TMS320C32系統(tǒng)的實(shí)時(shí)軟件調(diào)試和數(shù)字信 號(hào)處理方面的實(shí)時(shí)模擬，并可在軟件調(diào)試生成后形成專(zhuān)用的高速處理系統(tǒng)。對(duì)于用戶系統(tǒng)的形成一般分為2種情況：
(1)DSP目標(biāo)板插在微型計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽中，或通過(guò)通訊口與微型計(jì)算機(jī)相連。
這種情況就是把數(shù)字信號(hào)處理的程序調(diào)試好后，形成一個(gè)專(zhuān)用的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，需要完成的任務(wù)有：利用C32的實(shí)時(shí)調(diào)試軟件和C32目標(biāo)板上的目標(biāo)程序，調(diào)試用戶需要的數(shù)字信 號(hào)處理實(shí)時(shí)工作程序，當(dāng)實(shí)時(shí)工作程序已調(diào)試完畢，用戶再根據(jù)自己的需要編制一個(gè)工作軟 件，以便在該應(yīng)用程序中調(diào)用、管理DSP目標(biāo)板，這時(shí)用戶必須做以下幾項(xiàng)工作：
首先調(diào)試TMS320C32的實(shí)時(shí)程序。 把調(diào)試好的TMS320C32的實(shí)時(shí)程序生成目的碼，燒結(jié)在EPROM中。 在微機(jī)上編制通過(guò)打印口和TMS320C32交換數(shù)據(jù)的程序。
一般的工作過(guò)程是：微型計(jì)算機(jī)和DSP目標(biāo)板加電之后，TMS320C32的 信號(hào)為低電平，TMS320C32復(fù)位之后，C32將從EPROM中引導(dǎo)程序 。引導(dǎo)完成之后即可進(jìn)入到應(yīng)用程序中，等待和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換或接收微型計(jì)算機(jī)命令，微型計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用程序的需要通過(guò)打印口向TMS320C32 處理系統(tǒng)傳遞待處理的數(shù)據(jù)或接收TMS320C32處理系統(tǒng)的處理結(jié)果。
(2)開(kāi)發(fā)/高速處理板脫離微型計(jì)算機(jī)，單獨(dú)供電形成的專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
在本開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)中，由于具有EPROM可固化用戶程序，還有自動(dòng) 復(fù)位電路、模擬接 口電路，因而他是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)。當(dāng)開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)能滿足用戶的需 要時(shí)，用戶在微型計(jì)算機(jī)上調(diào)試自己所需要的實(shí)時(shí)程序后，就可以將程序固化在EPROM中， 把開(kāi)關(guān)選擇在手動(dòng)或自動(dòng)復(fù)位狀態(tài)，再把單一的+5 V電源加到TMS3 20C32開(kāi)發(fā)板中，這樣就形成了一個(gè)可以按照用戶要求進(jìn)行工作的單獨(dú)供電的數(shù)字信號(hào)處理 系統(tǒng)。
利用實(shí)時(shí)調(diào)試軟件，用戶可以在微型計(jì)算機(jī)上完成TMS320C32系統(tǒng)的實(shí)時(shí)軟件調(diào)試和數(shù)字信 號(hào)處理方面的實(shí)時(shí)模擬，并可在軟件調(diào)試生成后形成專(zhuān)用的高速處理系統(tǒng)。對(duì)于用戶系統(tǒng)的形成一般分為2種情況：
(1)DSP目標(biāo)板插在微型計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽中，或通過(guò)通訊口與微型計(jì)算機(jī)相連。
這種情況就是把數(shù)字信號(hào)處理的程序調(diào)試好后，形成一個(gè)專(zhuān)用的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，需要完成的任務(wù)有：利用C32的實(shí)時(shí)調(diào)試軟件和C32目標(biāo)板上的目標(biāo)程序，調(diào)試用戶需要的數(shù)字信 號(hào)處理實(shí)時(shí)工作程序，當(dāng)實(shí)時(shí)工作程序已調(diào)試完畢，用戶再根據(jù)自己的需要編制一個(gè)工作軟 件，以便在該應(yīng)用程序中調(diào)用、管理DSP目標(biāo)板，這時(shí)用戶必須做以下幾項(xiàng)工作：
首先調(diào)試TMS320C32的實(shí)時(shí)程序。 把調(diào)試好的TMS320C32的實(shí)時(shí)程序生成目的碼，燒結(jié)在EPROM中。 在微機(jī)上編制通過(guò)打印口和TMS320C32交換數(shù)據(jù)的程序。
一般的工作過(guò)程是：微型計(jì)算機(jī)和DSP目標(biāo)板加電之后，TMS320C32的
信號(hào)為低電平，TMS320C32復(fù)位之后，C32將從EPROM中引導(dǎo)程序 。引導(dǎo)完成之后即可進(jìn)入到應(yīng)用程序中，等待和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換或接收微型計(jì)算機(jī)命令，微型計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用程序的需要通過(guò)打印口向TMS320C32 處理系統(tǒng)傳遞待處理的數(shù)據(jù)或接收TMS320C32處理系統(tǒng)的處理結(jié)果。 (2)開(kāi)發(fā)/高速處理板脫離微型計(jì)算機(jī)，單獨(dú)供電形成的專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
在本開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)中，由于具有EPROM可固化用戶程序，還有
自動(dòng) 復(fù)位電路、模擬接 口電路，因而他是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)。當(dāng)開(kāi)發(fā)/高速處理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)能滿足用戶的需 要時(shí)，用戶在微型計(jì)算機(jī)上調(diào)試自己所需要的實(shí)時(shí)程序后，就可以將程序固化在EPROM中， 把開(kāi)關(guān)選擇在手動(dòng)或自動(dòng)復(fù)位狀態(tài)，再把單一的+5 V電源加到TMS3 20C32開(kāi)發(fā)板中，這樣就形成了一個(gè)可以按照用戶要求進(jìn)行工作的單獨(dú)供電的數(shù)字信號(hào)處理 系統(tǒng)。 文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。
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