基于PCI總線(xiàn)通用DSP信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言
1.1 DSP簡(jiǎn)介及基本特點(diǎn)

數(shù)字信號(hào)的處理離不開(kāi)算法和實(shí)現(xiàn)手段。數(shù)字信號(hào)處理器（digital signal processor簡(jiǎn)稱(chēng)DSP）。是在模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專(zhuān)用處理器，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的有力工具。DSP目前廣泛應(yīng)用于模式識(shí)別，數(shù)字通信，信號(hào)處理，工業(yè)控制等領(lǐng)域。TI公司的TMS320C54X系列DSP有著以下的特點(diǎn)：采用先進(jìn)的修正增強(qiáng)型哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)共有8條總線(xiàn)（1條程序存儲(chǔ)器總線(xiàn)，3條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線(xiàn)和4條地址總線(xiàn)）；高度并行和帶有專(zhuān)用硬件邏輯的CPU設(shè)計(jì)；高度專(zhuān)業(yè)化的指令系統(tǒng)；模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；能降低功耗和提高抗輻射能力的新的靜電設(shè)計(jì)方法。因此它能高速實(shí)時(shí)以及靈活地應(yīng)用于圖像處理、語(yǔ)言處理、頻譜分析、數(shù)字濾波、實(shí)時(shí)控制 等各個(gè)領(lǐng)域。TMS320VC5402是54X系列中應(yīng)用比較廣泛的一種芯片，它有著豐富的接口資源，是一種集數(shù)據(jù)處理和通信功能于一體的高速微處理器。其操作速率為40～100MIPS。

1.2 PCI局部總線(xiàn)的性能和特點(diǎn)

PCI總線(xiàn)是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線(xiàn)。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來(lái)的系統(tǒng)總線(xiàn)之間插入的一級(jí)總線(xiàn)，具體由一個(gè)橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這一層的管理，并實(shí)現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號(hào)緩沖，使之能支持10種外設(shè)，并能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能。PCI總線(xiàn)也支持總線(xiàn)主控技術(shù)，允許智能設(shè)備在需要時(shí)取得總線(xiàn)控制權(quán)以加速數(shù)據(jù)傳送。

2信號(hào)處理系統(tǒng)的功能構(gòu)成

通用信號(hào)處理系統(tǒng)一般分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理3個(gè)部分（圖1）。采集部分可以采用通用的數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)管理部分則必須用 PC機(jī)才能完成。在信號(hào)處理系統(tǒng)中，最費(fèi)時(shí)間，也即影響信號(hào)處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性的瓶頸是數(shù)據(jù)的處理部分。數(shù)據(jù)的處理通常采用微機(jī)軟件的方法， 但完全由PC機(jī)處理有個(gè)缺點(diǎn)，就是信號(hào)處理需要的運(yùn)算主要是數(shù)字運(yùn)算，因相對(duì)于通用CPU（GPP）來(lái)說(shuō)，它是采用馮·諾依曼存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，并不適用于數(shù)字信號(hào)的運(yùn)算，不僅會(huì)造成處理速度慢，而且占用CPU時(shí)間過(guò)多，直接影響了PC機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的管理。因此，我們提出用另一種方法把信號(hào)處理部分從微機(jī)軟件中分離出來(lái)，交給DSP處理，然后把DSP處理好的數(shù)據(jù)再傳給PC機(jī)管理。該系統(tǒng)的功能構(gòu)成如圖1所示。這樣不僅可以做到信號(hào)處理和數(shù)據(jù)管理并行進(jìn)行，而且充分利用DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)處理高速，并行的優(yōu)勢(shì)，提高了信號(hào)處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。在對(duì)信號(hào)作連續(xù)的流水處理時(shí)，其性能優(yōu)勢(shì)更能得以體現(xiàn)，同時(shí)這也是一個(gè)廉價(jià)的產(chǎn)品，有著很高的性能價(jià)格比。

3 信號(hào)處理部分的硬件構(gòu)成

信號(hào)處理部分接口電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示。信號(hào)處理程序保存在主機(jī)中，在上電以后，自舉加載到DSP中，并由固化在DSP的ROM中的 BOOTLOADER來(lái)完成。

主要的處理流程是：信號(hào)采集卡把模擬的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字的信息，進(jìn)入PC機(jī)；由PC機(jī)通過(guò)PCI接口把數(shù)字的信息傳輸?shù)紻SP，保存在SRAM中； DSP從SRAM中讀取數(shù)據(jù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理；然后，把處理后的數(shù)據(jù)再?gòu)腜CI接口傳回PC機(jī)，交給數(shù)據(jù)管理部分處理。

3.1 PCI接口

為了管理數(shù)據(jù)和尋址、接口控制、仲裁以及系統(tǒng)運(yùn)行，PCI接口對(duì)單個(gè)目標(biāo)設(shè)備需要至少47個(gè)引腳，對(duì)主控設(shè)備最少需要49個(gè)引腳。圖3給出了按功能組劃分的引腳，左邊的為必需引腳，右邊的為可選引腳。圖中的信號(hào)的方向是對(duì)主控設(shè)備/ 目標(biāo)設(shè)備的組合而言?？傄_數(shù)120條（包含電源、地、保留引腳等）。PCI的總線(xiàn)寬度有32位和64位。在本系統(tǒng)中，設(shè)備是32位，沒(méi)有作64位擴(kuò)展。