高速数字信号处理系统的设计

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第1期 20 07年 2月

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处

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机

No 1 .

Ml CR0P R0C S S ES 0R

F b 20 e ., 0 7

高速数字信号处理系统的设计鼍龙瑜陈越常，,青(. 1湖南生物机电职业技术学院，沙 4 0 2; .长 1 16 2湖南农业大学图书馆，沙 4 0 2 )长 1 18 )

摘要：为了提高智能产品的开发速度，降低开发成本，出了一种高速数字信号处理系统的提 设计思路。该系统采用分层结构，第一、二层在硬件上具有完全的通用性，第三层利用可编程器件用软件实现产品特定功能，具有一定的通用性。利用该系统进行研发工作将快捷而便利。也 关键词：字信号处理；数分层结构；通用性中图分类号： P 6 . T 3 82文献标识码： A文章编号：0 2— 2 9(0 7 0— 0 9— 2 10 2 7 2 0 ) 1 0 9 0

Th s e De i n f e t n n Hi h s e d Di i l g as e Sy t m sg or Tr a me t g - p e gt n l o - a SiL N u, H N Y e, H N ig O G Y C E u C A G Qn( . u a o t h io ioya dEet m ca i,h n sa4 0 2, hn 1H n nP l e nc fBo g n l r eh h C agh 116 C i yc l co c a; 2 Tel rr f H nnA r ut a oe e h nsa4 0 2,hn ) . h ba i yo ua gi l rl lg,C agh 1 18 C i c u Cl aAbsr c: he s se de in’ h ls p y frte t n n o d rt n r a e t e d v lp n n i— t a t T y tm sg S p i o h o r a me to r e o i c e s h e eo me to n o tle t a r du t n e u e i o t h e s se i a e p ly rsr c u e n wh c efrtl trh e eu lp o cs a d r d c t c s.T y tm stk n u a e tu tr si ih t s ae a s h i s

s me c m n l is w t e s c n eh r a e a d t e tid h o f t e a s e t i e l e a o mo ai e i

t e o d i t at r r a s me o c u e t r r ai s t h h nh w n h h s ib h h d zf n t n o e y p o u t, ki dv tg fp o r ma l ot r . I l b wita d c n e i n r u c i wn d b r d c t ng a a a e o r g a b e s fwa e twil e s f o v n e tf o s a n n o te s se t o e r s a c h y tm o d n e e r h. Ke r s: g tlsg a e t nt La e y wo d Dii i lt ame; y r—sr cu e; mmo aiy a n r tu tr Co n lt

1引言 数字信号处理应用系统的研发需要昂贵的专用

2 1系统结构 .

根据上述设计思路，系统采用分层式结构，图如 1所示。其中，自定义系统总线及接口模块实现主

开发系统，并且大多数是功能和用途特殊的产品，其批量小，需要花很长的时间和大量的经费。因此，开发出通用型高速数字信号处理系统是当务之急。基于这一指导思想，设计了分层结构高速数字信号处理嵌入式系统，的硬件和软件在很大程度上具有它通用性。

机对多个信号处理模块的监控。监控主机在通过调试阶段后，以用单片机替代，可达到减小体积重量， 降低成本的目的。在信号处理器模块中， S D P芯片及 R M与 E R M组成最小系统构成第二层， A PO其硬件/软件均具有通用性。与具体产品的特定功能有关的是第三层，由 C L A I它 P D、 SC芯片构成应用硬件模块。随着电子器件技术的发展，通用性功能越非来越趋向于用软件实现。而应用硬件模块则主要是由高速 C L高速模/转换器和数/转换器构 P D,数模成。因此，三层也具有一定的通用性。第2 2系统特点 .

2系统组成一

个好的工业产品首先要有好的人机界面、实

时的数据采集与控制以及准实时的高速数字信号处理。数字信号处理 ( S )用芯片，然具有强大 DP专虽的数字信号处理功能，若用于人机界面设计将会但事倍功半，若用于强实时控制则极易被一个简单任务耗尽资源。因此，这里采用的设计方案是：用体积

系统

结构分层次后变得比较灵活，于扩展。便 对于多通道并行数据处理，入信号的分选，如输可用

多个信号处理器并联结构；对于单通道高速数据处理，如脉冲信号的分选，可采用多个处理器级联结构。 分层结构系统功能强大。第三层可以处理纳秒级事件，如高速脉冲信号的瞬态参数测量，第二层可

小，结构紧凑可靠的 C 14工控机实现人机界面， P0 以高速的 D P芯片进行准实时数字信号处理， S而强实时信号处理任务由复杂可编程逻辑器件( P D CL )和专用芯片 ( SC完成。 A I)

鼍基金项目：湖南省教育厅委托项目( 7 9; I 4 )湖南省教育科学项目( I0 B D 3 ) MC X K 6 G 0 0作者简介：龙瑜( 92一，,双峰人， 1 6 )女湖南硕士研究生在读，高级讲师，主研方向：片机应用与自动控制。单 收稿日期：0 6— 3—3 20 0 O

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20 0 7定

以处理微秒，毫秒事件。如数字滤波，高精度参数估计算法的实现等，一层可以处理非实时但较复杂第的事件，如实现图形用户界面存盘打印，数据库管理以及网络功能等。

由于用规格语言对实际硬件/软件的功能描述存在失真情况，设计时难免存在不合理之处，可在联机调试中得到修正。

4关键技术该系统用 r公司的高速处理器芯片 I 1 T S2 V 3 M 30 C 3实现功能要求。41 D P BO . S— I S设计

l

l

l

模式下，复位后即运行该软件；如在微计算机摸式下，复位后运行其内部固化的 B O- Lae程序， Ot o r d 然后从外部低速 R M或串口读取 D P BO A S￣ IS软件并调入片内高速 C C E进行全速运行。 AH 模块2 模块n 个通用的 D P IS S￣BO软件应具有以下功能： ①D P的初始化； s②最小系统硬件的自；检③与上位机的通信；④接收上位机的命令并处理命令；⑤从上图 1分层系统结构⑥D P第一、二层在硬件上具有完全的通用性，数字信位机下载应用程序并执行； S特殊寄存器的设置； s⑦D P片上功能块的控制； IO口的读写；⑧/⑨号处理器的基本输入输出软件 ( S￣ BO ) D P I S及对应存储器的读写。 的主机接口基本上也

具有完全的通用性，可编程器 4 2系统的调试过程 .件的充分利用也可以使第三层硬件具有一定的通用系统的调试分两个过程进行：本功能调试与基性。因此，采用这种结构的数字信号处理系统，后续正式应用功能调试。 ‘ 产品的开发会变得越来越容易而快捷。 基本功能调试的目的是排除硬件系统设计与制 3系统设计 作中存在的错误，并测试评估每一个子系统 (模块在对该系统设计时，先对系统的硬件和软件或芯片)首的功能与性能，其步骤如下： () 1按设计编程并烧写 D P主板上的可编程逻 S功能进行合理划分，该过程实际上是对硬件/软件协辑器( P D, C L )确认 C L P D器件已正常工作。 同设计。如图 2所示。 () 2调试确认 D P芯片， S对所有片内功能块时序同步时钟进行测量。 ( ) D P IS软件烧写入 F s-R M, 3把 S￣BO l h O调 a试确认 D P的 Bo od过程， BO S ot a￣L若 IS程序未正常运行，图3流程图调试。按.

甲

信器 ( (号层层模模号信次次处处块块 -三理理 2 n 器 ) )

D P BO软件是实现数字信号处理嵌入式 S￣ IS系统通用性的关键所在。T 30 C 3在微处理器 MS2 V 3

甲

.应用用硬硬件件 应

图园图 ( ()层层次次三三 )

一

图 2协同设计过程

() 1确定应用系统具体功能及性能指标要求。 () 2应用独立于任何硬件/软件的功能性规格方法对系统进行描述。 () 3从系统功能要求和限制条件出发，依据一定的算法进行硬件/软件功能划分。 () 4对划分结果作出评估。一种是性能评估 ( )另一种是对硬件/ A,软件综合后的系统依据指令级评价参数作出评估( ) B。如果评估结果不满足要求，需重复( )重新划分硬件软件功能， 3,直到获得最佳硬件/软件实现方案为止。

图 3 ot l d过程调试流程图 B o o - a

(下转第 13 0页)

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1期

段红乐等：基于 WiC . E n E N T嵌入式系统的蓝牙部分设计v i o d HCI—

1 3 0

4 2蓝牙设备驱动程序实现 .

Coe o n c o ( o )/关闭已建立 lsC n et n vi;/ i dS ta b c

( C—T aso C l ak eC l a k H I r p r a bc l n t l

在 WiC . E中，牙设备驱动程序是一个 nEN T蓝流接口驱动程序，以它是一个动态链接库。所Wi E N T对蓝牙提供了强大的支持，台开发工 n .E C平

的连接。it n H CI—

pC l ak;/检测到硬件连接或移除时，用回 fal c )/ b调调函数。i ntHCI—

具 Paom B i e中提供了蓝牙协议栈，样在定 ltr ul r f d这制系统时就可以把蓝牙功能加入到嵌入式系统中，

Sat ad ae( od;/新初始化硬 tr rw r vi )/重 H

而用户只需编写 H I输层驱动 ( C r so C传 H I a pr Tn t L yr r e)而不是整个蓝牙协议栈。 ae i r, Dv HI C传输层 ( C r s r Lyr抽象和简化 H I a p t e) Tn o a了主机和蓝牙模块之间的通信，提供了主机与蓝牙模块之间的透明接口。它通过一系列函数完成了主机和蓝牙模块之间的连接建立与初始化、写数据读包、读取硬件参数和关闭连接等功能，实现起来很方

件。it n I S p a w r vi)/停止硬件工作。 HC t H r ae(od;/ o d_

通过利用以上函数编写出 H I C传输层驱动，并与系统库 Bd 1 t.i起链接成 Bd dl件，到 b一 t. 1文放

WiC . E n E N T系统文件夹下。当需要调用蓝牙设备驱动程序时，系统设备管理器程序 D vc.x ei ee就会 e自动加载 Bddl从而实现蓝牙功能。 t.l,

便，使复杂的 H I C数据可以简单的传输。 HC传输层通过以下函数实现： I i n【HCI O e C n ef n( o )/用于建立和 p n o n c o vi;/ i d—

5结束语通过以上的设计，现了在以 O A 5 1嵌实 M P 90为入式平台， n E N T为嵌入式系统的 3 Wi . E C G移动终端上添加蓝牙功能。按此方案实现的蓝牙模块，具

初始化一个与硬件的连接。i tHCI R a H iaa tr H IP R n ed c rme s( C— A AME E S P e T R—

p a s;返回有关硬件的以下信息： Pr )/ m/版本、最大包长度

、时等。超i CI R aP ce HC— Y E ntH ed ak t( IT P—

有设计简单、体积小、电低等特点，耗并且方案中软件硬件使用的都是，的产品， H兼容性好。参考文献： [] Buto pca Itr tG op l t t oesei— 1 le t Sei ne s r .Bu o hcr pc oh l e u eo i f ct no teBut t yt es n11[]2 0 .. ao fh le o ss m vri . S .0 12 i oh e o [] T xs Isu n . C n et g Buto t te 2 ea nt met on cn le t o h r s i oh

pT p,B— eye D

B F E p B fr;/把数据包读到指定的缓冲 U F R l ue)/ n区。it n HCI一

tP ce H I T P咖 e ak t( C— Y E

e D一，B

[] 3

.

舰

4.2

B F E p u )/将数据包写到指定的缓冲区。 U F R Bf;/(上接第 10页 ) 0() S 4 D P与 P C机接口的调试。在图 1所示的

Hl E/ L. 0.. e[BO]2 33 p 0 计要求时，分析问题所在，快修改应用软件或硬尽件。3精简优化， )去掉调试阶段的冗余设计部分。

分层系统结构中，在层次二的多个信号处理模块是多块 D P板。各 D P板上都用拨码开关设置“D S S I”标识，主机发送的每个命令中都带有板选码，有只“D” I标识与板选码相符， S D P才会响应该命令。因此，确认 P只需 C机能对一个 D P进行正常复位及 S

5结束语用 T 3 0 C 3来实现通用分层结构数字信号 MS2 V 3

处理嵌入式系统的硬件具有通用性，软件模块化，使得在较短的时间内成功开发出多项产品成为可能。

其它控制即可。通信调试的关键是检查各标志信号。

D P的应用提高了输入信号采集精度， S加快了信号处理的速度，降低产品开发的成本。因此，该系统硬件与软件基本架构可以是智能产品开发的首先。参考文献：

() S 5 D P外设的调试。包括 D P板上的主内 S存，用板上的 R M,/口及 A I应 A IO SC器件的控制接口等。

正式应用功能调试的主要目的是：除应用软排件与应用板上硬件系统

中存在的错误，测试评估并整个系统的功能与性能，试步骤如下：调 1把调试用软件提取为与硬件系统有关的一 )

[]刘剑科， 1王艳芬，王胜利.于 D P的信号发生器的设基 S计与实现[]现代电子技术，0 5 2 1 ) 16— J. 2 0,8( 6:21 8 2.

[]盛卫星， 2崔君军，管蓓.基于 A P SS——

0 s的 D F 1 B

处理器的设计与实现[]现代雷达，0 5 2 8:5 J. 2 0,7( ) 55. 8

类子程序库，加入到包括界面与数据库操作的主程序中，成联机运行的正式应用软件。形2整个系统的功能与性能测试， )当无法达到设

[]晏寄夫 . 3微机原理及应用[ . M]西安：安交通大学出西版社， 0 . 2 3 0

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