TMS320C2XX及其在宽带恒定束宽波束形成器中的应用

自1984年我国引进国外数字信号处理器件以来，数字信号处理技术在诸多领域得到了推广和应用，并取得了可喜的成果。特别是美国TI公司的TMS320系列产品，拥有广大的用户群并在其应用中积累了丰富的经验和技术支持。为了进一步满足DSP应用的需要，TI公司新近推出了TMS320C2XX系列产品。与TMS320C2X系列相比，其在速度、片内资源和性价比等方面均有了很大提高，速度提高了2～4倍，而价格却下降了一半还多，而且片内资源更加丰富，开发环境更加便利。其指令系统的功能得到了加强且与之兼容，使TMS320C2X丰富的技术支持得以继承，能非常容易地升级到TMS320C2XX。可以展望，TMS320C2XX系列必将取代TMS320C2X系列，并得到推广和应用。
　　本文作者结合具体课题，将TMS320C2XX系列产品中的TMS320F206微处理芯片应用于宽带恒定束宽波束形成器。由于TMS320F206丰富的片内资源、良好的开发环境，使电路设计简单可靠、调试方便；通过JTAG接口在线仿真，软件开发调试快捷；所构成的系统功能强、速度快、易于调试、便于扩展、运行可靠稳定。
1 TMS320C2XX简介
　　TMS320C2XX的三大主要特点之一是采用了改进的哈佛结构，片内具有相互独立的六条总线(三条内部地址总线：PAB、DRAB、DWAB；三条内部数据总线：PRDB、DRDB、DWEB)，不仅使程序存储器与数据存储器的访问相互独立，且使数据存储器的读和写也相互独立并能同时执行，从而极大地优化了运算处理能力。图1是TMS320C2XX的总线结构图。

TMS320C2XX的特点之二是片内资源更加丰富。这个系列有四个产品，为了满足不同应用的需求，其片内资源也有所不同。表1列出了这四种产品片内主要资源情况及其与TMS320C25的比较。

TMS320C2XX的特点之三就是片内具有逻辑扫描电路，该电路与IEEE标准1149.1兼容，并通过八个专门引脚与外部14引脚的JTAG接口相连。通过JTAG接口可完成以下工作：(1)可对芯片引脚进行测试；(2)可对外部Data空间及I/O空间进行检测；(3)可对芯片内部Flash Memory进行编程；(4)可对片内片外RAM加载数据；(5)可进行在线运行仿真。以上特点给硬件的调试及软件的开发带来很大便利。
　　TMS320C2XX共有85条指令，不仅涵盖了TMS320C25的133条指令的全部功能，且指令的功能得到了增强，内容也有所增加。
2 TMS320C2XX的开发
　　TMS320C2XX的开发与TMS320C2X的开发过程很类似，其方便之处在于可通过JTAG接口对硬件电路进行在线测试及对软件进行在线运行仿真。其软件的开发流程如图2所示。
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　这里需要编辑的文件有两种：一是应用系统需要的源文件(*.ASM)；二是对源代码进行定位的命令文件(*.CMD)，在编写源程序文件时要区别符号的大小写。
　　由汇编器将汇编源程序汇编生成的OBJ文件是通用的目标文件格式(即COFF文件)，有关说明请参考《TMS320 FIXED － POINT DSP ASSEMBLY LANGUAGE TOOLS USERS GUIDE》一书的第二章。
　　程序的连接是用DSPLNK连接器将COFF目标文件(一个或多个)连接起来，以产生可执行的输出文件。连接时DSPLNK调用命令文件(*.CMD)对目标文件进行定位。常用的连接格式为：
　　DSPLNK DEM01 DEM02 DEMO.CMD －0 DEMO.OUT －M DEMO.MAP，
　　其中输入文件为：DEM01.OBJ,DEM02.OBJ，命令文件为DEMO.CMD，输出文件为DEMO.OUT，映射文件为DEMO.MAP。
　　软件调试器是将输出文件*.OUT调入调试环境进行仿真运行以进行调试。该调试界面友好，易学易用。具体调试步骤，请参阅参考文献[2]。
　　将用户的目标码用于目标系统有三种方式，一是将目标码定制到片内的ROM中(如C204和C209)；二是将目标码编程到片内Flash Memory中(如F206)；三是将目标码固化到EPROM中(如C203)。
　　若要将目标码烧写到EPROM中，首先要编一个格式转换文件：Boot.CMD，其次运行DSPHEX Boot CMD将*.OUT文件转换成*.bin文件，然后用编程器编程烧写到EPROM即可。
　　TMS320F206片内32Kw的高速Flash Memory是很好的片内资源，可通过JTAG接口将输出文件*.OUT烧写到片内Flash Memory中，同时通过JTAG接口可在线运行，调试非常方便。对片内Flash Memory编程时，可编一个批处理文件*.BAT，在DOS或WIN98环境下运行，也可直接借助厂商提供的软件对Flash Memory进行编程。
3 TMS320C2XX的应用
　　现以TMS320C2XX中的TMS320F206应用于宽带声纳的恒定束宽波束形成器为例进行介绍。一般来说，声纳波束宽度与频率有关。为了在宽带信号中得到恒定束宽的波束，我们用不同的系数对不同频段的数据进行修正。这样，对于16个阵元的线列阵要实时得到16个恒定束宽的波束，共需256个“延时－加权－求和”网络，其总处理能力应大于每秒十七亿次乘加运算及相应的数据访问。为此我们用八片英国INMOS公司生产的IMSA100与八片TMS320F206构成一个处理阵列，由TMSA100完成延时修正，用TMS320F206完成相位补偿及加权求和。
3.1 电路设计
　　在进行电路设计时用一片IMSA100与一片TMS320F206加上必要的外围电路构成一个逻辑模块。由于TMS320F206片内含有32Kw的Flash Memroy可以存放程序代码、系数和参数，加之4K片内DARAM、通用I/O口等资源使电路大为简化。为了充分利用器件的处理能力以及满足系统实时处理的要求，我们以乒乓方式设计了数据缓存区。该电路模块组成框图如图3所示。

在制作印制电路板时，由于单元模块电路简便，我们将两个波束处理模块做在一块电路板上，八个模块共用四块波束处理板。波束形成器的管理和控制、与前后级的通讯及数据的格式化等由两片TMS320F206来完成。整个系统共由五块电路板组成，包含十片TM320F206、八片IMSA100及相应的外围器件。整个系统速度快、功能强、可扩展、易调试。最高处理速度可达每秒29亿次乘加运算。
3.2 软件设计
　　本系统共用了十片TMS320F206。由于采用了模块化设计，使其中八个波束处理模块中的八片TMS320F206工作过程基本一样，只是系数与参数不同。这样，软件的设计、调试任务大大减轻，而且每片TMS320F206的软件设计也采用了模块化设计，并编辑了相应的命令文件，最后将汇编、连接、编程编成一个批处理文件，可在DOS或WIN98环境下借助于JTAG接口，对软件进行在线仿真运行，软件的调试修改、参数调整及系数的修正均可在线进行，从而大大缩短了开发周期。另外两片TMS320F206，一片用于波束形成器的控制与管理，另一片用于数据的格式化及与前后级的数据交换与通讯。
　　由于TMS320F206高的性价比及好的开发环境，使该系统具有速度高、可扩展、易调度、便修正等特点。