【導(dǎo)讀】例如以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及以數(shù)字信號(hào)處理。器DSP為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。首先根據(jù)整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求，構(gòu)架了硬件總體設(shè)計(jì)。算能力，靈活的可編程性、PCI總線通訊方式等技術(shù)特點(diǎn)。此外，DSP軟件設(shè)計(jì)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境也進(jìn)行了簡(jiǎn)單的討論。AD轉(zhuǎn)換程序流程等。同時(shí)基于軟硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，論。文也一并述及到了調(diào)試過(guò)程與調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及其解決辦法。

　　

【正文】 芯片的片選信號(hào)始終接地，地址總線與數(shù)據(jù)總線直接與 CH365 的地址和數(shù)據(jù)總線相連即可。通常情況下 CH365支持 EPROM和閃存 Flash Memory，容量為 32KB或者 64KB。此外 PCI 擴(kuò)展 ROM 的內(nèi)容通常被 BIOS 復(fù)制到 RAM 內(nèi)存中，所以 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 需要設(shè)置 CH365 的擴(kuò)展 ROM 基址以重新映射 ROM 到存儲(chǔ)空間。 在本次數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)當(dāng)中， CH365 擴(kuò)展 ROM，除了在 ROM 空間中存儲(chǔ)上述的設(shè)備 ID 以及相關(guān)的寄存器配置等信息外 。 還可以在 ROM 當(dāng)中寫(xiě)入引導(dǎo)程序和應(yīng)用 程序 ， 即使上位 PC 機(jī)沒(méi)有硬盤和操作系統(tǒng)，擴(kuò)展 ROM 中的引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序也能控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)某些特定的功能 ，還可以通過(guò) BIOS 修改計(jì)算機(jī) 注冊(cè)表，使計(jì)算機(jī)能很方便的識(shí)別 PCI 板卡，使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有更好的便攜性和通用性。 CH365 擴(kuò)展 ROM 的一般接口設(shè)計(jì)如下： 圖 CH365 擴(kuò)展 ROM 接口設(shè)計(jì)框圖 上圖中采用 CH365 的地址總線和數(shù)據(jù)總線直接和 ROM 芯片 CY27512 連接，MEM_RD 信號(hào)引腳作為 ROM 芯片的讀寫(xiě)控制信號(hào)?？梢詫?duì) ROM 芯片進(jìn)行相關(guān)控制以及讀寫(xiě)操作。 CH365 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 CH365 通過(guò) MEM_RD 和 MEM_WR 引腳信號(hào)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (CY7C135)連接。在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之前，需要先讀取 CH365 配置空間的存儲(chǔ)器基地址寄存器，然后由基址加上偏移地址獲得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器空間的實(shí)際物理地址 ，最后通過(guò)實(shí)際物理地址或者由物理地址轉(zhuǎn)化后的虛擬地址讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容。 一般情況下， PC 機(jī)通過(guò) CH365 與單片機(jī)或者 DSP 進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，可以使用四種方式：一是使用雙端口 SRAM，讓單片機(jī)或者 DSP 和 CH365 能夠讀 寫(xiě)同一塊數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器，以大數(shù)據(jù)快為單位進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸交換；二是使用雙向緩沖接口芯片 CH421，分別為 CH365 寫(xiě)單片機(jī)和單片機(jī)寫(xiě) CH365 提供 64 字節(jié)緩沖區(qū)，以 64 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換；三是使用 8255 或者CH361MCU 提供的異步數(shù)據(jù)交換，以一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)為單位進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換；南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 四是以半字節(jié)或者位數(shù)據(jù)交換為主的低速傳輸，不需要增加額外的硬件成本。 綜合本次設(shè)計(jì)的要求和 PCI 總線的速度考慮。采用第一種方式，即采用雙端口 SRAM 的方式，以大數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸交換。為此，采用的雙端口 SRAM 芯片為 CY7C135，它是一塊 8Bit 的 4K 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。其與 CH365側(cè)的接口設(shè)計(jì)如下： 將雙端口 SRAM 的地址總線和數(shù)據(jù)總線直接與 CH365 相連，片選信號(hào)接地，讓雙端口 SRAM 始終處于 選通狀態(tài)， CH365 通過(guò) MEM_WR 引腳信號(hào)對(duì)雙端口SRAM 進(jìn)行寫(xiě)操作， MEM_RD 引腳信號(hào)對(duì)雙端口 SRAM 進(jìn)行讀操作。在一般情況下， CH365 讀寫(xiě)雙端口 SRAM 的數(shù)據(jù)與 DSP 讀寫(xiě)雙端口 SRAM 的數(shù)據(jù)能保持一致的話，則上位 PC 機(jī)即可通過(guò) PCI 總線與 DSP 交換數(shù)據(jù)信息。 圖 擴(kuò)展雙端口 SRAM JTAG 仿真接口設(shè)計(jì) 連接測(cè)試組（ JTAG， Joint Test Action Group）接口主要用于連接最小系統(tǒng)板和仿真器，實(shí)現(xiàn)仿真器對(duì) DSP 的訪問(wèn)， JTAG 接口的連接需要和仿真器上的接口一致。一般情況下，不論什么型號(hào)的仿真器，其 JTAG 接口都滿足 標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有硬件條件下，系統(tǒng)仿真器的接口滿足 標(biāo)準(zhǔn)的14 腳 JTAG 接口。滿足 標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳 JTAG 接口 設(shè)計(jì) 如圖 所示 。 其中，各個(gè)信號(hào)定義如下： VCC—— JTAG口的芯片管腳； TDI——測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過(guò) TDI輸入 JTAG口； TDO——測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過(guò) TDO從 JTAG口輸出； TCK——測(cè)試時(shí)鐘輸入； TCK_RET——來(lái)自目標(biāo)系統(tǒng)的返回時(shí)鐘信號(hào)； EMU0——仿真器中斷 0信號(hào)引腳 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 EMU1——仿真器中斷 1信號(hào)引腳 可選引腳 TRST——測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效 ； CLKIN——時(shí)鐘信號(hào)輸入。 在實(shí)際的設(shè)計(jì)中， TMS320VC5409 芯片具有符合 標(biāo)準(zhǔn)的在片仿真接口，其引腳有： TCK： IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試時(shí)鐘輸入引腳； TDI： IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試數(shù)據(jù)輸入引腳； TDO： IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試數(shù)據(jù)輸出引腳； TMS： IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試方式選擇引腳； TRST： IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試復(fù)位引腳； EM0：仿真器中斷 0 引腳； EMU1：仿真器中斷 1 引腳。 在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中，只需要將對(duì)應(yīng)的信號(hào)線直接相連就 可以實(shí)現(xiàn)仿真器對(duì)DSP 的訪問(wèn)。 在大多數(shù)情況下，采用圖 所示的接法。需要注意的是其中 DSP的 EMU0 和 EMU1 引腳都需要上拉電阻，推薦阻值為 10KΩ。 圖 小于 6 英寸的 JTAG 接口連接方法 其他電路設(shè)計(jì) 其他電路設(shè)計(jì)如下： ⑴ TMS320VC5409 芯片的有些引腳必須 通過(guò) 或者 10K 的電阻 上拉高電平 ，使引腳配置為邏輯 1，稱為引腳配置。 一般情況下， TMS320VC5409 引腳配置主要有： 為了保證用戶編寫(xiě)的程序能夠從外部 ROM 引導(dǎo)到 DSP 芯片內(nèi) 部 存儲(chǔ)器內(nèi)， DSP 芯片應(yīng)設(shè)置為計(jì)算機(jī)方式，即將 MP/MC 引腳下拉接地，設(shè)置為邏輯 0。 為了避免 DSP 在程序運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)不 正常 跳轉(zhuǎn)，應(yīng)將引腳 INT1～南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 INT NMI 和 BIO 上拉為 1，設(shè)置為邏輯 1。 為了防止 DSP 出現(xiàn)意外停止響應(yīng)和額外插入等待周期，應(yīng)將 HOLD 和READY 引腳上拉為 1，設(shè)置為邏輯 1。 時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘源模式，時(shí)鐘模式設(shè)置為 1/2。時(shí)鐘模式引腳CLKMD CLKMD CLKMD3 上拉為 1，設(shè)置為邏輯 1，而時(shí)鐘引腳 X1 和X2/CLKIN 外接晶振。 ⑵ 信號(hào)燈。 系統(tǒng)板上可加入信號(hào) 燈，用于指示最小系統(tǒng)的電源情況。當(dāng)電源指示燈出現(xiàn)異常情況時(shí)可及時(shí)斷電，以保護(hù)電路不被損壞。信號(hào)指示燈 主要 包括： +5V的電源指示燈（電路板供電正常）、電源轉(zhuǎn)換輸出 （ I/O 供電正常）、電壓轉(zhuǎn)換輸出 （核供電正常）以及其他信號(hào)指示燈。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與流程圖 DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)之后，軟件設(shè)計(jì)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，一個(gè) DSP系統(tǒng)在很大程度上取決于軟件設(shè)計(jì)是否合理與可靠?；谕瑯拥挠布到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相同的算法，不通的程序的執(zhí)行效率與可靠性就 有所不同。 DSP 軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容 一般情況下 ，一個(gè) DSP系統(tǒng)的軟件部分包括 DSP芯片的初始化、程序自引導(dǎo)程序等。在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中， DSP系統(tǒng)的軟件部分包括 DSP芯片的初始化， AD轉(zhuǎn)換 程序、 DA轉(zhuǎn)換 程序、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序、讀寫(xiě)程序存儲(chǔ)器 程序 。在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想。 模塊化設(shè)計(jì)與程序段的編寫(xiě) TMS320C5409 DSP芯片的匯編語(yǔ)言指令集支持大量的信號(hào)處理和一般運(yùn)算，并提供了多種高效的指令，可以大大提高程序的運(yùn)行效率。對(duì)于運(yùn)算量大、實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合，核心程序 都需要用匯編指令進(jìn)行編寫(xiě)和優(yōu)化。 DSP芯片 初始化與設(shè)置 DSP芯片的初始化 是 設(shè)定 DSP芯片工作狀態(tài)的重要步驟，只有正確進(jìn)行 DSP芯片的初始化，才能保證芯片的正常運(yùn)行。在調(diào)試軟件的過(guò)程當(dāng)中，如果發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行不正確，應(yīng)首先查看芯片各個(gè)寄存器的初始化狀態(tài)設(shè)置是否正確，然后再調(diào)試用戶程序，否則會(huì)降低程序調(diào)試效率。 TMS320VC5409DSP芯片在加電復(fù)位后處于預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)，無(wú)論 是 狀態(tài)寄存器還是控制寄存器都 有 一個(gè)確定的數(shù)值。 DSP芯片復(fù)位后，需要對(duì)芯片的堆棧指針 (SP)進(jìn)行初始化。 用戶程序編寫(xiě) 并 調(diào)試完畢之后，通過(guò) DSP仿真器燒寫(xiě)到 Flash中。 DSP上電或復(fù)位之后，由于其工作在微處理器方式，首先執(zhí)行 DSP內(nèi)部 ROM中的 Boot loader引導(dǎo) 加載 程序，將用戶程序從 Flash中拷貝到 DSP的 RAM 中，然后 PC指針指向用戶程序的首地址開(kāi)始運(yùn)行。 在用戶程序中，首先將 DSP的中斷全部關(guān)閉，然后對(duì) DSP本身及外圍器件進(jìn)行初始化，對(duì) DSP工作主頻、內(nèi)部時(shí)鐘、等待周期、內(nèi)部定時(shí)器工作方式、多通道串口、模擬多路開(kāi)關(guān)首通道的切入等進(jìn)行配置，使它們能以最佳的方式與 DSP 交換信息、執(zhí)行 DSP 指令。這部分軟件 實(shí)際是底層器件 的 驅(qū)動(dòng)程序，直接和硬件 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 接口 ， 接著進(jìn)行系統(tǒng)的全面自檢，包括電源電壓、 DSP內(nèi)部 RAM、 Flash、模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。然后由 AD器件向 DSP發(fā)送中斷，啟動(dòng) AD模數(shù)轉(zhuǎn)換。 AD轉(zhuǎn)換徹底結(jié)束后，系統(tǒng)總程序結(jié)束。 主程序設(shè)計(jì)流程圖 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的主程序主要完成一下幾個(gè)功能，初始化 DSP芯片，啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換芯片并調(diào)用 AD轉(zhuǎn)換程序，待 AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。因此主程序的設(shè)計(jì)流程圖如下所示： 圖 主程序流程 在 主程序流程當(dāng)中，通過(guò)外部中斷的方式來(lái)判斷 AD 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，在 AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后， DSP 芯片將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)器 SRAM 存儲(chǔ)。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 AD 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)流程 AD 轉(zhuǎn)換 程序主要完成對(duì)模擬數(shù)據(jù)的采集，并將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，在 AD 對(duì)采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，以中斷的方式通知 DSP芯片，然后 DSP 芯片響應(yīng)中斷并將 AD轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)器 SRAM 進(jìn)行 存儲(chǔ)，便于上位 PC 機(jī)通過(guò) PCI 接口芯片 CH365 讀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，并作出相應(yīng)的處理。 AD 轉(zhuǎn)換的流程如下 所示： 圖 AD 轉(zhuǎn)換程序流程 在 AD 轉(zhuǎn)換程序中，正確配置 AD 的控制寄存器，才能使 AD 轉(zhuǎn)換芯片正常 工 作 ，程序可以通過(guò)循環(huán)寫(xiě)入的方式，并利用示波器來(lái)確定寫(xiě)入的兩個(gè)脈沖信號(hào)是否正確來(lái)判斷寫(xiě)入 AD 控制寄存器的值是否正確。在設(shè)置好一個(gè)寄存器后，必須等待一段時(shí)間才能設(shè)置后一個(gè)寄存器的值。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 CCS 簡(jiǎn)介 及設(shè)置 CCS(Code Composer Studio)是 TI 推出的用于開(kāi)發(fā)其 DSP 芯片的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它采用 Windows 風(fēng)格界面，集 編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件調(diào)試及實(shí)時(shí)跟蹤燈功能于一體，極大地方便了 DSP 程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。 可編程 DSP 芯片的開(kāi)發(fā)需要一套完整的軟 、 硬件開(kāi)發(fā)工具， DSP 芯片的開(kāi)發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩大類。其中，代碼生成工具的作用是將用 C 語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言或混合語(yǔ)言編程的 DSP 源代碼編譯匯編并鏈接成為可執(zhí)行的 DSP 程序，它主要包括匯編器和鏈接器、 C 編譯器，此外還包括一些輔助工具程序，如文件格式轉(zhuǎn)換程序、庫(kù)生成和文檔管理程序等。代碼調(diào)試工具的作用是對(duì) DSP 程序及系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使之能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。 在安裝 CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境之后運(yùn)行 CCS 軟件之前，需要先運(yùn)行 CCS 設(shè)置程序。主要用于建立 CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境與目標(biāo)板或 simulator 之間的通訊接口。CCS 是一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境，通過(guò)設(shè)置不同的驅(qū)動(dòng)完成對(duì)不通環(huán)境的支持。下面介紹以 SEEDXDS USB 型接口仿真器的驅(qū)動(dòng)程序的安裝過(guò)程。 (1) 雙擊桌面上的“ Setup CCS 2(C5000)”圖標(biāo)運(yùn)行 CCS 設(shè)置程序； (2) 在彈出的界面“ Import Configuration”對(duì)話框中選擇 DSP 芯片的類型和仿真器的型號(hào)，在此選擇“ C5409 XDS510 Emulator”即可，然后關(guān)閉“ Import Configuration”對(duì)話框，得到如下圖所示的對(duì)話框： 圖 選擇 DSP 芯片界面 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）