TMS320在宽带恒定束宽波束形成器中的应用

　　本文作者结合具体课题,将TMS320C2XX系列产品中的TMS320F206微处理芯片应用于宽带恒定束宽波束形成器.由于TMS320F206丰富的片内资源、良好的开发环境,使电路设计简单可靠、调试方便;通过JTAG接口在线仿真,软件开发调试快捷;所构成的系统功能强、速度快、易于调试、便于扩展、运行可靠稳定.

1 TMS320C2XX简介

　　TMS320C2XX的三大主要特点之一是采用了改进的哈佛结构,片内具有相互独立的六条总线(三条内部地址总线:PAB、DRAB、DWAB;三条内部数据总线:PRDB、DRDB、DWEB),不仅使程序存储器与数据存储器的访问相互独立,且使数据存储器的读和写也相互独立并能同时执行,从而极大地优化了运算处理能力.图1是TMS320C2XX的总线结构图.

　　TMS320C2XX的特点之二是片内资源更加丰富.这个系列有四个产品,为了满足不同应用的需求,其片内资源也有所不同.表1列出了这四种产品片内主要资源情况及其与TMS320C25的比较.

　　TMS320C2XX的特点之三就是片内具有逻辑扫描电路,该电路与IEEE标准1149.1兼容,并通过八个专门引脚与外部14引脚的JTAG接口相连.通过JTAG接口可完成以下工作:(1)可对芯片引脚进行测试;(2)可对外部Data空间及I/O空间进行检测;(3)可对芯片内部Flash Memory进行编程;(4)可对片内片外RAM加载数据;(5)可进行在线运行仿真.以上特点给硬件的调试及软件的开发带来很大便利.
TMS320C2XX共有85条指令,不仅涵盖了TMS320C25的133条指令的全部功能,且指令的功能得到了增强,内容也有所增加.

表1 TMS320C2XX片内主要资源列表

项目　 TMS320C203C204F206C209C25ROM(w)-4K-4K-Flash Memory(w)--32K--Data Memory(w)288288288288288D/P Memory(w)2562562562562556SARAM(w)--4K4K-同步串口一个一个一个无一个异步串口一个一个一个无无通用I/O4 位4位4位4位无等待状态发生器一个一个一个一个无逻辑扫描电路有有有有无

2 TMS320C2XX的开发

　　TMS320C2XX的开发与TMS320C2X的开发过程很类似,其方便之处在于可通过JTAG接口对硬件电路进行在线测试及对软件进行在线运行仿真.其软件的开发流程如图2所示.

　　这里需要编辑的文件有两种:一是应用系统需要的源文件(*.ASM);二是对源代码进行定位的命令文件(*.CMD),在编写源程序文件时要区别符号的大小写.

　　由汇编器将汇编源程序汇编生成的OBJ文件是通用的目标文件格式(即COFF文件),有关说明请参考《TMS320 FIXED - POINT DSP ASSEMBLY LANGUAGE TOOLS USERS GUIDE》一书的第二章.

　　程序的连接是用DSPLNK连接器将COFF目标文件(一个或多个)连接起来,以产生可执行的输出文件.连接时DSPLNK调用命令文件(*.CMD)对目标文件进行定位.常用的连接格式为:

　　DSPLNK DEM01 DEM02 DEMO.CMD -0 DEMO.OUT -M DEMO.MAP,

　　其中输入文件为:DEM01.OBJDEM02.OBJ,命令文件为DEMO.CMD,输出文件为DEMO.OUT,映射文件为DEMO.MAP.

　　软件调试器是将输出文件*.OUT调入调试环境进行仿真运行以进行调试.该调试界面友好,易学易用.具体调试步骤,请参阅参考文献[2].

　　将用户的目标码用于目标系统有三种方式,一是将目标码定制到片内的ROM中(如C204和C209);二是将目标码编程到片内Flash Memory中(如F206);三是将目标码固化到EPROM中(如C203).

　　若要将目标码烧写到EPROM中,首先要编一个格式转换文件:Boot.CMD,其次运行DSPHEX Boot CMD将*.OUT文件转换成*.bin文件,然后用编程器编程烧写到EPROM即可.

　　TMS320F206片内32Kw的高速Flash Memory是很好的片内资源,可通过JTAG接口将输出文件*.OUT烧写到片内Flash Memory中,同时通过JTAG接口可在线运行,调试非常方便.对片内Flash Memory编程时,可编一个批处理文件*.BAT,在DOS或WIN98环境下运行,也可直接借助厂商提供的软件对Flash Memory进行编程.

3 TMS320C2XX的应用

　　现以TMS320C2XX中的TMS320F206应用于宽带声纳的恒定束宽波束形成器为例进行介绍.一般来说,声纳波束宽度与频率有关.为了在宽带信号中得到恒定束宽的波束,我们用不同的系数对不同频段的数据进行修正.这样,对于16个阵元的线列阵要实时得到16个恒定束宽的波束,共需256个“延时-加权-求和”网络,其总处理能力应大于每秒十七亿次乘加运算及相应的数据访问.为此我们用八片英国INMOS公司生产的IMSA100与八片TMS320F206构成一个处理阵列,由TMSA100完成延时修正,用TMS320F206完成相位补偿及加权求和.

3.1 电路设计

　　在进行电路设计时用一片IMSA100与一片TMS320F206加上必要的外围电路构成一个逻辑模块.由于TMS320F206片内含有32Kw的Flash Memroy可以存放程序代码、系数和参数,加之4K片内DARAM、通用I/O口等资源使电路大为简化.为了充分利用器件的处理能力以及满足系统实时处理的要求,我们以乒乓方式设计了数据缓存区.该电路模块组成框图如图3所示.

　　在制作印制电路板时,由于单元模块电路简便,我们将两个波束处理模块做在一块电路板上,八个模块共用四块波束处理板.波束形成器的管理和控制、与前后级的通讯及数据的格式化等由两片TMS320F206来完成.整个系统共由五块电路板组成,包含十片TM320F206、八片IMSA100及相应的外围器件.整个系统速度快、功能强、可扩展、易调试.最高处理速度可达每秒29亿次乘加运算.

3.2 软件设计

　　本系统共用了十片TMS320F206.由于采用了模块化设计,使其中八个波束处理模块中的八片TMS320F206工作过程基本一样,只是系数与参数不同.这样,软件的设计、调试任务大大减轻,而且每片TMS320F206的软件设计也采用了模块化设计,并编辑了相应的命令文件,最后将汇编、连接、编程编成一个批处理文件,可在DOS或WIN98环境下借助于JTAG接口,对软件进行在线仿真运行,软件的调试修改、参数调整及系数的修正均可在线进行,从而大大缩短了开发周期.另外两片TMS320F206,一片用于波束形成器的控制与管理,另一片用于数据的格式化及与前后级的数据交换与通讯.
　　由于TMS320F206高的性价比及好的开发环境,使该系统具有速度高、可扩展、易调度、便修正等特点.