TMS320C6211DSK及其在短波软件无线电侦察中的应用

1　引　言

　　DSP芯片自诞生以来，在短时间内得到了飞速的发展，并已经在社会生活各个领域得到了广泛的应用。但是，开发应用DSP需要高额投资购置DSP开发系统和相应的开发软件，这对刚开始学习使用DSP的人来说，是难以接受的。

　　德克萨斯仪器公司（TI）开发生产的初学者工具DSK（DSPStarter Kit），是为初学者进行DSP编程练习而提供的一套廉价的实时软件调试工具。它的特点是功能全，价格低，代码编译速度快，使用简单。

       DSK可以与PC机进行通信，在PC上进行编译、汇编，连接之后的程序可以通过串口或并口下载到DSK上DSP芯片的内部RAM执行。为了方便存储器等硬件资源的扩展，并形成用户DSP系统，DSK还将DSP芯片的数据与地址相应的控制信号引出。DSK的特点决定了它非常适合初次接触DSP的人员去掌握DSP，以及在系统设计阶段评估DSP的性能。TI公司目前的DSK产品可以支持C3x、C5x、C54x、C6211和C6711。TMS320  
C6211 DSK基于C6000系列中低价位的片种TMS320C6211，它不仅能使开发人员熟悉C6000DSP，而且其功能还足够用于网络、通信、图像处理等具体应用的开发，因而具有极高的性价比。

       2　TMS320C6211 DSK的结构

       2．1　硬　件

　　TMS320C6211 DSK是一块大约长21cm、宽12cm、高2cm的开发板。硬件结构如图1所示。核心采用定点运算芯片TMS320C6211，工作于150MHz时钟，峰值性能为1200MIPS，它是DSP业第一片使用了两级内部高速缓存（Cache）的DSP（L1 Cache 8Kbyte／L2 Cache 64Kbyte），内部RAM共72Kbyte。DSK的供电电源为5V的直流电源。

　　TMS320C6211 DSK是一块通过并口与PC机相连的板卡。板上包括：一个150MHz的C6211 DSP，峰值性能为1200MIPS；双时钟，CPU工作在150MHz，外部存储器接口（EMIF）工作在100MHz；并行接口与PC机标准的并口对接；4Mbyte外部SDRAM和128Kbyte外部闪式存储器（Flash Memory），用于存储外部程序和数据；TI的TLC320AD535 16位数据转换器（Data Converter）；TI的TPS56100电源管理器件（Power Manager Device）提供1．8V和3．3V的直流电；JTAG控制器，用于仿真和调试；用于外部扩展子卡的接口（Expansion Daughter Card Interface）。

       2．2　软　件

　　TMS320C6211 DSK配有代码产生工具、代码编辑调试工具Code ComposerDebugger和其他DSK支持软件（闪存支持软件、样例程序和DSK功能测试软件）。

       3　TMS320C6211 DSK的特点

       3．1　TMS320C6211的特点

       3．1．1　采用改进型的哈佛结构

　　为了实现信息处理的高速化，提高使用的灵活性，TMS320C6211采用改进型的哈佛结构，其主要特点是程序和数据具有独立的存储空间，有着各自独立的程序总线和数据总线。可以同时对数据和程序进行寻址，这大大地提高了数据处理的能力。改进的哈佛结构允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性。另外，指令可以存储在高速缓存器（Cache）中，省去了从存储器中读取指令的时间，大大提高了运行速度。 

3．1．2　采用流水线操作

　　流水线操作是DSP实现高速度、高效率的关键技术之一。只有在充分发挥作用的情况下，才可能达到最好性能。TMS320C6211的流水线与以前的C3x和C54x相比，有非常大的优势。主要表现在：简化流水线的控制以消除流水线互锁；增加流水线的深度来消除传统流水线结构在取指、数据访问和乘法操作上的瓶颈；取指、数据访问分为多个阶段，使得芯片可以高速访问存储空间。TMS320C6211的流水线分为3个阶段：指令读入（取指）、解码和执行，共11级。

       3．1．3　特殊的硬件结构

　　乘法运算和加法运算在数字信号处理的算法中使用非常频繁。在通用的微处理器中，乘法运算是通过执行一串指令实现的，需要占用许多指令周期，影响处理速度。而DSP中，设置了硬件乘法器和MAC（乘法并累加），这些操作往往可以在单周期内完成，从而大幅提高了DSP进行乘法和累加运算的速度。在TMS320C6211中采用两个硬件乘法器实现乘法运算，只需要一个指令周期,大大提高了信号处理速度。此外，TMS320C6211内部的各种数据寄存器、移位寄存器等硬件结构，确保了DSP算法的快速性。

       3．1．4　特殊的DSP指令系列和丰富的寻址方式

　　TM

S320C6211的另一个重要特征是有一套专门为数字信号处理而设计的指令系统。这些指令包括32bit整型乘法、双字读取等。此外，TMS320C6211丰富的寻址方式也使信号处理算法的实现变得非常容易。

        3．2　模拟接口电路（AIC）的特点

　　TMS320C6211 DSK板包括双通道语音／数据编解码器。这个模拟接口电路（AIC）有以下特性：16位的信号处理能力；独立的语音和数据通道，只有语音通道利用在DSK板上；8kHz的采样速率；可编程的增益放大器；60Ω带有可编程放大器的耳机；支持立体声介质带偏压的麦克风；一个3．5mm（1／8英寸）单麦克风插孔；一个3．5mm（1／8英寸）立体耳机插孔。

                     

　　图2示出了TMS320C6211 DSK模拟接口电路结构图。TITLC320AD535是一种所需外部器件最少的廉价数据转换器。其中C6211 McBSP0负责与模拟接口电路（AIC）语音通道实现串口通信。

       3．3　外部存储器和扩展存储空间的特点

　　TMS320C6211 DSK支持4Mbyte（1Mbyte×32－bit）同步动态存储器（SDRAM），128Kbyte的闪存（Flash ROM）和存储器映射的I／O端口。扩展存储连接器可以支持异步存储和存储映射设备通过子板加在DSK板上（TMS320C6211 DSK的扩展存储器及其接口由2行80针的连接器实现）。其中，外部存储器SDRAM设备的电压为3．3V，扩展存储连接器支持3．3V和5V。

       3．4　JTAG仿真器

　　TMS320C6211 DSK提供了内置的仿真器。通过并口或者外部的仿真器XDS510实现仿真。TISN74ACT8990 JTAG测试总线控制器（TBC）提供主机对TMS320C6211 DSK JATG接口的软件控制，这样便可以在没有外部仿真器的情况下，CCS调试器仍然可以调试目标板。

       4　TMS320C6211 DSK在短波软件无线电侦察中的应用

       4．1　方　案

　　在某系统中采用TMS320C6211 DSK、AD6644采集卡和工控机搭建一个宽带的侦察硬件平台，在此基础上实现对2MHz～30MHz带宽内的通信信号的全景侦察。如图3所示。

                              

       4．2　工作原理

　　本方案采用直接中频采样、DSP数字信号预处理、工控机主处理的程式，完成短波信号的侦察、分选识别。接收机输出10．7MHz中频信号，经过采集卡进行中频采样（所用到的A／D为A／D6644）完成数据采集，并通过TMS320C6211 DSK的EMIF（ExtendedMemory Interface，外部存储器接口）接口实现数据传输，DSP完成数字信号的FFT运算、极值判断等预处理部分，并将处理后的数据通过并口传送给主机以便进行分选、识别、显示的主要处理部分。

       4．3　C6211的外部存储器接口

　　DSK板上具有与EMIF相连的外扩展子卡接口，它原本是用来扩展片外存储器的硬件接口，可以为多种同步和异步存储器（如SBSRAM、SDRAM、SRAM、ROM、FIFO）提供无缝接口，由于其数据传输速度很快（可以高达900Mbyte／s），所以，可以用来与高速模数转换器接口。EMIF是外部存储器和C6211片内其它单元的接口，具有很强的接口能力。其数据总线宽度为32bits，寻址空间为4GB，可以与目前几乎所有类型的存储器直接接口。EMIF处理的外总线请求有片内EDMAExtended Di  
rect Mernory Access控制器和外部共享存储器的设备。对EMIF的控制是通过设置EMIF中的一组存储器映射寄存器完成的，包括配置各个空间上的存储器类型，设置相应的接口时序等。当EMIF与异步器件接口时，整个异步接口信号包括＃AOE、＃AWE、＃ARE、ARDY四个控制信号。在时序控制上，通过在EMIF全局控制寄存器和相应的CEx（x是0～3）空间控制寄存器中进行灵活的参数配置，完成与不同器件的时序接口。有关控制位如图4所示。

       4．4　AD6644与C6211 DSK硬件接口设计

　　因为TMS320C6211 DSK与外设之间没有专门的高速接口，它只有一个用于扩展外部存储器的外部存储器接口（EMIF），所以，只能通过充分利用EMIF的扩展功能，在AD6644与EMIF之间建立一个接口，实现数据的高速传输。接口采用异步先进先出存储器（FIFO）形式。这是因为AD6644的对外数据输出和相应接口是一种主（Master）的形式，它的输出控制信号只有数据准备（Ready）一个，运用FIFO可以大大减少接口控制逻辑的复杂性。另外，FIFO可以向EDMA发出中断信号，因而实现数据传输触发的多样性。图5为异步FIFO接口框图。

 

4．5　AD6644与C6211 DSK软件接口设计

　　AD6644与C6211 DSK软件接口程序完成数据从异步FIFO向内部存储器的传输。当主程序发出数据传输命令及FIFO向CPU发出中断请求时，该程序被调用。图6为软件接口流程图。

                                            

　　接口软件在CCS集成环境下，用TIC6x C语言编写而成。实际完成的AD6644与C6211 DSK接口能实现AD6644与C6211DSK之间30M～50M words／s的数据传递，这是由C6211的主频所决定的。事实上，由于C6000系列DSP外部接口的兼容性，可以使用更高主频的DSP如300MHz，方便地实现系统的升级。

在以往的信号处理中，我们直接用工控机处理采集下来的数据，在对数据进行处理分析的时候发现当信号环境复杂，信号密度很大时，工控机处理起来很吃力，性能指标往往达不到我们的要求。为了减轻在信号分选识别过程中PC机处理的负担，进一步提高处理信号的适时性，本方案将信号的预处理部分从中分离出来，交给数字信号处理器专门进行处理，并将处理后的信号传送给PC机进行分析，从而大大地减轻了PC机的工作量，让PC机有更多的时间进行其他细微特征的分析。TMS320C6211 DSK的EMIF接口可以实现数据的高速传输，可以满足系统的要求。

       5　结束语

　　今后，DSP将进一步向着低价格、高集成、高速、高性能的方向发展。伴随着DSP器件的广泛应用，其相应的开发工具也得到了迅速的发展，各种形式的DSP开发工具不断涌现。使用DSP开发工具，不仅可以提高程序设计的效率，而且可以使有较少经验甚至没有经验的人使用DSP。DSK以其高性能、低价格，为我们学习、理解、应用DSP提供了可能。 


参考文献


1　王念旭编著．DSP基础与应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，2001

2　任丽香，马淑芬，李方慧．TMS320C6000系列DSPs的原理与应用．北京：电子工业出版社，2000

3　赵训威．基于TMS320C6200系列DSP芯片的应用与开发．北京：人民邮电出版社，2002　

4　郑春龙．DSK的特点及其应用技术．电子技术应用，1998（11）