TMS320C2XX及其在寬帶恒定束寬波束形成器中的應用

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琓MS320C2XX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)據總線：PRDB、DRDB、DWEB)，不僅使程序存儲器與數(shù)據存儲器的訪問相互獨立，且使數(shù)據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；(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。
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。
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　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)據的格式化及與前后級的數(shù)據交換與通訊。
　　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。