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基于定点DSP系列ADSP2181芯片实现通用多DSP目标系统的设计

2020年07月17日 17:18 次阅读

1、概 述

随着大规模集成电路水平的发展,以数字信号处理器(Digital Signal Process,DSP)为基础的实时数字信号处理技术正在迅速发展,现已广泛应用于图像处理技术、语声处理、智能化仪表、生物医学与工程、通信、自动控制等领域。由 Analog Device 公司生产的 ADSP 是应用非常广泛的一类 DSP,其典型产品有定点的 ADSP2181 和浮点的 ADSP21060。

在许多实际系统中,需要采用多片DSP级联的方式进行处理。因此,ADSP2181 经常经级联后用在实际系统中,我们设计了基于ISA总线的通用多 DSP 目标系统,这种系统可以用于早期研发及各种算法的硬件平台,他对缩短实际系统开发周期、项目预研等都有重要意义和应用价值。

2、 通用多DSP目标系统的构成

通用多 DSP 目标系统的构成由 6 片 ADSP2181、2 片 A/D 变换器以及实现逻辑功能的 FPGA 组成,其原理框图如图 1 所示。

基于定点DSP系列ADSP2181芯片实现通用多DSP目标系统的设计

(1)处理系统

整个处理系统由 6 片 DSP 构成,他完成对 2 路模拟信号的采集和数据处理。本系统采用的是 Analog Device 公司较为典型的定点DSP系列 ADSP2181,相邻 2 片 DSP 之间的串口数据的发送与接收、帧同步信号的发送与接收分别对应相连,数据的传输采用自动缓冲的方式。

(2)系统输入

系统输入的模拟信号由 2 路精度为 12b 的串行 A/D 变换器完成,采样率最高达 400kS/s,输入模拟量为单极性(0~2.5V)信号。模拟信号经 A/D 变换器后以串行方式送入第 1 片 DSP。

(3)时序控制

系统时序控制由 FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)实现,系统采用 Altera 公司的 FPGA 芯片 EPFl0K10,其实现的主要功能有:

①产生 ISA 总线对各片 DSP 访问的地址译码与控制;

②产生通过 IDMA 端口访问 DSP 所需的控制信号 IAL,IWR, IRD 和 IS;

③产生各个 DSP 的复位信号;

④产生满足 A/D 转换器时序要求的控制信号 CLK(串口时钟)和 CONV(转换控制)。

另外,FPGA 还完成了 DSP 与 ISA 总线之间数据传输所需的控制时序,有效地保证了数据传输的可靠性。

3 、通用多 DSP 目标系统的硬件设计

(1)目标系统的地址分配与实现

每块 DSP 目标板只占用一组端口地址,每组地址共 4 个:数据端口、地址端口、复位端口和控制端口。组起始地址通过 4b 跳线开关加以选择,设开关值为 n,则板卡起始地址为 360-4×n(记作 port),其他 3 个端口地址分别为 port+2,port+4,port+6。在 FPGA 中采用如图 2 所示的逻辑,实现了目标系统板端口地址的动态分配。

数据端口 port 用于实现对 DSP 内部存储器的读写操作,完成 DSP 与上位机之间的数据传输。

地址端口 port+2 用于提供对 DSP 进行读写操作时 DSP 内部程序存储区(PM)或数据存储区(DM)的起始地址。

复位端口 port+4 用于对 DSP 进行复位操作,实现对 DSP 的软复位。

控制端口 port+6 用于选择要操作的 DSP。

(2)控制信号的形成

目标板上 6 片 DSP 占用同一端口地址,系统工作时,可以对任意 DSP 的任一数据区进行读写操作。对 DSP 的片选信号是通过对控制端口的操作来实现的。当 A2A1=11 时,对应于 DSP 的控制端口,这时数据线的低 3 位(DATA[2..0])用于指定 6 个 DSP 中的一个。

4 、下载软件设计

ADSP2181 片内集成了一个可以访问其内部存储器的 16 b IDMA 端口,主机通过此端口可以访问 ADSP2181 片内的程序存储器和数据存储器的任一单元,实现对 DSP 下载文件、传输数据等操作,这一过程是通过上位机对 DSP 的 IDMA 端口的操作来完成的。本文设计了基于 VB 的通用多 DSP 目标系统的下载软件,通过上位机对目标系统进行各种操作。

(1)端口选择 选择一组端口地址,他应与目标板的端口地址相一致;

(2)处理器选择 选择所要进行读写操作及下载的处理器号(1#~6#);

(3)下载文件选择 选择要加载到指定 DSP 的程序;

(4)下载 执行下载操作,并自动检查加载是否成功,若不成功,则重新加载;

(5)读处理器选择 调用读处理器模块,读选定处理器的指定单元的内容;

(6)写处理器选择 调用写处理器模块,在所选的处理器的指定单元写入数据。

5 、结 语

通用多 DSP 目标系统,在地址分配上充分考虑到了 ISA 总线和定点 ADSP2181 的特点,采用地址的动态分配技术,有效地节省了系统的资源。下载软件可以对 1 片或多片 DSP 进行文件下载、读、写等操作,极大地增强了系统的通用性与灵活性。该系统可用于各种算法的硬件平台和早期研发,具有较高的应用价值。

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