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基于TMS320VC5409与Cygnal的移动数据处理传输系统设计
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2017-10-26
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1 引言
移动数据处理传输系统主要应用在小型或便携仪器上。它能够采集、处理和并通过无线移动网传送和接收数据。由于无线移动网的费用，应使移动数据处理传输系统有较强的实时数据处理和数据压缩功能，以减少通过移动网传送和接收数据量。另外由于仪器具有体积小、便于携带、较长的工作时间，电池供电等特点，因而要求移动数据处理传输系统有较低的功耗。为达到上述目的，本文设计了一种基于Ti公司低功耗DSP芯片和Cygnal低功耗的混合信号系统级单片机移动数据处理传输系统。
图1移动数据处理传输系统
该移动数据处理传输系统（见图1）由三个主要DSP单元、CPU单元，GSM单元组成。经放大、滤波后模拟信号送入CPU单元进行A/D转换。CPU单元将A/D转换后的模拟信号通过HPI总线送入DSP单元进行多种数据处理和数据压缩等大量的和高速的运算（例如：FFT、小波变换、滤波、模式识别、编码压缩等）。运算的结果再通过HPI总线送入CPU单元。CPU单元还可对由DSP单元送来的信号再进行简单的处理、分析。CPU单元还分别控制其他辅助单元（例：键盘单元、时钟单元、LCD单元、LED单元等）工作。CPU单元通过串口控制GSM单元通过无线移动网传送和接收数据。所以移动数据处理传输系统实际是一个以CPU为核心的数据采集、处理系统和传输系统。
2 DSP单元
DSP单元将CPU单元通过HPI总线送来的 A/D转换后的原始数据信号进行多种高速运算，运算的结果再通过HPI总线送入CPU单元。DSP单元可以承担信号预处理、信号的检测及分类等实时性要求高、计算量大的算法。这里选用Ti公司TMS320-54系列DSP中的TMS320VC5409［1］芯片。TMS320C54X是为实现低功耗、高性能和低成本而专门设计的定点DSP芯片。TMS320C54X的主要特点包括：
⑴ 运算速度快。指令周期为25/20/15/12.5/10ns，运算能力为40/50/66/80/100 MIPS；
⑵ 优化的CPU结构。内部有1个40位的算术逻辑单元，2个40位的累加器，2个40位加法器，1个17×17的乘法器和1个40位的桶形移位器，允许16 位带／不带符号的乘法。有4条内部总线和2个地址产生器。此外，内部还集成了维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度。
⑶ 低功耗方式。TMS320C54X可以在3.3V电压下工作，三个低功耗方式（IDLE1、IDLE2和IDLE3）可以节省DSP的功耗，TMS320C54X特别适合于无线移动设备。
⑷ 智能外设。除了标准的串行口和时分复用（TDM）串行口外，TMS320C54X还提供了自动缓冲串行口BSP（auto-Buffered Serial Port）和与外部处理器通信的HPI（Host Port InteRFace）接口。
TMS320VC5409除了具有54X的特点外，它还有一个16位16 K的片内只读存储器， 一个16位32 K 的片内双操作数据存储器，三个多通道缓冲串型接口（McBSPs），一个增强型的具有16位数据/地址驱动功能的8位主机接口（HPI）［2］，一个 16bit定时器和6个通道（DMA）控制器，操作速率达100MIPS，支持8 兆外部的程序空间，低功耗工作：3V和1.8V（内核），特别适合电池供电设备。
在移动数据处理传输系统中，CPU以主机方式运行，而VC5409以从机的方式运行。CPU单元在启动时控制RESDSP信号复位VC5409，在复位时将放在DCM8512SRAM（图5）中的VC5409用户程序经HPI总线传送到VC5409的片内高速RAM中，以提高DSP的执行速度和减少功耗。由于VC5409的HINT和INT2相连，所以当RESDSP信号为高时，VC5409引导程序（Bootloader）将以HPI［3］方式启动。 VC5409将自动执行由引导程序装入在VC5409的片内数据存储器中程序。在其他时间VC5409经HPI总线与CPU单元交换数据。为了满足能够进行实时数字信号处理需要，DSP工作频率为100 MHz。
在系统功耗是系统设计首要考虑的情况下，应尽可能地选择低电压供电的DSP器件。选择3.3V低电压供电的DSP除了能减小DSP本身的功耗以降低系统的总功耗外，还可以使外部逻辑电路功耗降低，这对实现系统低功耗有着重要的作用。另外在软件上使用IDLE指令降低功耗。VC5409有IDLE1、IDLE2和IDLE3几种降功耗模式。IDLE指令将CPU内部操作挂起（suspend activity），但是仍保留内部各部件逻辑的时钟，允许串口等片内外设继续工作。在50MHz的系统时钟时，执行IDLE2指令所需电流的典型值为 2mA。若关闭内部部件的输入时钟时执行IDLE3指令，这时电流值仅为20μA。
移动数据处理传输系统主要应用在小型或便携仪器上。它能够采集、处理和并通过无线移动网传送和接收数据。由于无线移动网的费用，应使移动数据处理传输系统有较强的实时数据处理和数据压缩功能，以减少通过移动网传送和接收数据量。另外由于仪器具有体积小、便于携带、较长的工作时间，电池供电等特点，因而要求移动数据处理传输系统有较低的功耗。为达到上述目的，本文设计了一种基于Ti公司低功耗DSP芯片和Cygnal低功耗的混合信号系统级单片机移动数据处理传输系统。
图1移动数据处理传输系统
该移动数据处理传输系统（见图1）由三个主要DSP单元、CPU单元，GSM单元组成。经放大、滤波后模拟信号送入CPU单元进行A/D转换。CPU单元将A/D转换后的模拟信号通过HPI总线送入DSP单元进行多种数据处理和数据压缩等大量的和高速的运算（例如：FFT、小波变换、滤波、模式识别、编码压缩等）。运算的结果再通过HPI总线送入CPU单元。CPU单元还可对由DSP单元送来的信号再进行简单的处理、分析。CPU单元还分别控制其他辅助单元（例：键盘单元、时钟单元、LCD单元、LED单元等）工作。CPU单元通过串口控制GSM单元通过无线移动网传送和接收数据。所以移动数据处理传输系统实际是一个以CPU为核心的数据采集、处理系统和传输系统。
2 DSP单元
DSP单元将CPU单元通过HPI总线送来的 A/D转换后的原始数据信号进行多种高速运算，运算的结果再通过HPI总线送入CPU单元。DSP单元可以承担信号预处理、信号的检测及分类等实时性要求高、计算量大的算法。这里选用Ti公司TMS320-54系列DSP中的TMS320VC5409［1］芯片。TMS320C54X是为实现低功耗、高性能和低成本而专门设计的定点DSP芯片。TMS320C54X的主要特点包括：
⑴ 运算速度快。指令周期为25/20/15/12.5/10ns，运算能力为40/50/66/80/100 MIPS；
⑵ 优化的CPU结构。内部有1个40位的算术逻辑单元，2个40位的累加器，2个40位加法器，1个17×17的乘法器和1个40位的桶形移位器，允许16 位带／不带符号的乘法。有4条内部总线和2个地址产生器。此外，内部还集成了维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度。
⑶ 低功耗方式。TMS320C54X可以在3.3V电压下工作，三个低功耗方式（IDLE1、IDLE2和IDLE3）可以节省DSP的功耗，TMS320C54X特别适合于无线移动设备。
⑷ 智能外设。除了标准的串行口和时分复用（TDM）串行口外，TMS320C54X还提供了自动缓冲串行口BSP（auto-Buffered Serial Port）和与外部处理器通信的HPI（Host Port InteRFace）接口。
TMS320VC5409除了具有54X的特点外，它还有一个16位16 K的片内只读存储器， 一个16位32 K 的片内双操作数据存储器，三个多通道缓冲串型接口（McBSPs），一个增强型的具有16位数据/地址驱动功能的8位主机接口（HPI）［2］，一个 16bit定时器和6个通道（DMA）控制器，操作速率达100MIPS，支持8 兆外部的程序空间，低功耗工作：3V和1.8V（内核），特别适合电池供电设备。
在移动数据处理传输系统中，CPU以主机方式运行，而VC5409以从机的方式运行。CPU单元在启动时控制RESDSP信号复位VC5409，在复位时将放在DCM8512SRAM（图5）中的VC5409用户程序经HPI总线传送到VC5409的片内高速RAM中，以提高DSP的执行速度和减少功耗。由于VC5409的HINT和INT2相连，所以当RESDSP信号为高时，VC5409引导程序（Bootloader）将以HPI［3］方式启动。 VC5409将自动执行由引导程序装入在VC5409的片内数据存储器中程序。在其他时间VC5409经HPI总线与CPU单元交换数据。为了满足能够进行实时数字信号处理需要，DSP工作频率为100 MHz。
在系统功耗是系统设计首要考虑的情况下，应尽可能地选择低电压供电的DSP器件。选择3.3V低电压供电的DSP除了能减小DSP本身的功耗以降低系统的总功耗外，还可以使外部逻辑电路功耗降低，这对实现系统低功耗有着重要的作用。另外在软件上使用IDLE指令降低功耗。VC5409有IDLE1、IDLE2和IDLE3几种降功耗模式。IDLE指令将CPU内部操作挂起（suspend activity），但是仍保留内部各部件逻辑的时钟，允许串口等片内外设继续工作。在50MHz的系统时钟时，执行IDLE2指令所需电流的典型值为 2mA。若关闭内部部件的输入时钟时执行IDLE3指令，这时电流值仅为20μA。
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