基于TMS320C6455的高速数字信号处理系统设计

基于TMS320C6455的高速数字信号处理系统设计

摘要：针对高速实时数字信号处理系统设计要求，本文提出并设计了基于dsp+fpga结构的高速数字信号处理系统，采用ti公司目前单片处理能力最强的定点dsp芯片tms320c6455为系统主处理器，fpga作为协处理器。详细论述了dsp外围接口电路的应用和设计，系统设计电路简洁、实现方便，可靠性强。

关键词：tms320c6455 fpga 数字信号处理系统设计

design of high-speed digital signal processing system based on tms320c6455

cao jingzhi,he fei,li qiang，ren hui，qin wei （department of tool development,china petroleum logging co.,ltd shaan xi xi’an 710077）

abstract:according to the design needs of high-speed

real-time digital signal processing system.the paper puts forward a design of high-speed digital signal processing system based on dsp+fpga structure,adopting ti company fixed-point dsp chip tms320c6455,the currently strongest capacity monolithic processor,for system main processor,and fpga as coprocessor.this paper describs the application and design of dsp periphery circuit interface in detail.the system design has simple circuit and realize convenient, reliability.

keywords:tms320c6455 fpga digital signal processing system design

随着现代电子技术和计算机技术的飞速发展，高性能数字处理器（dsp）的出现，使得高速数字信号处理系统已应用于越来越多的场合，如通信、雷达、智能交通、图像处理等领域，这些信号处理运算量很大、算法结构复杂，且要求高速实时、高性能、灵活地完成各种处理任务。

本文结合笔者设计的电路，主要从硬件设计角度出发,介绍了以ti 公司目前单片能力处理最强的tmsc3206455（以下简称c6455）为核心处理器的高速数字信号处理系统的构成以及各模块的功能，深入探讨了dsp在系统中的功能及其外围接口电路的应用和设计。

1、高速信号处理系统的硬件构成

高速数据处理算法的运算量大而且比较复杂，若用dsp来完成所有的运算和控制任务，使得dsp的压力过大，从而不能保证系统的实时性和可靠性的要求。本系统在硬件设计上遵从系统模块化的设计思想[1]，采用dsp+fpga结构。fpga本身具有很多逻辑资源，编程灵活，作为协处理器负责预处理以及控制工作，使软件实现灵活的dsp负责主要的运算工作，处理算法程序，以提高系统的实时性。选用ti公司的高性能主频为1ghz的工业级dsp芯片c6455作为系统的主处理器[2]，使用多总线并行处理结构，运行速度高、处理数据能力强，同时使用altera公司高性价比的fpga器件

ep1c12[2]，作为协处理器和控制器，实现了数字控制逻辑。系统

结构框图如下u图1所示[3]。

系统的前端是数据采集单元，是整个系统的“眼睛”，传感器将采集到的模拟信号先经过运算放大调整、滤波等预处理后，得到比较干净的模拟信号，再经a/d转换电路变换为数字信号送入fpga中进一步处理。dsp的外部存储器接口通过fpga 与其数据处理帧存体（sbsram）以乒乓操作的通信工作方式读取数据并进行相关的运算和处理。

同时dsp的emifa总线上挂接着flash芯片、can总线和外部控制电路。为了扩展处理器的片外存储能力，提高数据的实时处理能力，为此使用芯片的双倍率动态存储器接口（ddr2 sdram）；两个多通道缓冲串口，分别用于输出相关的模拟指令与数字指令；高速串行接口（srio）主要用于系统的级联和扩展。

fpga作为dsp的协处理器，完成信号的滤波等预处理、dsp接口和总线控制等工作，此外在fpga中设计双缓冲先进先出存储器（fifo），预处理后的数据存入fifo内，dsp以乒乓方式读取和处理，以提高系统实时性。

2、dsp外围接口电路设计

c6455[4]是ti公司基于第三代先进超长指令字结构开发出来的高性能定点dsp，主频最高可达到1.2ghz。具有两级高速缓存l1和l2，集成有大量的存储空间，都可配置为cache或sram。其外围总线主要以下四种：

(1)一个外部存储器接口（emifa）：64-bit宽度的外部存储器接口，

4个ce空间，可与sram、fpga和fifo等器件快速连接

(2)一个32位ddr2 sdram接口：可以实现与32位存储器件的无缝连接。

(3)两个多通道缓冲串口总线（mcbsp0和mcbsp1）；

(4)带有serialrapidio总线，拥有4个全双工的端口，支持srio 1x/4x串行协议。

本系统主要使用emifa、ddr2 sdram、mcbsps、srio四种外设接口，下面主要介绍emifa、ddr2接口的应用和设计，并简单介绍srio

接口的应用。

2.1 外部存储器接口（emif）设计

c6455的外部存储器接口，不仅接口能力强，可以与目前多种类型的存储器进行无缝连接，而且数据吞吐率高。如下图2所示。

c6455仅有一个64bit位宽的emifa，支持8/16/32/64bit的数据访问，最高工作频率可达133mhz。它的存储空间是按ce2～ce5四个空间来进行管理，并且每一个ce空间都可以外挂存储器件。四个独立可寻址的ce空间配置如下：

ce2—fpga[0:31]；ce3—flash[0:7]；

ce4—控制电路[32:55]；ce5—can总线[56:63]。

时钟模块产生的50mhz时钟信号，送入dsp时钟引脚，通过内部软件配置集成锁相环（pll1）为20倍频模式，这样可使cpu的主频达到1ghz。dsp芯片通过emifa接口乒乓读取嵌入在fpga中的sbsram内的数据，并进行相关运算和处理，采用fpga对sbsram进