【文章內(nèi)容簡介】 真器方式可以脫離 DSP 芯片，在 PC 機上模擬 DSP 的指令集和工作機制，主要用于前期算法實現(xiàn)和調(diào)試。硬件在線編程模式可以實時運行在 DSP 芯片上，與硬件開發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應用程序。 的調(diào)試工具有下列特性：? 設(shè)置一個或者多個斷點，在斷點處自動更新窗口；? 使用 Watch 窗口查看變量；? 查看和編輯存儲器、寄存器；? 使用 Probe Point 工具在主機與目標系統(tǒng)間傳輸數(shù)據(jù)流；? 可對目標系統(tǒng)中的信號繪圖顯示；? 使用 Profile Point 查看執(zhí)行統(tǒng)計信息；? 觀察目標系統(tǒng)中執(zhí)行的反匯編和 C 指令；CCS 還提供 GEL 語言，允許開發(fā)者向 CCS 菜單中增加功能。2. DSP/BIOS 插件在軟件開發(fā)的分析階段，傳統(tǒng)的調(diào)試手段對診斷實時系統(tǒng)中的錯綜復雜問題無能為力。CCS 提供支持實時分析的 DSP/BIOS 插件?？梢杂盟鼇韺崟r跟蹤和監(jiān)視一個 DSP應用程序，同時對實時性能的影響達到最小。DSP/BIOS API 提供以下實時分析特性。? 程序跟蹤：顯示寫入目標日志的事件，并在程序執(zhí)行過程中反映動態(tài)控制流程；? 性能監(jiān)測：跟蹤統(tǒng)計目標板資源的使用情況，如處理器負載和線程時序等；? 文件流：將目標板上的 I/O 對象與主機上的文件聯(lián)系在一起。DSP/BIOS 同時提供基于優(yōu)先級的調(diào)度方案，支持函數(shù)的周期性執(zhí)行和多優(yōu)先級線程。3．硬件仿真和實時數(shù)據(jù)交換TI DSP 芯片提供片上仿真支持，使 CCS 能控制程序的運行并實時監(jiān)視程序的活動。主機與目標 DSP 通信是通過 JTAG 接口來完成的，這種連接方式對 DSP 目標系統(tǒng)的實時性能沒有太大的影響。仿真器提供與主機通信的 JTAG 口。片上仿真硬件提供以下功能：? 運行、停止、或復位 DSP 芯片。? 將代碼和數(shù)據(jù)加載到 DSP 芯片中。? 檢查硬件指令或數(shù)據(jù)相關(guān)的斷點。? 各種計算功能，包括精確到指令周期的剖析（Profile）功能。? 提供主機和目標系統(tǒng)間的實時數(shù)據(jù)交換。CCS 支持這些片上的仿真功能，而且 CCS 的 RTDX 功能使主機和 DSP 之間能雙向?qū)崟r通信，RTDX 提供一個連續(xù)的、實時的可視環(huán)境，使開發(fā)者能看到 DSP 應用程序工作的真實過程，RTDX 允許系統(tǒng)開發(fā)工作者在不停止運行目標應用程序的基礎(chǔ)上，在計算機和 DSP 芯片之間傳輸數(shù)據(jù)，同時還可在主機上利用對象鏈接嵌入（OLE）技術(shù)分析和觀察數(shù)據(jù)，這樣可以提供給開發(fā)者一個真實的系統(tǒng)工作過程，從而縮短開發(fā)時間。 系統(tǒng)仿真當系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和圖像處理算法基本確定后，接下來的主要任務(wù)是在 CCS 集成開發(fā)環(huán)境下，選擇好編程語言編寫源程序。對于 TMS320C6713，C 代碼的效率是人工編寫匯編代碼的 70%～80%。且由于是實時性要求不是特別強的應用，采用 C 語言編程就完全可以滿足需要。DSP 程序編寫完成好，需要對程序進行調(diào)試和仿真。主要有兩種模式：軟件仿真和硬件仿真。軟件仿真就是靠主機上的軟件模擬器（Simulator）完成程序的執(zhí)行，無需目標板（DSP 處理平臺）就可以開始軟件編程，但仿真速度慢，且無法仿真某些外設(shè)的功能。硬件仿真是利用開發(fā)系統(tǒng)將代碼直接下載到目標板上，在芯片中直接運行，仿真速度快，且仿真結(jié)果與系統(tǒng)實際一致。本系統(tǒng)中，目標板（EVM 板）通過 ICETEK5100USB 仿真器與主機相連。仿真程序就是利用 USB 仿真器 ICETEK5100USB （如圖 4）將代碼下載到 DSP 芯片中，在芯片上直接運行。圖 4 ICETEK5100USB 仿真器 硬件開發(fā)環(huán)境 數(shù)字信號處理 DSP（Digital Signal Processing）簡稱 DSP，是一門十分重要的新興科學。隨著計算機和信息科學的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應運而生并得到迅速的發(fā)展。其中尤以 TI 公司生產(chǎn)的系列 DSP 芯片應用最為廣泛。先后推出TMS320C202TMS320C5000、TMS320C6000 系列芯片。 數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換器模/數(shù)轉(zhuǎn)換（Analog to Digit）的一般轉(zhuǎn)換過程為：采樣、保持、量化和編碼采樣要遵循采樣定理：f s≥f max。式中 fs為采樣頻率，f max為輸入信號的最高頻率分量的頻率。常用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC（AnalogDigit Converter） ，其工作原理有基于并行比較型的、逐次逼近型的、積分型的、∑△脈寬調(diào)制型的、電壓 V頻率 F 變換型的等。 DSP較其它處理器的優(yōu)勢目前的微處理器分為通用處理器、單片機和 DSP 三大類。DSP 與單片機及通用微處理器相比具有很大的優(yōu)越性。通用微處理器一般用在 PC 和服務(wù)器領(lǐng)域，與單片機相比，DSP 具有較高的集成度并具有更快的運行速度，DSP 器件比 16 位單片機單指令執(zhí)行時間快 8~10 倍，在乘法處理上，DSP 的優(yōu)勢更為明顯，完成一次乘累加運算快 16~30 倍。這一性能決定了 DSP 的應用領(lǐng)域主要集中在較復雜的算法處理中，DSP 處理器的主要結(jié)構(gòu)特點是：1．哈佛結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的微處理器通常采用馮諾曼總線結(jié)構(gòu)：統(tǒng)一的程序和數(shù)據(jù)空間，共享的程序和數(shù)據(jù)總線。由于總線的限制，微處理器執(zhí)行指令時，取指和存取操作數(shù)共享內(nèi)部總線，因而程序指令只能串行執(zhí)行。當面對數(shù)據(jù)密集型算法時，會造成傳輸通道上的瓶頸現(xiàn)象。DSP 處理器采用的是程序與數(shù)據(jù)總線分離的哈佛總線結(jié)構(gòu)，能同時取指和取操作數(shù)，并行處理指令和數(shù)據(jù)，大大提高了程序效率。2．流水技術(shù)（Pipeline）在處理器內(nèi)，計算機執(zhí)行一條指令分為：取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行運算等步驟，需要若干個指令周期才能完成。流水技術(shù)可以使 2 個或更多不同的操作重疊執(zhí)行。即，第一條指令取指后，譯碼時，第二條指令取指；第一條指令取數(shù)時，第二條指令譯碼，第三條指令取指，……，一次類推，如圖 5 所示。取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行取指 譯碼 取數(shù) 執(zhí)行圖 5 流水技術(shù)流水處理技術(shù)使得若干條指令的不同執(zhí)行階段可以并行執(zhí)行，是提高 DSP 程序執(zhí)行效率的另一主要手段。3．算術(shù)單元硬件乘法器在數(shù)字信號處理的算法中，乘法和累加是基本的大量的運算。往往需要占用 DSP 處理器的絕大部分處理時間。在通用微處理器內(nèi)通過微程序?qū)崿F(xiàn)的乘法操作需要 100 多個時鐘周期，非常費時，因此在 DSP 處理器內(nèi)專門設(shè)置了硬件乘法器來完成乘法操作，以提高乘法速度，這也是 DSP 區(qū)別于通用微處理器的一個重要標志。多功能單元為了進一步提高速度，可以在 CPU 內(nèi)設(shè)置多個并行操作的功能單元（ALU 乘法器、地址產(chǎn)生器等），如 TI 的 DM642 系列 DSP 內(nèi)部有 8 個功能單元，包括 2 個乘法器和 6個 ALU。這 8 個功能單元最多可以在 1 個周期內(nèi)同時執(zhí)行條 32 位指令。由于多功能單元的并行操作使 DSP 在相同的時間內(nèi)能完成更多的操作，因而提高了程序的執(zhí)行速度。4．專用尋址單元要達到很高的數(shù)據(jù)處理速度必須要有很高速度的數(shù)據(jù)訪問和傳輸相配合。隨著頻繁的數(shù)據(jù)訪問，數(shù)據(jù)地址的計算時間也線性增長。在通用 CPU 中，數(shù)據(jù)地址的產(chǎn)生和數(shù)據(jù)的處理都有 ALU 來完成。在 DSP 處理器中，則設(shè)置了專門的數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器，與 ALU并行工作，從而節(jié)省了 CPU 的時間，提高了信號處理速度。5．片內(nèi)存儲器當面向數(shù)據(jù)密集型應用時，存儲器訪問速度對處理器的性能影響很大。現(xiàn)代微處理器內(nèi)部一般不設(shè)存儲程序的 ROM 和存儲數(shù)據(jù)的 RAM，因為處理器的程序一般都很大，片內(nèi)存儲器不會給處理器性能帶來明顯改善。但 DSP 算法的特點是需要大量的簡單計算，相應的程序比較短小，存放在 DSP 片內(nèi)就可以減少指令傳輸時間，并有效緩解芯片外部總線接口的壓力。DSP 上述這些特點，使其在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。 TMS320C6713芯片介紹DSP 處理器比較有代表性的產(chǎn)品是 TI（Texas Instruments，德州儀器）的 TMS320系列和 Motorola 的 DSP56000 系列。本文采用的是 TMS320C6713，TMS320C6713 DSP 是美國 TI 于 1997 年推出的 C6000 系列 DSP 芯片的一款，是迄今為止德州公司推出的最快的浮點處理器，其主頻可達 200MHz，這就為需要高精度和快速處理的應用打下了一個堅實的基礎(chǔ)。其次 TMS320C6713 芯片是 TMS320C6000 系列的首款采用表面貼裝的芯片，封裝的修改，將大幅度降低生產(chǎn)、維護和開發(fā)中的難度，加快產(chǎn)品的市場化速度。結(jié)構(gòu)圖如圖 6 所示： 圖 6 TMS320C6713 結(jié)構(gòu)圖TMS320C6713 基本性能：? 支持 VLIW 超長指令字，8 個獨立的功能單元：2ALUs（定點）；4ALUs（定點或者點）；2 乘法器（定點或浮點）；? 支持單精度和雙精度指令；8 位防溢出保護；飽和模式；? L1/L2 存儲器結(jié)構(gòu)：? 4K 字節(jié) L1P 程序 Cache（直接映射）；? 4K 字節(jié) L1D 數(shù)據(jù) Cache（2 路徑）；? 256K 字節(jié)的 L2 存儲器：64K 字節(jié)可以做 2 級 Cache 使用，192K 可以做內(nèi)部 RAM 使用，同時 256K 都做內(nèi)部 RAM 也是可以的；? 器件配置方式有 8 16 32的 ROM 配置，HPI 配置端模式是大端和小端，一般場合使用小端模式；? QFP 封裝的 6713EMIF 接口 16bit，可以無縫SDAM，EEPROM，F(xiàn)LASH，SDRAM，SBRAM. 512M 的地址總線空間；? 擴展的直接存儲器存取控制器（EDMA）；? 16 位主機（HPI）接口；? 2 個多通道音頻串行口（McASPs）；2 個 MCBSP 接口；? 2 個 I2C 接口（I2C1 跟 MCBSP 接口復用）；? 2 個 32 位的定時器；? 16 個 GPIO（復用）。 USB 芯片介紹 主流芯片的分類現(xiàn)在的 USB 生產(chǎn)廠商很多，幾乎所有的硬件廠商都有 USB 的產(chǎn)品。USB 控制器一般有兩種類型：一種是 MCU 集成在芯片里面的，如 Intel 的 SX93OAX，CYPRESS 的 EZUSB，SIEMENS 的 C541U 以及 MOTOLORA、National Semiconductors 等公司的產(chǎn)品，但是這種芯片價格相對較為昂貴；另一種就是純粹的 USB 接口芯片，僅處理 USB 通信，如 PHILIPS 的 PDIUSBD11（I 2C 接口）、PDIUSBD11A，PDIUSBD12（并行接口），National Semiconductor 的 USBN9602，USBN9603，USBN9604 等，價格低廉。前一種由于開發(fā)時需要單獨的開發(fā)系統(tǒng)，因此開發(fā)成本較高；而后一種只是一個芯片與 MCU 接口實現(xiàn) USB 通信功能，成本較低，而且可靠性高。PDIUSBD12 是 PHILIPS 公司推出的一種價格便宜、功能完善的并行接口芯片，性價比很高。它支持多路復用、非多路復用和 DMA 并行傳輸。PDIUSBD12 接口芯片遵從協(xié)議 適合于不同用途的傳輸類型。PDIUSBD12 需要外接微控制器（MCU）來進行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換，它對 MCU 沒有特殊要求，而且接口方便靈活，因此可以選用自己熟悉的 MCU 對芯片進行控制，也可以利用 PHILIPS 公司的固件（firmware）結(jié)構(gòu)來縮短開發(fā)時間、降低風險、減小投資。本課題就是選用 PDIUSBD12 作用通訊接口芯片。 PD1USBD12芯片功能PDIUSBD12 是物美價廉而且性能較優(yōu)的 USB 設(shè)備。它一般用在微控制系統(tǒng)中，通過并行接口和控制器進行高速通訊，也支持本地 DMA 傳輸。具下的重要特點： 完全兼容 SIE、FIFO、收發(fā)器和電壓調(diào)整電路 DMA 操作 1Mbps 的傳輸速率 USB 總線的連接和斷開其功能框圖如圖 7 所示。下面，簡單介紹一下各部分功能：軟件連接D + D 模擬收發(fā)器T x / R xP H I L I P S 串行接口引擎位時鐘恢復P L L存儲器管理單元片內(nèi) R A M并行 D M A接口電壓調(diào)節(jié)器6 M H z圖 7 PDIUSBD12 芯片的功能框圖集成的收發(fā)器接口可通過終端電阻直接與 USB 電纜相連。片內(nèi)集成了一個 的調(diào)整器用于模擬收發(fā)器的供電，該電壓還作為輸出連接到外部 的上拉電阻，可選擇 D12 提供的帶 內(nèi)部上拉電阻的軟件連接技術(shù)。 鎖相環(huán)片內(nèi)集成了 6MHz~8MHz 時鐘乘法 PLL，這樣就可使用低成本的 6MHz 晶振，EMI 也隨之降低，PLL 的工作不需要外部元件。使用 4X 過采樣規(guī)則，從進入的 USB 數(shù)據(jù)流中恢復時鐘，能跟蹤 USB 規(guī)定范圍內(nèi)的抖動和頻漂。 串行接口引擎（PSIE）PSIE 實現(xiàn)了全部的 USB 協(xié)議層，且完全由硬件實現(xiàn)而不需要固件的參與。該模塊的功能包括：同步模式的識別、并行/串行轉(zhuǎn)換、位填充/解除填充、CRC 校驗/產(chǎn)生、PID 校驗/產(chǎn)生、地址識別和握手評估/產(chǎn)生。USB 的連接（對高速 USB 設(shè)備）可以通過片內(nèi)集成的 上拉電阻來實現(xiàn)，建立連接命令可以通過外部控制器來發(fā)出，重新初始化不要求把設(shè)備拔出。GoodLinkTM指的就是當設(shè)備在枚舉過程中發(fā)光二極管在閃爍，但設(shè)備配置完成以后發(fā)光二極管就始終的亮著，但當它再次收到主機的響應信號以后會熄滅，當設(shè)備掛起時它