ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ及其在宽带恒定束宽波束形成器中的应用

    摘要：介绍了ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列微处理芯片的结构、特点及其开发环境和开发过程，并给出了ＴＭＳ３２０Ｆ２０６在宽带恒定束宽波束形成器中的应用实例。该芯片具有２５ｎｓ的指令周期、３２ｋｗ的片内高速Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ及与ＩＥＥＥ标准１１４９．１兼容的逻辑扫描电路，从而使系统的软硬件设计、开发非常方便，加之其丰富的片内资源和高的性价比，使其具有很好的推广应用前景。

    关键词：数字信号处理 波束形成 ＪＴＡＧ 逻辑扫描电路

    自１９８４年我国引进国外数字信号处理器件以来，数字信号处理技术在诸多领域得到了推广和应用，并取得了可喜的成果。特别是美国ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０系列产品，拥有广大的用户群并在其应用中积累了丰富的经验和技术支持。为了进一步满足ＤＳＰ应用的需要，ＴＩ公司新近推出了ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列产品。与ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ系列相比，其在速度、片内资源和性价比等方面均有了很大提高，速度提高了２～４倍，而价格却下降了一半还多，而且片内资源更加丰富，开发环境更加便利。其指令系统的功能得到了加强且与之兼容，使ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ丰富的技术支持得以继承，能非常容易地升级到ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ。可以展望，ＴＭＳ３２０Ｃ２ＸＸ系列必将取代ＴＭＳ３２０Ｃ２Ｘ系列，并得到推广和应用。

    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

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。