基于ISA总线的通用多DSP目标系统设计

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1 概 述
       随着大规模集成电路水平的发展，以数字信号处理器(Digital Signal Process，DSP)为基础的实时数字信号处理技术正在迅速发展，现已广泛应用于图像处理技术、语声处理、智能化仪表、生物医学与工程、通信、自动控制等领域。由Analog Device公司生产的ADSP是应用非常广泛的一类DSP，其典型产品有定点的ADSP2181和浮点的ADSP21060。在许多实际系统中，需要采用多片DSP级联的方式进行处理。因此，ADSP2181经常经级联后用在实际系统中，我们设计了基于ISA总线的通用多DSP目标系统，这种系统可以用于早期研发及各种算法的硬件平台，他对缩短实际系统开发周期、项目预研等都有重要意义和应用价值。
2 通用多DSP 目标系统的构成
       通用多DSP 目标系统的构成由6片ADSP2181、2片A/D变换器以及实现逻辑功能的FPGA组成，其原理框图如图1所示。


(1)处理系统
      整个处理系统由6片DSP构成，他完成对2路模拟信号的采集和数据处理。本系统采用的是Analog Device公司较为典型的定点DSP系列ADSP2181，相邻2片DSP之间的串口数据的发送与接收、帧同步信号的发送与接收分别对应相连，数据的传输采用自动缓冲的方式。
(2)系统输入
       系统输入的模拟信号由2路精度为12b的串行A／D变换器完成，采样率最高达400kS／s，输入模拟量为单极性(0～2．5V)信号。模拟信号经A／D变换器后以串行方式送入第1片DSP。
(3)时序控制
      系统时序控制由FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)实现，系统采用Altera公司的FPGA芯片EPFl0K10，其实现的主要功能有：
①产生ISA总线对各片DSP访问的地址译码与控制；
②产生通过IDMA端口访问DSP所需的控制信号IAL，IWR， IRD和IS；
③产生各个DSP的复位信号；
④产生满足A／D转换器时序要求的控制信号CLK(串口时钟)和CONV(转换控制)。
另外，FPGA还完成了DSP与ISA总线之间数据传输所需的控制时序，有效地保证了数据传输的可靠性。
3 通用多DSP目标系统的硬件设计
(1)目标系统的地址分配与实现
      每块DSP目标板只占用一组端口地址，每组地址共4个：数据端口、地址端口、复位端口和控制端口。组起始地址通过4b跳线开关加以选择，设开关值为n，则板卡起始地址为360-4×n(记作port)，其他3个端口地址分别为port+2，port+4，port+6。在FPGA中采用如图2所示的逻辑，实现了目标系统板端口地址的动态分配。


数据端口port 用于实现对DSP内部存储器的读写操作，完成DSP与上位机之间的数据传输。
地址端口port+2 用于提供对DSP进行读写操作时DSP内部程序存储区(PM)或数据存储区(DM)的起始地址。
复位端口port+4 用于对DSP进行复位操作，实现对DSP的软复位。
控制端口port+6 用于选择要操作的DSP。
(2)控制信号的形成
     目标板上6片DSP占用同一端口地址，系统工作时，可以对任意DSP的任一数据区进行读写操作。对DSP的片选信号是通过对控制端口的操作来实现的。当A2A1=11时，对应于DSP的控制端口，这时数据线的低3位(DATA[2．．0])用于指定6个DSP中的一个。
4 下载软件设计
     ADSP2181片内集成了一个可以访问其内部存储器的16 b IDMA端口，主机通过此端口可以访问ADSP2181片内的程序存储器和数据存储器的任一单元，实现对DSP下载文件、传输数据等操作，这一过程是通过上位机对DSP的IDMA端口的操作来完成的。本文设计了基于VB的通用多DSP目标系统的下载软件，通过上位机对目标系统进行各种操作。
(1)端口选择 选择一组端口地址，他应与目标板的端口地址相一致；
(2)处理器选择 选择所要进行读写操作及下载的处理器号(1#～6#)；
(3)下载文件选择 选择要加载到指定DSP的程序；
(4)下载 执行下载操作，并自动检查加载是否成功，若不成功，则重新加载；
(5)读处理器选择 调用读处理器模块，读选定处理器的指定单元的内容；
(6)写处理器选择 调用写处理器模块，在所选的处理器的指定单元写入数据。
5 结 语
      通用多DSP目标系统，在地址分配上充分考虑到了ISA总线和定点ADSP2181的特点，采用地址的动态分配技术，有效地节省了系统的资源。下载软件可以对1片或多片DSP进行文件下载、读、写等操作，极大地增强了系统的通用性与灵活性。该系统可用于各种算法的硬件平台和早期研发，具有较高的应用价值。