以DSP器件為核心的嵌入式系統技術(shù)分析

嵌入式系統的目的是提供一個(gè)以多任務(wù)和網(wǎng)絡(luò )為信心,易于開(kāi)發(fā)的復雜數字系統。從數字技術(shù)和信息技術(shù)的角度看,嵌入式系統已成為現代信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用的基礎技術(shù),已成為現代工控領(lǐng)域的基本技術(shù)。

使用嵌入式系統技術(shù),不僅可以實(shí)現硬件和軟件的優(yōu)化集成,更主要的是提供了使用“數字基因技術(shù)”的基本工具。從計算機和信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的角度看,嵌入式系統標志著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化計算機時(shí)代的到來(lái),標志著(zhù)計算機應用進(jìn)入了“通用元素”化和“數字基因”化發(fā)展的新階段,因此,嵌入式系統在計算機應用具有里程碑的意義。

本文將討論DSP內核嵌入式系統或芯片的基本技術(shù)特征,以及這種嵌入式系統的應用技術(shù)特點(diǎn)。

以DSP為核心的嵌入式系統

　　嵌入式系統實(shí)際上就是一個(gè)集成化的計算機系統。隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展,應用領(lǐng)域還對嵌入式系統提出了網(wǎng)絡(luò )化功能,這就促使嵌入式系統向著(zhù)更高的集成化方向發(fā)展。

　　嵌入式系統的發(fā)展,主要體現在芯片技術(shù)的進(jìn)步,以及芯片技術(shù)限制下的算法與軟件的進(jìn)步上。對于嵌入式系統來(lái)說(shuō),核心是具有數據處理和系統管理能力的計算機系統,因此,只要是以處理器系統為核心的器件,都可以形成嵌入式系統。這就是說(shuō),使用具有強大數據處理功能的DSP器件也可以組成一個(gè)嵌入式系統,并且可以充分發(fā)揮DSP器件在數據處理方面的優(yōu)勢,改善嵌入式系統的實(shí)時(shí)操作特性。

　　所謂DSP嵌入式系統,實(shí)際上就是把DSP系統嵌入到應用電子系統中的一種通用系統。這種系統具有DSP系統的所有技術(shù)特征,同時(shí)還具有應用目標所需要的技術(shù)特征。DSP嵌入式系統不再是一個(gè)專(zhuān)用的DSP系統,而是一個(gè)完整的、具有多任務(wù)和實(shí)時(shí)操作系統的計算機系統,以這個(gè)計算機系統為基本,可以十分方便地開(kāi)發(fā)出用戶(hù)所需要的應用系統。

DSP器件特點(diǎn)

　　DSP器件是一種特別適合于進(jìn)行數字信號處理運算的微處理器,其主要應用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現各種數字信號算法處理。按數據格式劃分,DSP器件可以分為定點(diǎn)和浮點(diǎn)兩種。

DSP芯片具有如下主要技術(shù)特性：

1)硬件上采用多總線(xiàn)哈佛（Harvard）結構,提高了數據的處理能力和速度。

2)指令執行采用流水作業(yè)（pipeline）,具有較高的指令執行速度。

3)采用獨立的硬件乘法/加法器（MAC）,極大地提高了數據處理速度。

4)設置有循環(huán)尋址（Circular addressing）、位倒序（bit-reversed）等特殊指令,有處于實(shí)現高健壯性的實(shí)時(shí)系統。

5）內部具有獨立的DMA總線(xiàn)控制器,通過(guò)DSP器件中一組或多組獨立的DMA總線(xiàn),可以實(shí)現程序執行與數據傳輸并行工作。目前,在不影響CPU工作的條件下,片內DMA速度已達1600Mbyte/s以上。

6）提供了多處理器接口,可以十分方便地實(shí)現多個(gè)處理器并行或串行工作,不僅可以提高數據處理速度,還為使用嵌入式子系統實(shí)現大型和復雜嵌入式系統提供了技術(shù)基礎。

7）提供了JTAG（Joint Test Action Group）標準測試接口（IEEE 1149標準接口）,便于DSP作片上的在仿真和多DSP條件下的調試。

　　由于DSP器件的上述技術(shù)特性,使得以DSP器件為核心的DSP系統具有如下幾個(gè)主要技術(shù)特點(diǎn)：

1）數據處理速度快,具有良好的可編程實(shí)時(shí)特性。

2）硬件軟件接口方便,可以十分方便地與其它數字系統或設備相互兼容。

3）開(kāi)發(fā)方便,可以靈活地通過(guò)軟件對系統的特性和應用目標進(jìn)行修改和升級。

4）具有良好的系統健壯性,受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小、可靠性高。

5）易于實(shí)現系統集成或使用SOC技術(shù),可以提供高度的規范性。

　　以DSP器件為核心的嵌入式系統基本硬件結構

　　典型的DSP嵌入式系統構成如圖1所示。

　　在圖1中,網(wǎng)絡(luò )通信接口不僅提供了DSP嵌入式系統的網(wǎng)絡(luò )通信硬支持,同時(shí)也提供了通過(guò)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)嵌入式系統的技術(shù)條件。在DSP嵌入式系統中,網(wǎng)絡(luò )接口具有十分重要的作用,同時(shí)由于現代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展,要求嵌入式系統中的網(wǎng)絡(luò )接口必須能滿(mǎn)足不同開(kāi)發(fā)系統的要求,因此除了包含IEEE1394-2（USB火線(xiàn)）外,還應當包含有傳統的RS232和IEEE488接口,以及以太網(wǎng)接口和相應的TCP/IP協(xié)議。

　　從圖1可以看出,如果不考慮用戶(hù)應用電路,則DSP嵌入式系統就可以形成一個(gè)獨立的通用高速數據處理系統,這個(gè)高速數據處理系統不僅具有數據處理、可編程開(kāi)發(fā)和多DSP并行應用的特點(diǎn),還具有強大的網(wǎng)絡(luò )功能,可以完全滿(mǎn)足信息網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)要求。

　　圖2是一個(gè)DSP嵌入式系統和PLC形成的工業(yè)控制系統基本結構。從圖2可以看出,如果DSP嵌入式系統的資源不能滿(mǎn)足系統要求時(shí),可以采用附加DSP系統或增加一個(gè)完整的DSP嵌入式系統的方法加以解決,而不需要從系統結構上進(jìn)行大的改動(dòng)。