第5章 DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第5章DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1總體方案設(shè)計(jì)5.2硬件設(shè)計(jì)步驟5.3軟件設(shè)計(jì)步驟5.4系統(tǒng)集成5.5CSS開發(fā)平臺5.1總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)需求寫出任務(wù)說明書根據(jù)任務(wù)確定技術(shù)指標(biāo)由信號頻率、帶寬決定系統(tǒng)的采樣頻率。具體技術(shù)指標(biāo)由采樣頻率確定任務(wù)書中最復(fù)雜算法所需最大時間以及系統(tǒng)對實(shí)時性要求判斷系統(tǒng)能否完成工作。由數(shù)據(jù)量及程序長度決定片內(nèi)RAM的容量，是否需要擴(kuò)展。由系統(tǒng)精度決定是16位還是32位，定點(diǎn)還是浮點(diǎn)運(yùn)算。根據(jù)系統(tǒng)用途是計(jì)算還是控制，來決定對輸入輸出端口的要求。DSP總體設(shè)計(jì)框圖根據(jù)需求寫出任務(wù)說明書根據(jù)任務(wù)確定技術(shù)指標(biāo)確定DSP芯片與外圍芯片軟件設(shè)計(jì)說明硬件設(shè)計(jì)說明軟件編程與調(diào)試硬件sch/pcb系統(tǒng)集成硬件調(diào)試系統(tǒng)測試總體設(shè)計(jì)確定軟硬件分工DSP控制通信口EPROMRAMADC信號預(yù)處理MUX程控放大DAC濾波器濾波器典型DSP目標(biāo)板原理框圖DSP方案設(shè)計(jì)基本步驟算法分析及優(yōu)化DSP運(yùn)算量核算及DSP選擇數(shù)字化要求模擬混合電路ADC/DAC設(shè)計(jì)吞吐量要求存儲器需求ROM/RAM/FLASH通信口要求其他控制（電源、時鐘、同步）體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(單DSP還是多DSP，并行還是串行，全DSP、DSP/MCU或DSP/FPGA混合)DSP目標(biāo)板的設(shè)計(jì)要素第一步：算法分析與優(yōu)化根據(jù)需求，完成算法的仿真驗(yàn)證第二步：DSP的選擇根據(jù)核心算法、數(shù)據(jù)吞吐率，以及系統(tǒng)要求進(jìn)行選擇第三步：DSP配置DSP基本電路包括本身的基本引腳連接、總線驅(qū)動、時鐘控制、引導(dǎo)程序方式控制、存儲器配置、通信口配置、IO口控制、時序設(shè)計(jì)等，保證DSP的基本工作模式。第四步：模擬數(shù)字混合電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)DSP與模擬混合產(chǎn)品的無縫連接，以及保證數(shù)據(jù)的吞吐量，實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字部分隔離。第五步：系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)是合理進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的分配，在時序設(shè)計(jì)上保證系統(tǒng)速度（包括處理速度、接口速度、元器件速度等）和實(shí)時控制。第六步：系統(tǒng)對軟件的編寫與調(diào)試對信號處理的算法進(jìn)行編程，并提供系統(tǒng)監(jiān)控程序。第七步：系統(tǒng)測試與驗(yàn)證?硬件部件的原理驗(yàn)證：電路的調(diào)試?通過DSP的原理驗(yàn)證：在線仿真電路調(diào)試?軟件的仿真與算法驗(yàn)證：算法的實(shí)際硬件實(shí)現(xiàn)?系統(tǒng)硬件功能驗(yàn)證與指標(biāo)測試：驗(yàn)證系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)?系統(tǒng)軟件完善：確保系統(tǒng)的智能化與可程控性?其他測試與驗(yàn)證：軟硬件可靠性，自檢，環(huán)境實(shí)驗(yàn)5.2硬件設(shè)計(jì)步驟系統(tǒng)分析系統(tǒng)綜合確定硬件方案根據(jù)性能指標(biāo)、工期、成本等，確定最優(yōu)硬件實(shí)現(xiàn)方案，并畫出硬件原理框圖。確定硬件方案器件選型一般系統(tǒng)中常用AD、DA、存儲器、電源、邏輯控制、人機(jī)接口、通信、總線等基本部件。確定硬件方案器件選型原理設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)是DSP系統(tǒng)集成中關(guān)鍵的一步，其成功與否是DSP系統(tǒng)能否正常工作的最重要的一個因素。原理設(shè)計(jì)DSP芯片基本管腳的配置DSP引導(dǎo)方式選擇DSP擴(kuò)展存儲器設(shè)計(jì)DSP時鐘設(shè)計(jì)DSP電源設(shè)計(jì)DSP電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)5v4.4v3.5v2.5v1.5v0.5v0vVccVOHVIHVTVILVOLGND5v2.4v2.0v1.5v0.8v0.4v0vVccVOHVIHVTVILVOLGND3.3v2.4v2.0v1.5v0.8v0.4v0vVccVOHVIHVTVILVOLGND5V

CMOS5V

TTL3.3V

TTLDSP電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)確定硬件方案器件選型原理設(shè)計(jì)PCB版圖設(shè)計(jì)PCB布線不是簡單的端口互連確定硬件方案器件選型原理設(shè)計(jì)PCB版圖設(shè)計(jì)硬件調(diào)試系統(tǒng)分析系統(tǒng)綜合檢查PCB板上各硬件是否能正常工作。5.3軟件設(shè)計(jì)步驟編寫C語言源程序優(yōu)化ANSIC編譯器生成匯編文件匯編語言匯編器生成目標(biāo)文件鏈接器輸出可執(zhí)行文件調(diào)試器目標(biāo)DSP系統(tǒng)編寫匯編語言源程序宏匯編源文件文檔管理器宏匯編庫格式轉(zhuǎn)換燒錄EPROM軟件仿真軟件開發(fā)系統(tǒng)評測模塊系統(tǒng)仿真XDS5.4系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成是將軟硬件結(jié)合起來，并組裝成一臺樣機(jī)，在實(shí)際系統(tǒng)中運(yùn)行，進(jìn)行系統(tǒng)測試。出現(xiàn)問題時，一般采用修改軟件的方法。如果軟件修改無法解決問題，則必須調(diào)整硬件，這時問題就較為嚴(yán)重了。5.5軟件開發(fā)平臺CCS及其應(yīng)用為提高實(shí)時信號處理系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)程，TI公司針對TMS320C2XX,C54X\C54XX\C55X,C6X,C3X\C4X分別提供了一套全新的集成開發(fā)環(huán)境CCS(CodeComposeStudio)。CCS集編譯、仿真、下載為一體的DSP開發(fā)軟件?？梢酝ㄟ^CCS新建工程、編譯仿真工程、在線調(diào)試、下載程序。與Keil及偉福類似，它也由菜單欄、工具欄、工程窗口、程序窗口等組成。CCS采用圖形接口，提供有編輯指令，參數(shù)修改工具，它為非代碼產(chǎn)生工具集成了一個統(tǒng)一的集成環(huán)境，包括了TI公司提供的C源代碼調(diào)試器和模擬器所具有的功能，能對TMS320系列DSP進(jìn)行指令級的仿真和進(jìn)行可視化的實(shí)時數(shù)據(jù)分析，可大大提高開發(fā)工作效率，縮短應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)周期。安裝CC2000到軟件中，運(yùn)行CC2000安裝程序setup.exe。安裝完成后，在桌而上會有“CCS’C2000”和“SetupCCS2’C2000”兩個快捷方式圖標(biāo)。分別對應(yīng)CCS2C000應(yīng)用程序和配置程序,如圖所示。

運(yùn)行CCS2000配置程序設(shè)置驅(qū)動程序，如果CCS2000是在目標(biāo)板上運(yùn)行，則要先安裝目標(biāo)板驅(qū)動卡，然后運(yùn)行“SetupCCS’C2000”配置驅(qū)動程序，最后才能執(zhí)行CCS2000。除非用戶改變CCS2000應(yīng)用平臺類型，否則只需運(yùn)行一次CCS2000配置程序。

CCS的安裝CCS軟件界面介紹

File(文件)菜單如圖所示。其中常用的菜單選項(xiàng)如下：New(新建文件)：新建一個源文件（默認(rèn)為.c）。Open(打開)：打開一個源文件。Close(關(guān)閉)：關(guān)閉現(xiàn)有的文件。Save/SaveAs(保存/另存為)：保存源文件。LoadProgram(下載程序)：將生成的.out文件下載到目標(biāo)板上。圖File菜單ReloadProgram(重新下載程序)：下載上一次生成的.out文件。Data/Load(數(shù)據(jù)下載)：將文件下載到目標(biāo)板上，下載的數(shù)據(jù)可以指定存放的地址和數(shù)據(jù)長度。Workspace/Load(裝入工作空間)。Workspace/Save(保存當(dāng)前的工作環(huán)境)。

文件管理功能（File）1、Undo（取消鍵入）2、Redo（重復(fù)鍵入）3、Cut（剪切）4、Copy(復(fù)制)5、Paste(粘貼)6、Delete(刪除)7、SelectAll（全選）8、Find/Replace（尋找/替換）9、FindinFiles(在多個文件中尋找文本)11、Memory（存儲器）12、EditRegister(編輯寄存器)13、EditVeriable(編輯變量)14、EditCommandLine(編輯命令行)15、ColumnEdit（列編輯）16、Bookmarks（書簽）

編輯功能（Edit）…Toolbar:常用的工具欄選擇，可以激活相應(yīng)的工具欄。Registers(寄存器)：可以觀察相應(yīng)寄存器的狀態(tài)。Graph/Time/Frequent:在時域或頻域上顯示信號波形，時域分析時數(shù)據(jù)無需進(jìn)行處理，頻域分析時需將數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT處理。Graph/Constellation:采用星座圖顯示信號波形。

Graph/EyeDiagram:使用眼圖來量化失真度。WatchWindow（觀察窗口）：可以實(shí)時觀察相應(yīng)的變量的值。視圖功能（View）調(diào)試有單步調(diào)試、運(yùn)行到光標(biāo)處、運(yùn)行到斷點(diǎn)處、停止，以及全速運(yùn)行等。Breakpoints（添加斷點(diǎn)）：當(dāng)程序運(yùn)行遇到斷點(diǎn)時，程序自動停止并跳出。StepInto（單步運(yùn)行）：可以單步運(yùn)行程序，并觀察各變量及寄存器的狀態(tài)，可以方便地調(diào)試程序。Stepout:跳出當(dāng)前執(zhí)行的子程序，返回到上一級程序代碼。Run:自由運(yùn)行程序。Halt:暫停正在運(yùn)行的程序。

軟件開發(fā)平臺CCS的應(yīng)用工程管理

假設(shè)已在D盤上建立了工程文件夾nomal,該文件夾包含了.c、.cmd以及.h文件等。運(yùn)行CCS，在“projiect”菜單打開該工程，選擇.pjt文件。點(diǎn)擊source文件夾，展開所有文件。選擇.c，雙擊，就可以打開該文件了。

編譯、鏈接時，CCS下面的輸出窗口會顯示相應(yīng)的狀態(tài)信息。如果CCS的編譯鏈接過程出現(xiàn)問題，CCS會給出提示，用戶可以根據(jù)提示的信息，尋找問題出現(xiàn)在什么地方。雙擊該錯誤提示，光標(biāo)會跳轉(zhuǎn)到錯誤行上，可以檢查是不是有語法等錯誤，直到無任何錯誤信息。打開File,選擇“LoadProgram”裝載應(yīng)用程序。經(jīng)過編譯、鏈接后生成的代碼文件在工程文件夾中的Debug文件夾中，.out文件，通過File\LoadProgram加載此文件。運(yùn)行程序。工程管理

觀察窗口