DSP主控板硬件设计

1、DSP主控板硬件设计1课题及研究的目的和意义 产品研制、生产、使用过程中，先进 的检测技术和检验设备是检测产品性能参数及缩短研制时间的有利 保障。因此测试设备是整个产品生命周期内不可或缺的关键部分。 根 据被测对象需要测量的参数和功能， 测试设备在主控制器的控制下完 成对产品的测试， 可以提高产品的测试效率和测试结果的准确性。 纵 观测试设备的发展历程可以发现， 测试设备均由一个控制器加上外围 电路并辅以一定的通讯方式组成， 控制器是整个测试设备 “神经中枢”， 控制外围模块的运行。 目前能作为主控制器使用的有单片机、 嵌入式微处理器以及DS P（Digital Signal Processo

2、r，数字信号处理器） 等。前两者虽然在某些领域也得到很大的发展， 但由于设计的出发点 不同，决定了其自身的局限性，即不能用于高速数字信号运算，而这 恰恰是DSP的优势所在1。在测试设备领域，难免要进行大量数字 信号的处理，因此在选择主控制器时应有选择性的选用DSP而不是单片机或嵌入式处理器2。在测控台中扮演另一重要角色的当数FPGA。FPGA（Field Programmable Gate Array）是现场可编程门阵列的简 称，是可编程逻辑器件（PLD问世以来的*产品。自八十年代中期 诞生以来， 由于其速度快、 集成度高及用户定义逻辑功能而备受广大 电子工程师的青睐。用户可以利用分布在CLB

3、周围的可编程互连资源 以串联、 并联或混合方式把相应的CLB连接起来，实现更复杂的逻辑 功能。由于FPGA的现场可编程性及高密度性，所以电路设计的大部 分工作都是在计算机上完成， 使得产品的开发周期缩短， 风险投资减 小。 而且FPGA的功能完全由用户设计的配置程序所决定，在不改变 其外部接口的情况下可以很方便地改变其电路的逻辑功能。 基于以 上分析，并且考虑到测试设备的通用性及可扩展性， 选用DSP和FPGA组合设计出最小系统板 （并预留I/O接口及功能接口用于系统扩展） ， 以此作为测试设备的控制器必将大大缩短测试设备的研制周期， 所以 该课题具有较高的应用价值和实际意义。2国内外在该方向

4、的研究 现状及分析2.1 DSP+FPGA系统特点综述 随着数字信号处理器（DSP）和现场可编程门列阵器件 （FPGA的发展， 采用DSP+FPG的硬件系 统显示出其优越性， 整愈来愈得到人们的重视。 通用的DSP优点是通 过编程可以应用到广泛的产品中，并且主流的DSF产品已经可以满足 许多要求。但是传统的DSP采用冯一诺依曼（Von Neumann结构或某种类型扩展。此结构本质上是串行的， 因此遇到需处理的数据量大， 但是对运算结构相对比较简单的底层信号处理算法来说显不出优点，适合采用FPGA硬件实现3,4。这样，采用DSP+FPG的数字硬件系 统就可以把二者优点结合一起，兼顾速度和灵活性既

5、满足底层信号处 理要求，又满足高层信号处理要求。DSP+FPG系统最大优点是结构 灵活，有较强的通用性， 适合于模块化设计， 从而能够提高算法效率； 同时其开发周期较短， 系统易于维护和扩展， 适合实时信号处理。2.2国外在该领域的发展状况 简略国外DSP+FPG技术发展的现状，国外 的信息处理设备一直保持着快速的发展势头。 欧美等科技大国保持着 国际领先的地位，并且他们很多已经发展到相当大的规模，竞争也愈 发激烈， 我们从国际知名DSP技术公司发布的产品中就可以了解到当 今世界先进的数字信号处理系统的情况5。 以Pentek公司一款处 理板4293为例，使用8片TI公司300MHZ勺TMS3

6、20C620芯片， 具 有19200MIPS的处理能力， 同时集成了8片32MB勺SDRAM数据吞吐600MB/S该公司的另一款处理板4294集成了4片Motorola的MPC7410PowerP处理器，工作频率400/500MHZ两级缓存25K*64bit，最高具有16MB的SDRAM DSP+FPG应用产品获得成功的一个标志就是进入商业化，在以往的20年中，这一进程不断的重复进行，而且周期在不断的缩短， 在数字信息时代， 更多的新技术和新产品需要快 速的推上市场，因此，DSP+FPG的产业化进程还在加速进行。2.3国 内在该领域的发展现状 目前，国外众多厂商涉足我国DSP+FPG产品 市场

7、，我国的DSP+FPG应用已经有了相当的基础，从应用范围来说, 该组合的市场前景很好。DSP+FPG不仅仅成为手机、个人数字助理 的快速增长产品中的关键元件， 而且它正在向数码相机等其他领域挺 近。随着DSP和FPGA芯片的品种和技术档次不断提高以及向多功能 化、高性能化、低功耗化方向发展，DSP+F PG这一硬件系统正日益进入我们的生活， 在未来相当长的一段时间， 我国该硬件系统的市场 将蓬勃发展，今后几年市场的销售额仍将保持40%以上的增长率，具有良好的市场前景 。虽然我国的DSP+FPG技术取得了一定的成 绩，但是与发达国家相比仍有差距。所以说我国的DSP+FPG技术的发展道路还很漫长，

8、 在发展过程中需要做到重视通用性、 加强综合性、 采用新技术、坚持自主创新。1课题及研究的目的和意义 产品研制、生产、使用过程中，先进 的检测技术和检验设备是检测产品性能参数及缩短研制时间的有利 保障。因此测试设备是整个产品生命周期内不可或缺的关键部分。 根 据被测对象需要测量的参数和功能， 测试设备在主控制器的控制下完 成对产品的测试， 可以提高产品的测试效率和测试结果的准确性。 纵 观测试设备的发展历程可以发现， 测试设备均由一个控制器加上外围 电路并辅以一定的通讯方式组成， 控制器是整个测试设备 “神经中枢”， 控制外围模块的运行。 目前能作为主控制器使用的有单片机、 嵌入式 微处理器以

9、及DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器） 等。前两者虽然在某些领域也得到很大的发展， 但由于设计的出发点不同，决定了其自身的局限性，即不能用于高速数字信号运算，而这 恰恰是DSP的优势所在1。在测试设备领域，难免要进行大量数字 信号的处理，因此在选择主控制器时应有选择性的选用DSP而不是单片机或嵌入式处理器2。在测控台中扮演另一重要角色的当数FPGA。FPGA（Field Programmable Gate Array）是现场可编程门阵列的简 称，是可编程逻辑器件（PLD问世以来的*产品。自八十年代中期 诞生以来， 由于其速度快、 集成度高及用户定义逻辑功能

10、而备受广大 电子工程师的青睐。用户可以利用分布在CLB周围的可编程互连资源 以串联、 并联或混合方式把相应的CLB连接起来，实现更复杂的逻辑 功能。由于FPGA的现场可编程性及高密度性，所以电路设计的大部 分工作都是在计算机上完成， 使得产品的开发周期缩短， 风险投资减 小。而且FPGA勺功能完全由用户设计的配置程序所决定，在不改变其外部接口的情况下可以很方便地改变其电路的逻辑功能。上分析，并且考虑到测试设备的通用性及可扩展性， 选用DSP和FPGA组合设计出最小系统板 （并预留I/O接口及功能接口用于系统扩展） ， 以此作为测试设备的控制器必将大大缩短测试设备的研制周期， 所以 该课题具有较

11、高的应用价值和实际意义。2国内外在该方向的研究 现状及分析2.1 DSP+FPGA系统特点综述 随着数字信号处理器（DSP）和现场可编程门列阵器件（FPGA的发展，采用DSP+FPG的硬件系 统显示出其优越性，整愈来愈得到人们的重视。通用的DSP优点是通 过编程可以应用到广泛的产品中，并且主流的DSF产品已经可以满足 许多要求。但是传统的DSP采用冯一诺依曼（Von Neumann结构或某种类型扩展。此结构本质上是串行的， 因此遇到需处理的数据量大， 但是对运算结构相对比较简单的底层信号处理算法来说显不出优点，适合采用FPGA硬件实现3,4。这样，采用DSP+FPG的数字硬件系 统就可以把二者

12、优点结合一起， 兼顾速度和灵活性既满足底层信号处 理要求，又满足高层信号处理要求。DSP+FPG系统最大优点是结构 灵活，有较强的通用性， 适合于模块化设计， 从而能够提高算法效率； 同时其开发周期较短， 系统易于维护和扩展， 适合实时信号处理。2.2国外在该领域的发展状况 简略国外DSP+FPG技术发展的现状，国外 的信息处理设备一直保持着快速的发展势头。 欧美等科技大国保持着 国际领先的地位，基于以并且他们很多已经发展到相当大的规模，竞争也愈 发激烈， 我们从国际知名DSP技术公司发布的产品中就可以了解到当 今世界先进的数字信号处理系统的情况5。 以Pentek公司一款处 理板4293为例

13、，使用8片TI公司300MHZ勺TMS320C620芯片， 具 有19200MIPS的处理能力， 同时集成了8片32MB勺SDRAM数据吞吐600MB/S该公司的另一款处理板4294集成了4片Motorola的MPC7410PowerP处理器，工作频率400/500MHZ两级缓存25K*64bit，最高具有16MB的SDRAM DSP+FPG应用产品获得成功的一个标志就是进入商业化，在以往的20年中，这一进程不断的重复进行，而且 周期在不断的缩短， 在数字信息时代， 更多的新技术和新产品需要快 速的推上市场，因此，DSP+FPG的产业化进程还在加速进行。2.3国 内在该领域的发展现状 目前，国外众多厂商涉足我国DSP+FPG产品 市场，我国的DSP+FPG应用已经有了相当的基础，从应用范围来说, 该组合的市场前景很好。DSP+FPG不仅仅成为手机、个人数字助理 的快速增长产品中的关键元件， 而且它正在向数码相机等其他领域挺 近。随着DSP和FPGA芯片的品种和技术档次不断提高以及向多功能化