基于ADSP21060的信号处理系统设计_于亚静

基于ADSP21060的信号处理系统设计
于亚静,章新华
(海军大连舰艇学院信号与信息研究中心 辽宁大连 116018)
摘 要:A DSP21060是A D 公司生产的浮点型数字信号处理器。

介绍了数字信号处理及其器件的特点,并采用AD -SP 21060对声纳的信号处理系统进行开发设计;对设计的系统进行仿真运算并取得了预期效果,为通用信号处理平台的研发提供了一条新的途径。

关键词:数字信号处理;DSP;AD SP21060;信号处理系统设计
中图分类号:T P274 文献标识码:B 文章编号:1004-373X (2007)12-082-02
Design of Signal Processing System Based on ADSP21060
Y U Y ajing ,ZH A NG Xinhua
(Signal and Info rmatio n St udy Center,Dalian Navy A c a demy ,Dalian,116018,Chi na)
Abstract :A DSP21060is a kind of flo ating -point dig ital sig nal pro cessor pr oduced by AD Company.In the article,the qual-i t y of dig ital signal pr ocessing and the pr ocesso rs is intro duced.signal pr ocessing system based o n A DSP21060is desig ned and emluator ed,and the result is perfect.A new w ay to desig n signal pr ocessin to ols is g iv en.
Keywords :digital sig nal pro cessing;DSP;AD SP21060;signal pr ocessing system desig n
收稿日期:2006-12-16
近年来计算机产品的应用领域越来越广,数字信号处理器(Digit al Signal Processor,DSP)的发展表现的尤为明显。

DSP 芯片制造商和DSP 板开发商利用自身的优势,不断开发出多DSP 结构的产品来满足这种需求。

通常的DSP 设备是与嵌入式系统相结合,实时地完成某一特定任务。

随着信号采集速度和处理速度的要求越来越高,许多领域都需要进行多处理器运算,其中包括医学、图像处理、军事、工业控制、电信等许多领域。

多处理器系统可以根据所需实现的功能和处理器的性能调节处理接点的数目,使系统达到最佳的性能价格比。

1 DSP 概述
数字信号处理器(DSP)是实时信号处理技术的核心和标志。

他除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制功能外,针对实时数字信号处理,在处理器结构、指令系统、指令流程上做了很大的改动,使其更适应于高性能、重复性、数值运算密集型的实时处理。

从使用的广泛性可以把DSP 分为通用DSP 和专用DSP,从性能上可以按精度/动态范围和处理速度将通用DSP 做进一步划分。

通用DSP 一般指可以用指令/软件编程的DSP,如AD -SP21060,而专用DSP 只针对一种应用,只能通过加载数据,控制参数或在管脚上加控制信号来使其具有有限的编程能力,如PDSPI6510(专用FFT 芯片)。

2 DSP 系统的特点
数字信号处理系统是以数字信号处理为基础,因此具有数字处理的全部优点:
(1)接口和编程方便
DSP 系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的,与这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口容易得多;另外,DSP 系统中的可编程DSP 芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。

(2)稳定性和可重复性好DSP 系统以数字处理为基础,受环境温度、湿度、噪声、电磁场的干扰和影响较小,可靠性高;数字系统的性能基本不受元器件参数性能变化的影响,因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。

(3)精度高
16位数字系统可以达到10-5
的精度。

(4)特殊应用
有些应用只有数字系统才能实现,例如信息无失真压
缩、V 型滤波器、线性相位滤波器等。

(5)集成方便DSP 系统中的数字部件有高度的规范性,便于大规模集成。

3 ADSP21060的基本结构和特点
本系统采用A D 公司开发生产的ADSP21060为主要
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嵌入式技术于亚静等:基于A DSP21060的信号处理系统设计
运算单元。

A DSP21060采用超级哈佛结构,因此也称SHA RC (Super Harvard A rchitecture Comput er )系列DSP,有4套独立的总线,分别用于双数据存取、指令存取和输入/输出接口,十分有效地将数字信号处理系统的主要功能集成在一片芯片上。

他包括:1个运算控制单元即处理器核;大容量双端口静态存储器,程序/数据外部总线及多处理器接口;输入/输出控制器。

ADSP21060的基本结构特点有:
(1)最高工作频率为40M H z,时钟周期25ns;(2)数据线有48根,地址线有32根,地址范围4G;(3)所有指令都是单周期指令,指令长度都是48b;(4)符合IEEE 浮点数据格式的32位浮点运算单元,包括乘法器、算术逻辑单元、移位器,这些运算单元也可以完成定点运算;
(5)内部定时器(32b);(6)4M b 双端口片内SRA M ;(7)有10个DM A 通道;(8)2套串行口,6套链路口;(9)支持多处理器共享总线;(10)JT AG 测试仿真口。

4 ADSP21060在声纳信号处理中的应用设计
ADSP21060有一套软件开发系统,包括编程工具和软件仿真器。

用来进行软件的设计和调试。

此软件包支持所有的ADSP2106x 系列浮点DSP 处理器。

软件开发系统包括汇编程序、连接程序、应用程序库、仿真程序、加载程序及C 编译器等。

在对ADSP21060进行软件开发的过程中(如图1所示),要充分利用其硬件特性,发挥AD -SP21060指令并行操作的优势,
合理安排指令和数据。

图1 DSP 系统应用开发流程
开发一个应用系统,首先从定义目标系统硬件开始。

编写结构描述文件(.ldf 文件),说明目标硬件的配置情况。

这个文件为连接程序、模拟程序和硬件系统以及引导程序提供了关于目标硬件的信息。

与此同时,可以缩写C 语言源文件,或者编写汇编语言源文件,并由汇编程序对每个源文件分别进行汇编,产生可以重新定位的目标文件。

然后,将各个目标文件连接在一起,形成可执行程序(.dxe 文件)。

连接程序从结构文件中获得目标硬件信
息,以确定目标代码和数据段的存放部位。

凡是不可重新定位的代码或数据段,都被安放在规定的存储单元中。

可以重新定位的目标文件,由连接程序安排在存储器中。

dxe 文件是一个DSP 可执行的程序,可以将他加载到DSP 中进行检验。

模拟程序提供了一个显示硬件环境各部分信息的窗口。

为了模仿硬件环境,模拟程序按照结构文件的说明来配置他的存储器,模拟存储器映像的Link 口,利用模拟程序调试系统和分析系统的性能。

当系统和软件的模拟全部完成之后,就可以在硬件环境下调试电路、定时和实时运行程序。

在某信号处理系统中,根据系统设计的实时性要求,使用了PC 机终端和多块ADSP21060芯片。

系统构成如图2所示。

其中ADSP21060一块用于A/D 采样控制,一块用于FFT 运算(简称FFT 板),其余分别用于信号处理算法的执行。

各芯片之间通过Link 口进行联接和数据传输。

各芯片接收到主机发送的控制信号后开始运行,计算完毕后,设置各自HANDLE 信号,通知终端外设(PC 机)可以执行后续操作。

PC 机的Host 程序控制各芯片执行相应的运算程序,并在ADSP21060
执行完毕后显示处理结果。

图2 声纳信号处理系统框图
软件设计方面采用C 语言和汇编语言相结合。

由于ADSP2J060的指令系统使用了代数化的语法形式,使软件编制起来容易理解、可读性强、使用灵活。

他所有的指令都是单周期的,而且在一定的条件下,还可以执行并行操作A D 公司提供的C 工具包,可以让用户方便地用C 语言对A DSP21060芯片进行编程。

编制程序采用哪种语言取决于系统应用的环境,对某雷达信号处理的实际情况,对于FFT 板。

由于程序主要用于FFT 运算,运算量大,程序流程相对简单,分支较少,采用了汇编语言编程;对于后处理板,程序流程比较复杂。

而实时性要求又比较高,单用C 或汇
编语言实现起来都有一定难度,所以采用C 语言和汇编语言混和编程。

PC 机接口和界面应用VC +
+
编写。

在ADSP21060
种完成各部分信号处理程序后生成DSP 可执行程序(.ldr 文件),由PC 机程序控制A /D 采样的输出和各DSP 芯片运算程序的加载、执行,DSP 执行完毕后向PC 机程序输出H AN DLE 信号,通知PC 机主程序信号处理完毕,可以调用处理结果并进行实时的画图显示。

(下转第92页)
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《现代电子技术》2007年第12期总第251期
嵌入式与单片机
顺控表执行逻辑判断功能。

如果DM CPlus 看门狗计时器计时时间到,将通过执行顺控表将先进控制切换到常规控制状态,同时发出报警信息。

具体逻辑和动作过程略。

3.4 操作站中组态
先进控制的操作过程是通过操作站的操作界面实现的。

操作界面的设计直接关系到操作人员对先进控制的
正确认识和使用,因此操作站的组态也是非常重要的。

图4
为先进控制操作界面图。

图4 先进控制操作界面图
4 投用效果
裂解炉先进控制已经试运行两年多,控制效果良好。

通过先进控制,裂解炉进料处理量可以提高2%,各组炉出口温度偏差比常规控制减小,操作人员的劳动强度也减小许多。

图5为裂解炉单组炉管出口温度常规控制(左)与先进控制(右)温度波动曲线,可以明显地看出先进控制在控制炉出口温度偏差的良好效果。

5 结 语
裂解炉先控项目在第一年投用初期,
为装置带来可观
图5 单组炉管出口温度常规控制与
先进控制温度波动曲线
的经济效益,提高产量,降低能耗,产品质量控制平稳,操作稳定。

笔者所在培训中心在第一期先控投运前负责该装置的操作培训。

2004年项目启动,完成了全部CS 3000的先控组态,解决了DCS 系统和WINPROS 平台及先控系统的O PC 及CIM IO 通讯问题,进行阶跃测试,建立裂解炉DM C 模型,先控培训系统投用运行。

在项目中,本人对裂解流程加深了了解,对先控项目在实际生产中应用和
先控控制器建立与维护、先控项目存在的问题有了认识。

参 考 文 献
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作者简介 马 珺 女,1972年出生,工程师,工程硕士。

主要从事PL C,DCS 及DM CP lus 等系统的教学与工程组态工作。

(上接第83页)
5 结 语
本文简要介绍了ADSP21060的一些基本性能和功能,并应用ADSP 进行了声纳系统信号处理系统的设计。

系统通过仿真试验,进行了FFT 、频域滤波、空域波束形成等计算,实现了预期的设计处理效果。

经过对系统的不断完善,本系统可以升级为一个通用的信号处理平台,可以大大降低设备研制成本和周期。

参 考 文 献
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作者简介 于亚静 女,1978年出生,吉林农安人,在读硕士研究生。

主要研究方向为DSP 应用开发。

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软件技术马 珺:乙烯裂解装置APC 仿真系统的实施。