TMS320C2XX及其在寬帶恒定束寬波束形成器中的應(yīng)用
自1984年我國引進(jìn)國外數(shù)字信號處理器件以來,數(shù)字信號處理技術(shù)在諸多領(lǐng)域得到了推廣和應(yīng)用,并取得了可喜的成果。特別是美國TI公司的TMS320系列產(chǎn)品,擁有廣大的用戶群并在其應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。為了進(jìn)一步滿足DSP應(yīng)用的需要,TI公司新近推出了TMS320C2XX系列產(chǎn)品。與TMS320C2X系列相比,其在速度、片內(nèi)資源和性價(jià)比等方面均有了很大提高,速度提高了2~4倍,而價(jià)格卻下降了一半還多,而且片內(nèi)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(qiáng)且與之兼容,使TMS320C2X豐富的技術(shù)支持得以繼承,能非常容易地升級到TMS320C2XX??梢哉雇琓MS320C2XX系列必將取代TMS320C2X系列,并得到推廣和應(yīng)用。
本文作者結(jié)合具體課題,將TMS320C2XX系列產(chǎn)品中的TMS320F206微處理芯片應(yīng)用于寬帶恒定束寬波束形成器。由于TMS320F206豐富的片內(nèi)資源、良好的開發(fā)環(huán)境,使電路設(shè)計(jì)簡單可靠、調(diào)試方便;通過JTAG接口在線仿真,軟件開發(fā)調(diào)試快捷;所構(gòu)成的系統(tǒng)功能強(qiáng)、速度快、易于調(diào)試、便于擴(kuò)展、運(yùn)行可靠穩(wěn)定。
1 TMS320C2XX簡介
TMS320C2XX的三大主要特點(diǎn)之一是采用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),片內(nèi)具有相互獨(dú)立的六條總線(三條內(nèi)部地址總線:PAB、DRAB、DWAB;三條內(nèi)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(dú)立,且使數(shù)據(jù)存儲器的讀和寫也相互獨(dú)立并能同時(shí)執(zhí)行,從而極大地優(yōu)化了運(yùn)算處理能力。圖1是TMS320C2XX的總線結(jié)構(gòu)圖。
TMS320C2XX的特點(diǎn)之二是片內(nèi)資源更加豐富。這個(gè)系列有四個(gè)產(chǎn)品,為了滿足不同應(yīng)用的需求,其片內(nèi)資源也有所不同。表1列出了這四種產(chǎn)品片內(nèi)主要資源情況及其與TMS320C25的比較。
TMS320C2XX的特點(diǎn)之三就是片內(nèi)具有邏輯掃描電路,該電路與IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1兼容,并通過八個(gè)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(jìn)行測試;(2)可對外部Data空間及I/O空間進(jìn)行檢測;(3)可對芯片內(nèi)部Flash Memory進(jìn)行編程;(4)可對片內(nèi)片外RAM加載數(shù)據(jù);(5)可進(jìn)行在線運(yùn)行仿真。以上特點(diǎn)給硬件的調(diào)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(qiáng),內(nèi)容也有所增加。
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(jìn)行在線測試及對軟件進(jìn)行在線運(yùn)行仿真。其軟件的開發(fā)流程如圖2所示。
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這里需要編輯的文件有兩種:一是應(yīng)用系統(tǒng)需要的源文件(*.ASM);二是對源代碼進(jìn)行定位的命令文件(*.CMD),在編寫源程序文件時(shí)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(biāo)文件格式(即COFF文件),有關(guān)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(biāo)文件(一個(gè)或多個(gè))連接起來,以產(chǎn)生可執(zhí)行的輸出文件。連接時(shí)DSPLNK調(diào)用命令文件(*.CMD)對目標(biāo)文件進(jìn)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(diào)試器是將輸出文件*.OUT調(diào)入調(diào)試環(huán)境進(jìn)行仿真運(yùn)行以進(jìn)行調(diào)試。該調(diào)試界面友好,易學(xué)易用。具體調(diào)試步驟,請參閱參考文獻(xiàn)[2]。
將用戶的目標(biāo)碼用于目標(biāo)系統(tǒng)有三種方式,一是將目標(biāo)碼定制到片內(nèi)的ROM中(如C204和C209);二是將目標(biāo)碼編程到片內(nèi)Flash Memory中(如F206);三是將目標(biāo)碼固化到EPROM中(如C203)。
若要將目標(biāo)碼燒寫到EPROM中,首先要編一個(gè)格式轉(zhuǎn)換文件:Boot.CMD,其次運(yùn)行DSPHEX Boot CMD將*.OUT文件轉(zhuǎn)換成*.bin文件,然后用編程器編程燒寫到EPROM即可。
TMS320F206片內(nèi)32Kw的高速Flash Memory是很好的片內(nèi)資源,可通過JTAG接口將輸出文件*.OUT燒寫到片內(nèi)Flash Memory中,同時(shí)通過JTAG接口可在線運(yùn)行,調(diào)試非常方便。對片內(nèi)Flash Memory編程時(shí),可編一個(gè)批處理文件*.BAT,在DOS或WIN98環(huán)境下運(yùn)行,也可直接借助廠商提供的軟件對Flash Memory進(jìn)行編程。
3 TMS320C2XX的應(yīng)用
現(xiàn)以TMS320C2XX中的TMS320F206應(yīng)用于寬帶聲納的恒定束寬波束形成器為例進(jìn)行介紹。一般來說,聲納波束寬度與頻率有關(guān)。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(jìn)行修正。這樣,對于16個(gè)陣元的線列陣要實(shí)時(shí)得到16個(gè)恒定束寬的波束,共需256個(gè)“延時(shí)-加權(quán)-求和”網(wǎng)絡(luò),其總處理能力應(yīng)大于每秒十七億次乘加運(yùn)算及相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問。為此我們用八片英國INMOS公司生產(chǎn)的IMSA100與八片TMS320F206構(gòu)成一個(gè)處理陣列,由TMSA100完成延時(shí)修正,用TMS320F206完成相位補(bǔ)償及加權(quán)求和。
3.1 電路設(shè)計(jì)
在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)用一片IMSA100與一片TMS320F206加上必要的外圍電路構(gòu)成一個(gè)邏輯模塊。由于TMS320F206片內(nèi)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(nèi)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(shí)時(shí)處理的要求,我們以乒乓方式設(shè)計(jì)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(shí),由于單元模塊電路簡便,我們將兩個(gè)波束處理模塊做在一塊電路板上,八個(gè)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(gè)系統(tǒng)共由五塊電路板組成,包含十片TM320F206、八片IMSA100及相應(yīng)的外圍器件。整個(gè)系統(tǒng)速度快、功能強(qiáng)、可擴(kuò)展、易調(diào)試。最高處理速度可達(dá)每秒29億次乘加運(yùn)算。
3.2 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)共用了十片TMS320F206。由于采用了模塊化設(shè)計(jì),使其中八個(gè)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(shè)計(jì)、調(diào)試任務(wù)大大減輕,而且每片TMS320F206的軟件設(shè)計(jì)也采用了模塊化設(shè)計(jì),并編輯了相應(yīng)的命令文件,最后將匯編、連接、編程編成一個(gè)批處理文件,可在DOS或WIN98環(huán)境下借助于JTAG接口,對軟件進(jìn)行在線仿真運(yùn)行,軟件的調(diào)試修改、參數(shù)調(diào)整及系數(shù)的修正均可在線進(jìn)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(jià)比及好的開發(fā)環(huán)境,使該系統(tǒng)具有速度高、可擴(kuò)展、易調(diào)度、便修正等特點(diǎn)。