TMS320C6211DSK及其在短波软件无线电侦察中的应用

1　引　言

dsp芯片自诞生以来，在短时间内得到了飞速的发展，并已经在社会生活各个领域得到了广泛的应用。但是，开发应用dsp需要高额投资购置dsp开发系统和相应的开发软件，这对刚开始学习使用dsp的人来说，是难以接受的。

德克萨斯仪器公司（ti）开发生产的初学者工具dsk（dspstarter kit），是为初学者进行dsp编程练习而提供的一套廉价的实时软件调试工具。它的特点是功能全，价格低，代码编译速度快，使用简单。

dsk可以与pc机进行通信，在pc上进行编译、汇编，连接之后的程序可以通过串口或并口下载到dsk上dsp芯片的内部ram执行。为了方便存储器等硬件资源的扩展，并形成用户dsp系统，dsk还将dsp芯片的数据与地址相应的控制信号引出。dsk的特点决定了它非常适合初次接触dsp的人员去掌握dsp，以及在系统设计阶段评估dsp的性能。ti公司目前的dsk产品可以支持c3x、c5x、c54x、c6211和c6711。tms320c6211 dsk基于c6000系列中低价位的片种tms320c6211，它不仅能使开发人员熟悉c6000dsp，而且其功能还足够用于网络、通信、图像处理等具体应用的开发，因而具有极高的性价比。

2　tms320c6211 dsk的结构

2．1　硬　件

tms320c6211 dsk是一块大约长21cm、宽12cm、高2cm的开发板。硬件结构如图1所示。核心采用定点运算芯片tms320c6211，工作于150mhz时钟，峰值性能为1200mips，它是dsp业第一片使用了两级内部高速缓存（cache）的dsp（l1 cache 8kbyte／l2 cache 64kbyte），内部ram共72kbyte。dsk的供电电源为5v的直流电源。

tms320c6211 dsk是一块通过并口与pc机相连的板卡。板上包括：一个150mhz的c6211 dsp，峰值性能为1200mips；双时钟，cpu工作在150mhz，外部存储器接口（emif）工作在100mhz；并行接口与pc机标准的并口对接；4mbyte外部sdram和128kbyte外部闪式存储器（flash memory），用于存储外部程序和数据；ti的tlc320ad535 16位数据转换器（data converter）；ti的tps56100电源管理器件（power manager device）提供1．8v和3．3v的直流电；jtag控制器，用于仿真和调试；用于外部扩展子卡的接口（expansion daughter card interface）。

2．2　软　件

tms320c6211 dsk配有代码产生工具、代码编辑调试工具code composerdebugger和其他dsk支持软件（闪存支持软件、样例程序和dsk功能测试软件）。

3　tms320c6211 dsk的特点

3．1　tms320c6211的特点

3．1．1　采用改进型的哈佛结构

为了实现信息处理的高速化，提高使用的灵活性，tms320c6211采用改进型的哈佛结构，其主要特点是程序和数据具有独立的存储空间，有着各自独立的程序总线和数据总线。可以同时对数据和程序进行寻址，这大大地提高了数据处理的能力。改进的哈佛结构允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性。另外，指令可以存储在高速缓存器（cache）中，省去了从存储器中读取指令的时间，大大提高了运行速度。

3．1．2　采用流水线操作

流水线操作是dsp实现高速度、高效率的关键技术之一。只有在充分发挥作用的情况下，才可能达到最好性能。tms320c6211的流水线与以前的c3x和c54x相比，有非常大的优势。主要表现在：简化流水线的控制以消除流水线互锁；增加流水线的深度来消除传统流水线结构在取指、数据访问和乘法操作上的瓶颈；取指、数据访问分为多个阶段，使得芯片可以高速访问存储空间。tms320c6211的流水线分为3个阶段：指令读入（取指）、解码和执行，共11级。

3．1．3　特殊的硬件结构

乘法运算和加法运算在数字信号处理的算法中使用非常频繁。在通用的微处理器中，乘法运算是通过执行一串指令实现的，需要占用许多指令周期，影响处理速度。而dsp中，设置了硬件乘法器和mac（乘法并累加），这些操作往往可以在单周期内完成，从而大幅提高了dsp进行乘法和累加运算的速度。在tms320c6211中采用两个硬件乘法器实现乘法运算，只需要一个指令周期,大大提高了信号处理速度。此外，tms320c6211内部的各种数据寄存器、移位寄存器等硬件结构，确保了dsp算法的快速性。

3．1．4　特殊的dsp指令系列和丰富的寻址方式

3．2　模拟接口电路（aic）的特点

tms320c6211 dsk板包括双通道语音／数据编解码器。这个模拟接口电路（aic）有以下特性：16位的信号处理能力；独立的语音和数据通道，只有语音通道利用在dsk板上；8khz的采样速率；可编程的增益放大器；60ω带有可编程放大器的耳机；支持立体声介质带偏压的麦克风；一个3．5mm（1／8英寸）单麦克风插孔；一个3．5mm（1／8英寸）立体耳机插孔。

图2示出了tms320c6211 dsk模拟接口电路结构图。titlc320ad535是一种所需外部器件最少的廉价数据转换器。其中c6211 mcbsp0负责与模拟接口电路（aic）语音通道实现串口通信。

3．3　外部存储器和扩展存储空间的特点

tms320c6211 dsk支持4mbyte（1mbyte×32－bit）同步动态存储器（sdram），128kbyte的闪存（flash rom）和存储器映射的i／o端口。扩展存储连接器可以支持异步存储和存储映射设备通过子板加在dsk板上（tms320c6211 dsk的扩展存储器及其接口由2行80针的连接器实现）。其中，外部存储器sdram设备的电压为3．3v，扩展存储连接器支持3．3v和5v。

3．4　jtag仿真器

tms320c6211 dsk提供了内置的仿真器。通过并口或者外部的仿真器xds510实现仿真。tisn74act8990 jtag测试总线控制器（tbc）提供主机对tms320c6211 dsk jatg接口的软件控制，这样便可以在没有外部仿真器的情况下，ccs调试器仍然可以调试目标板。

4　tms320c6211 dsk在短波软件无线电侦察中的应用

4．1　方　案

在某系统中采用tms320c6211 dsk、ad6644采集卡和工控机搭建一个宽带的侦察硬件平台，在此基础上实现对2mhz～30mhz带宽内的通信信号的全景侦察。如图3所示。

4．2　工作原理

本方案采用直接中频采样、dsp数字信号预处理、工控机主处理的程式，完成短波信号的侦察、分选识别。接收机输出10．7mhz中频信号，经过采集卡进行中频采样（所用到的a／d为a／d6644）完成数据采集，并通过tms320c6211 dsk的emif（extendedmemory interface，外部存储器接口）接口实现数据传输，dsp完成数字信号的fft运算、极值判断等预处理部分，并将处理后的数据通过并口传送给主机以便进行分选、识别、显示的主要处理部分。

4．3　c6211的外部存储器接口

dsk板上具有与emif相连的外扩展子卡接口，它原本是用来扩展片外存储器的硬件接口，可以为多种同步和异步存储器（如sbsram、sdram、sram、rom、fifo）提供无缝接口，由于其数据传输速度很快（可以高达900mbyte／s），所以，可以用来与高速模数转换器接口。emif是外部存储器和c6211片内其它单元的接口，具有很强的接口能力。其数据总线宽度为32bits，寻址空间为4gb，可以与目前几乎所有类型的存储器直接接口。emif处理的外总线请求有片内edmaextended direct mernory access控制器和外部共享存储器的设备。对emif的控制是通过设置emif中的一组存储器映射寄存器完成的，包括配置各个空间上的存储器类型，设置相应的接口时序等。当emif与异步器件接口时，整个异步接口信号包括＃aoe、＃awe、＃are、ardy四个控制信号。在时序控制上，通过在emif全局控制寄存器和相应的cex（x是0～3）空间控制寄存器中进行灵活的参数配置，完成与不同器件的时序接口。有关控制位如图4所示。

4．4　ad6644与c6211 dsk硬件接口设计

4．5　ad6644与c6211 dsk软件接口设计

ad6644与c6211 dsk软件接口程序完成数据从异步fifo向内部存储器的传输。当主程序发出数据传输命令及fifo向cpu发出中断请求时，该程序被调用。图6为软件接口流程图。

接口软件在ccs集成环境下，用tic6x c语言编写而成。实际完成的ad6644与c6211 dsk接口能实现ad6644与c6211dsk之间30m～50m words／s的数据传递，这是由c6211的主频所决定的。事实上，由于c6000系列dsp外部接口的兼容性，可以使用更高主频的dsp如300mhz，方便地实现系统的升级。

在以往的信号处理中，我们直接用工控机处理采集下来的数据，在对数据进行处理分析的时候发现当信号环境复杂，信号密度很大时，工控机处理起来很吃力，性能指标往往达不到我们的要求。为了减轻在信号分选识别过程中pc机处理的负担，进一步提高处理信号的适时性，本方案将信号的预处理部分从中分离出来，交给数字信号处理器专门进行处理，并将处理后的信号传送给pc机进行分析，从而大大地减轻了pc机的工作量，让pc机有更多的时间进行其他细微特征的分析。tms320c6211 dsk的emif接口可以实现数据的高速传输，可以满足系统的要求。

5　结束语

今后，dsp将进一步向着低价格、高集成、高速、高性能的方向发展。伴随着dsp器件的广泛应用，其相应的开发工具也得到了迅速的发展，各种形式的dsp开发工具不断涌现。使用dsp开发工具，不仅可以提高程序设计的效率，而且可以使有较少经验甚至没有经验的人使用dsp。dsk以其高性能、低价格，为我们学习、理解、应用dsp提供了可能。