基于PCI總線數(shù)字信號(hào)處理機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了基于PCI總線的DSP數(shù)字信號(hào)處理板的硬件結(jié)構(gòu)，并具體的討論了它在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法。
 
關(guān)鍵詞：PCI總線，DSP, PCI9054。
 
引言 

以INTEL公司為主推出的PCI總線規(guī)范。采用PCI總線設(shè)備所具有的配置空間以及PCI總線通過(guò)橋接電路與CPU相連的技術(shù)使PCI總線具有廣泛的適應(yīng)性，同時(shí)能滿(mǎn)足高速設(shè)備的要求。 

另一方面，DSP的發(fā)展也異常迅速。ADI公司于2001年發(fā)布了其高性能TigerSHARC系列DSP的新成員，采用這樣系列的芯片，可研制出處理能力更強(qiáng)，體積更小，開(kāi)發(fā)成本更低，性?xún)r(jià)比更高的信號(hào)處理機(jī)。并廣泛地應(yīng)用于信號(hào)處理、通信、語(yǔ)音、圖像和軍事等各個(gè)領(lǐng)域。

TS101S介紹

本系統(tǒng)采用美國(guó)ADI公司的高性能TigerSHARC 101S作為主處理器，簡(jiǎn)稱(chēng)TS101S。ADSP TS101S處理支持32bit和64bit浮點(diǎn)，以及8、16、32和64bit定點(diǎn)處理。它的靜態(tài)超量結(jié)構(gòu)使DSP每周期能執(zhí)行多達(dá)4條指令，進(jìn)行24個(gè)16bit定點(diǎn)運(yùn)算和6個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算。其內(nèi)部有三條相互獨(dú)立的128bit寬度和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，每條連接三個(gè)2Mbit內(nèi)部存儲(chǔ)塊中的一個(gè)，提供4字的數(shù)據(jù)、指令及I/O訪問(wèn)和14.4Gbyte/S的內(nèi)部存儲(chǔ)帶寬。以300MHZ時(shí)鐘運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)核指令周期為3.3ns。在發(fā)揮其單指令多數(shù)據(jù)特點(diǎn)后，ADSP TS101S可以提供每秒24億次40bitMAC運(yùn)算或6億次80bitMAC運(yùn)算。以300MHz時(shí)鐘運(yùn)行時(shí)，完成1024點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT（基2）時(shí)間僅32.78us。1024點(diǎn)輸入50抽頭FIR需91.67us。
ADSP TS101S有強(qiáng)大的鏈路口傳輸功能，每個(gè)鏈路口傳輸速度已達(dá)到250Mbyte/S?？偟逆溌窋?shù)據(jù)率達(dá)1Gbyte/S（4個(gè)鏈路口），已經(jīng)超過(guò)了外部口的傳輸速率（800Mbyte/S）。

信號(hào)處理機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯控制，時(shí)鐘分配和數(shù)據(jù)傳輸五大模塊。以DSP為核心處理單元的信號(hào)處理機(jī)是以PCI插卡的形式直接插入計(jì)算機(jī)的PCI總線插槽中。信號(hào)處理機(jī)通過(guò)PCI接口芯片與PCI總線連接，其功能是實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與信號(hào)處理機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1：

 
                               圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中A/D轉(zhuǎn)換器采用AD公司16位高精度A/D芯片AD976ARS，它是采用電荷重分布技術(shù)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，器結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)逼近型ADC簡(jiǎn)單，且不再需要完整的模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為核心。AD976ARS具有以下特點(diǎn)：
*它是16位的高精度A/D，可以做到16位不失碼。
*帶有高速并行接口。
*轉(zhuǎn)換速度為200ksps。
*可選內(nèi)部或外部的2.5V參考電源。
*帶有片上時(shí)鐘。

可直接接運(yùn)放AD8033輸出，其中AD8033是低功耗、高精度的運(yùn)放，這里接成跟隨器模式。轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由CPLD給出(R/C)信號(hào)，CPLD轉(zhuǎn)接DSP1的TMR0E，并倒相后形成R/C信號(hào)，這樣，數(shù)據(jù)采集的周期由DSP的定時(shí)器控制，可以實(shí)現(xiàn)周期可調(diào)的。又將AD976AARS的BUSY信號(hào)引入到CPLD，用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。運(yùn)放與A/D的電路結(jié)構(gòu)如圖2：
 
                       
系統(tǒng)采用1片CPLD（EMP3256）作A/D轉(zhuǎn)換輸入數(shù)據(jù)鎖存、產(chǎn)生DSP所需的復(fù)位信號(hào)等。同時(shí)，CPLD還要完成PCI橋的一些控制信號(hào)的生成、轉(zhuǎn)接。實(shí)際上也就是作為PCI局部總線的仲裁器，它對(duì)PCI接口芯片和DSP提出的占用局部總線的請(qǐng)求進(jìn)行仲裁，協(xié)調(diào)它們之間的邏輯關(guān)系，使局部總線上的操作順利進(jìn)行。系統(tǒng)還采用了兩片16K