基于ISA總線的通用多DSP目標系統(tǒng)設計

1 概 述

隨著大規(guī)模集成電路水平的發(fā)展，以數(shù)字信號處理器(Digital Signal Process，DSP)為基礎的實時數(shù)字信號處理技術正在迅速發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應用于圖像處理技術、語聲處理、智能化儀表、生物醫(yī)學與工程、通信、自動控制等領域。由Analog Device公司生產(chǎn)的ADSP是應用非常廣泛的一類DSP，其典型產(chǎn)品有定點的ADSP2181和浮點的ADSP21060。在許多實際系統(tǒng)中，需要采用多片DSP級聯(lián)的方式進行處理。因此，ADSP2181經(jīng)常經(jīng)級聯(lián)后用在實際系統(tǒng)中，我們設計了基于ISA總線的通用多DSP目標系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以用于早期研發(fā)及各種算法的硬件平臺，他對縮短實際系統(tǒng)開發(fā)周期、項目預研等都有重要意義和應用價值。

2 通用多DSP 目標系統(tǒng)的構成

通用多DSP 目標系統(tǒng)的構成由6片ADSP2181、2片A/D變換器以及實現(xiàn)邏輯功能的FPGA組成，其原理框圖如圖1所示。

(1)處理系統(tǒng)

整個處理系統(tǒng)由6片DSP構成，他完成對2路模擬信號的采集和數(shù)據(jù)處理。本系統(tǒng)采用的是Analog Device公司較為典型的定點DSP系列ADSP2181，相鄰2片DSP之間的串口數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收、幀同步信號的發(fā)送與接收分別對應相連，數(shù)據(jù)的傳輸采用自動緩沖的方式。

(2)系統(tǒng)輸入

系統(tǒng)輸入的模擬信號由2路精度為12b的串行A／D變換器完成，采樣率最高達400kS／s，輸入模擬量為單極性(0～2．5V)信號。模擬信號經(jīng)A／D變換器后以串行方式送入第1片DSP。

(3)時序控制

系統(tǒng)時序控制由FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)實現(xiàn)，系統(tǒng)采用Altera公司的FPGA芯片EPFl0K10，其實現(xiàn)的主要功能有：

①產(chǎn)生ISA總線對各片DSP訪問的地址譯碼與控制；
②產(chǎn)生通過IDMA端口訪問DSP所需的控制信號IAL，IWR， IRD和IS；
③產(chǎn)生各個DSP的復位信號；
④產(chǎn)生滿足A／D轉(zhuǎn)換器時序要求的控制信號CLK(串口時鐘)和CONV(轉(zhuǎn)換控制)。
另外，F(xiàn)PGA還完成了DSP與ISA總線之間數(shù)據(jù)傳輸所需的控制時序，有效地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3 通用多DSP目標系統(tǒng)的硬件設計

(1)目標系統(tǒng)的地址分配與實現(xiàn)

每塊DSP目標板只占用一組端口地址，每組地址共4個：數(shù)據(jù)端口、地址端口、復位端口和控制端口。組起始地址通過4b跳線開關加以選擇，設開關值為n，則板卡起始地址為360-4×n(記作port)，其他3個端口地址分別為port+2，port+4，port+6。在FPGA中采用如圖2所示的邏輯，實現(xiàn)了目標系統(tǒng)板端口地址的動態(tài)分配。

數(shù)據(jù)端口port 用于實現(xiàn)對DSP內(nèi)部存儲器的讀寫操作，完成DSP與上位機之間的數(shù)據(jù)傳輸。
地址端口port+2 用于提供對DSP進行讀寫操作時DSP內(nèi)部程序存儲區(qū)(PM)或數(shù)據(jù)存儲區(qū)(DM)的起始地址。
復位端口port+4 用于對DSP進行復位操作，實現(xiàn)對DSP的軟復位。
控制端口port+6 用于選擇要操作的DSP。

(2)控制信號的形成

目標板上6片DSP占用同一端口地址，系統(tǒng)工作時，可以對任意DSP的任一數(shù)據(jù)區(qū)進行讀寫操作。對DSP的片選信號是通過對控制端口的操作來實現(xiàn)的。當A2A1=11時，對應于DSP的控制端口，這時數(shù)據(jù)線的低3位(DATA[2．．0])用于指定6個DSP中的一個。

4 下載軟件設計

ADSP2181片內(nèi)集成了一個可以訪問其內(nèi)部存儲器的16 b IDMA端口，主機通過此端口可以訪問ADSP2181片內(nèi)的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的任一單元，實現(xiàn)對DSP下載文件、傳輸數(shù)據(jù)等操作，這一過程是通過上位機對DSP的IDMA端口的操作來完成的。本文設計了基于VB的通用多DSP目標系統(tǒng)的下載軟件，通過上位機對目標系統(tǒng)進行各種操作。

(1)端口選擇 選擇一組端口地址，他應與目標板的端口地址相一致；
(2)處理器選擇 選擇所要進行讀寫操作及下載的處理器號(1#～6#)；
(3)下載文件選擇 選擇要加載到指定DSP的程序；
(4)下載 執(zhí)行下載操作，并自動檢查加載是否成功，若不成功，則重新加載；
(5)讀處理器選擇 調(diào)用讀處理器模塊，讀選定處理器的指定單元的內(nèi)容；
(6)寫處理器選擇 調(diào)用寫處理器模塊，在所選的處理器的指定單元寫入數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 語

通用多DSP目標系統(tǒng)，在地址分配上充分考慮到了ISA總線和定點ADSP2181的特點，采用地址的動態(tài)分配技術，有效地節(jié)省了系統(tǒng)的資源。下載軟件可以對1片或多片DSP進行文件下載、讀、寫等操作，極大地增強了系統(tǒng)的通用性與靈活性。該系統(tǒng)可用于各種算法的硬件平臺和早期研發(fā)，具有較高的應用價值。