TMC2310 DSP在水下目標(biāo)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)中的應(yīng)用
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近二十年來(lái)，相繼出現(xiàn)了許多重要的目標(biāo)檢測(cè)及參數(shù)估計(jì)算法，如分裂波束精確測(cè)向算法[2]、ARMA法[4]、MUSIC法[5]和ESPRIT法[6]等DOA估計(jì)方法，以及LMS算法[7]等自適應(yīng)信號(hào)處理方法。這些算法的實(shí)現(xiàn)，大多需要通過(guò)一些通用的數(shù)學(xué)運(yùn)算以及矩陣運(yùn)算，并采用如FFT、IFFT等快速算法，而這些運(yùn)算均可方便地利用TMC2310器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文將對(duì)TMC2310芯片應(yīng)用于水下目標(biāo)的檢測(cè)與估計(jì)進(jìn)行介紹。
1 TMC2310簡(jiǎn)介
TMC2310是美TRW公司生產(chǎn)的高速度（實(shí)現(xiàn)一次基二蝶形運(yùn)算僅需100ns）、多功能（共有16種運(yùn)算功能）、可編程的專用數(shù)字信號(hào)處理（DSP）器件，其使用靈活、操作方便、性價(jià)比高，可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、通訊及虛擬儀器等領(lǐng)域。
1.1 主要特點(diǎn)
1.2 主要功能
1.3 結(jié)構(gòu)與管腳
TMC2310由兩個(gè)算術(shù)單元（AE0、AE1）、片內(nèi)系數(shù)ROM、控制邏輯單元和外部接口電路五個(gè)主要部分構(gòu)成，其邏輯框圖見圖１。每個(gè)算術(shù)單元包括一個(gè)乘法序列電路和乘—加算術(shù)邏輯電路塊。該芯片采用了88引腳的PGA封裝形式。
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管腳定義如下：
VDD VSS 電源輸入引腳，采用單一＋5V供電
CLK 系統(tǒng)時(shí)鐘輸入引腳
讀信號(hào)，低電平有效
寫信號(hào)，低電平有效
SEMSEL 外部存儲(chǔ)器選擇信號(hào)輸出引腳
SCEN 定標(biāo)輸出允許引腳
DONE 系統(tǒng)工作結(jié)束標(biāo)志輸出引腳
CMD0～CMD1 控制命令輸入引腳
W0～W16 雙功能數(shù)據(jù)總線，用于輸入窗函數(shù)、 濾波器系數(shù)及輸出定標(biāo)器的移位指數(shù)和最后一次溢出
AD0～AD9 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址總線
RG0～RG18 實(shí)部雙向數(shù)據(jù)總線
IM0～I(xiàn)M18 虛部雙向數(shù)據(jù)總線
1.4 配制寄存器
TMC2310片內(nèi)有兩個(gè)16bit的配制寄存器（CR1、CR2），用來(lái)對(duì)TMC2310進(jìn)行編程設(shè)置，其主要用途如下：
CR1 用來(lái)設(shè)定芯片的處理功能、轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度、輸出格式及定標(biāo)方式；
CR2 主要用來(lái)設(shè)定尋址方式和變換路數(shù)（1～64路）。
2 電路設(shè)計(jì)
由于TMC2310是可編程的專用DSP器件，我們用一片TMS320C25 DSP器件與之配合，采用主從結(jié)構(gòu)、并行處理方式，加上外圍共享存儲(chǔ)器陣列對(duì)等組成處理模塊。TMS320C25除對(duì)TMC2310進(jìn)行編程及控制外，還以并行運(yùn)算處理的方式完成一些后續(xù)處理及輔助運(yùn)算（如數(shù)據(jù)抽取、積分等）。整個(gè)電路系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于調(diào)試及擴(kuò)展。信號(hào)處理模塊原理框圖如圖2所示。
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在圖2中，TMC2310和TMS320C25之間設(shè)計(jì)了一個(gè)以乒乓方式工作的雙口RAM陣列，其作用有四：(1)存放待處理的數(shù)據(jù)(實(shí)部數(shù)據(jù)放在REM塊，虛部數(shù)據(jù)放在IMM塊)；(2)存放TMC2310所需的系數(shù)或參數(shù)（放在WDM塊）；(3)存放TMC2310的輸出結(jié)果并作為TMC2310中間結(jié)果緩存；(4)構(gòu)成TMS320C25的運(yùn)算內(nèi)存。為了便于構(gòu)成系統(tǒng)及滿足實(shí)時(shí)需要，用一片IDT7025雙口RAM（8K×16）構(gòu)成一個(gè)TMS320C25與外部共享的ＲＡＭ區(qū)，以便實(shí)時(shí)地與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通訊。這個(gè)雙口ＲＡＭ區(qū)也以乒乓方式工作，以增強(qiáng)模塊的寬容性。
電路的乒乓工作方式控制邏輯是由TMS320C25根據(jù)系統(tǒng)的節(jié)拍時(shí)序進(jìn)行控制的?？刂齐娐反_保CAA12與CAB12互斥，CAL12與CAR12互斥。整個(gè)電路簡(jiǎn)單、緊湊、協(xié)調(diào)有序。由于采用了VLSI器件設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，調(diào)試方便、功能強(qiáng)大、性能可靠、吞吐量大（完成1024點(diǎn)FFT的數(shù)據(jù)通過(guò)率為2.343M字／秒）。
3 軟件設(shè)計(jì)
TMS320C25的主要任務(wù)有：(1)根據(jù)功能需要對(duì)TMC2310進(jìn)行編程設(shè)置及控制管理；(2)與TMC2310進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；(3)完成部分處理運(yùn)算（如：抽樣、積分、數(shù)值及參量計(jì)算等）；(4)與系統(tǒng)進(jìn)行通訊（如數(shù)據(jù)輸入輸出及功能、方式的設(shè)立等）。我們將這些內(nèi)容分成不同的子程序按模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，既便于調(diào)試又易于功能擴(kuò)展。
軟件主要由一個(gè)主程序與若干個(gè)子程序模塊組成。主要的模塊有：TMC2310的設(shè)置與控制；與外部的通訊；數(shù)據(jù)的輸出、數(shù)據(jù)加載、系數(shù)加載及十幾個(gè)運(yùn)算子模塊。由于篇幅有限，以下僅給出主程序流程框圖（見圖3）。
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將TMC2310應(yīng)用于水下目標(biāo)的檢測(cè)與估計(jì)，具有速度快、功能強(qiáng)、可編程、易操作等特點(diǎn)。我們用其開發(fā)研制的信號(hào)處理模塊，體積小、易擴(kuò)展。組成的系統(tǒng)能在飛機(jī)、艦船等環(huán)境下可靠工作。幾年來(lái)，經(jīng)水池、湖及海上的多次試驗(yàn)和試用，證明其設(shè)計(jì)合理、應(yīng)用成功，已投入小批量生產(chǎn)。此外還可用于雷達(dá)、通訊及虛擬儀器等許多領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景。
評(píng)論