ADSP-BF533在低耗高速實(shí)時(shí)系統中的應用
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當今信息技術(shù)與計算機技術(shù)的飛速發(fā)展。使得數字信號處理發(fā)展成為一門(mén)非常關(guān)鍵的技術(shù)。而數字信號處理器(DSP芯片)的出現為數字信號處理算法的實(shí)現提供了可能，同時(shí)，DSP器件性能的不斷提高又極大地促進(jìn)了數字信號處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。Blackfin系列DSP芯片是美國模擬器件公司(ADI)與Intel聯(lián)合開(kāi)發(fā)的體現高性能體系結構的新一代嵌入式定點(diǎn)處理器。Blackfin處理器在一個(gè)芯片和一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺上融合了DSP信號處理、RISC控制處理和音視頻處理功能，具有高速實(shí)時(shí)數據處理、極佳的代碼密度、動(dòng)態(tài)電源管理、極低的功耗、方便的開(kāi)發(fā)使用等優(yōu)點(diǎn)。
Blackfin系列DSP具有一個(gè)雙MAC 300刎，(每秒600 MHz)內核。其結構的核心是數據算術(shù)單元，包括兩個(gè)16位乘法累加器(MAC)，2個(gè)40位算術(shù)邏輯單元(ALU)，4個(gè)8位視頻ALU和一個(gè)40位桶形移位器。在每個(gè)周期內。每個(gè)MAC能在4個(gè)獨立的數據操作數上執行16位乘法運算．算術(shù)邏輯單元能累加2個(gè)40位的數或4個(gè)16位的數。為獲得最大效率．可利用這種體系結構處理8位、16位和32位的數據運算。同時(shí)，Blackfin系列DSP具有世界領(lǐng)先的功率管理和性能。Blackfin處理器采用低功耗和低電壓的設計方法．具有動(dòng)態(tài)功率管理的特點(diǎn)，即通過(guò)改變工作電壓和頻率來(lái)大大降低總功耗。與僅改變工作頻率相比，既改變電壓又改變頻率能夠使總功耗明顯減少。對于便攜式應用來(lái)說(shuō)，這相當于延長(cháng)了電池的壽命。
2 ADSP-BF533處理器簡(jiǎn)介
ADSP-BF533是Blackfin系列DSP產(chǎn)品中典型的一款。其主要特點(diǎn)有：16位定點(diǎn)DSP內核，可實(shí)現600MHz的高速持續工作：靈活的軟件控制動(dòng)態(tài)電源管理：0.8～1.2V內核電壓、2.5～3.3V外部輸入電壓、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊RTC、12通道DMA、4GB統一尋址空間、80KB的L1指令存儲器、64KB的數據存儲器：靈活的引導方式等。此外．ADSP-BF533還具有豐富的系統外設――并行外設接口(PPI)／GPIO、雙通道全雙丁同步串口(SPORT)、通用異步串口(UART)、SPI兼容端口、看門(mén)狗定時(shí)器等。
ADSP-BF533可實(shí)現600 MHz的高速持續工作，單片處理能力可達1.2GMIPS (每秒12億次乘加運算)，由于處理速度快，ADSP-BF533可適用于高速實(shí)時(shí)信號處理系統；另外，ADSP-BF533的動(dòng)態(tài)電源管理模塊通過(guò)改變供電電壓和工作頻率使得其功耗很低，典型數據為52毫瓦(200 MHz)、90毫瓦(300MHz、280毫瓦(600 MHz)，當處理器處于深度休眠狀態(tài)時(shí)，功耗會(huì )變得更低。與相似的DSP相比．ADSP-BF533在同等性能下功耗要低30％．尤其適用于對功耗有特殊要求的系統。
3 在低功耗高速實(shí)時(shí)信號處理系統中的應用
正因為ADSP-BF533具有實(shí)時(shí)處理速度快和低功耗的特點(diǎn),可以將其應用在一些要求低功耗、高速度的實(shí)時(shí)信號處理系統中。如水下信號監測與處理系統、地下管道預警系統、高空信號探測與分析系統等．這些系統的共同特點(diǎn)是：1．任務(wù)具有“突發(fā)性”――平時(shí)不需要復雜的信號分析與處理，而一旦有分析與處理任務(wù)時(shí),數據量、運算量都相當大，要求系統能夠盡快及時(shí)地按照精準復雜的算法進(jìn)行處理并得到準確的結果；2．功耗是瓶頸――由于系統所處的位置原因(水下、地下或高空)，一般由電池供電且不宜頻繁更換電池，故財功耗的要求很高――越低越好。而ADSP-BF533具有實(shí)時(shí)處理速度快和低功耗的特點(diǎn)，完全可以勝任這些系統。圖1是一個(gè)以ADSP―BF533為核心模塊的此類(lèi)系統的原理框圖。
圖1以ADSP-BF533為核心模塊的低功耗高速實(shí)時(shí)信號處理
系統由上位機和下位機組成．上、下位機的通信由GPRS／GSM模塊實(shí)現。上位機軟件負責對下位機的參數設置及狀態(tài)查詢(xún)界面的編寫(xiě)以及與GPRS／GSM模塊間通信的實(shí)現；而信號采集、分析及處理等主要工作由下位機實(shí)現，并通過(guò)GPRS／GSM模塊將信號處理結果告知上位機(如地面工作站)。下位機由傳感器、數據采集模塊、低功耗微處理器和高性能ADSP-BF533處理器組成。數據采集模塊采集來(lái)自傳感器的原始信號數據(如水下壓力或聲納、管道應力或振幅、高空風(fēng)力或溫度變化等)，并根據需要進(jìn)行放大／衰減、模／數轉換等處理，然后將數據送給后面的低功耗微處理器。后者對信號數據依照經(jīng)驗閾值進(jìn)行簡(jiǎn)單判別――若與經(jīng)驗閾值有悖，即信號“可能異常但不確定”。則將信號數據傳送給后面的ADSP-BF533處理器，后者利用其強大的數據處理能力按照復雜的算法對信號進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理．得出信號是否“異?！钡臏蚀_結果”，并將結果回送至低功耗MCU。并由后者通過(guò)GPRS／GSM模塊通知上位機。
這種低性能低功耗微處理器和高性能ADSP―BF533相結合的雙核模式非常適用于上述幾種系統，試驗中低功耗MCU選用51單片機。由于此類(lèi)系統長(cháng)期處于正常狀態(tài)，不需要一直進(jìn)行復雜的數據處理。正常狀態(tài)下．僅由單片機接收數據并進(jìn)行簡(jiǎn)單判別而ADSP-BF533處于深度休眠狀態(tài)，此時(shí)DSP內核、外設時(shí)鐘全部禁止，僅用0.8V電壓維持RTC模塊的實(shí)時(shí)時(shí)鐘運轉，電流僅為幾十微安，功耗微乎其微――滿(mǎn)足此類(lèi)電池供電系統的節能要求；而一旦單片機判決數據“可能異?！?，將喚醒休眠的ADSP-BF533并對信號進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理――滿(mǎn)足此類(lèi)系統的高速實(shí)時(shí)性要求。
ADSP-BF533與單片機間通過(guò)異步串口UART傳送數據。數據格式和波特率可編程設定。為了將DSP從深度休眠中喚醒，單片機另用一根輸出線(xiàn)(如P2.0)接至RESET腳。另外，因為ADSP-BF533沒(méi)有片內程序存儲器，用戶(hù)的代碼必須通過(guò)外部的存儲器來(lái)進(jìn)行引導。ADSP-BF533的兩個(gè)引腳BMODEO和BMODEl的最終狀態(tài)決定ADSP-BF533的引導方式，試驗中選用從外部FLASH引導的方式(BMODEO腳接高電平，BMODEI腳接低電平)，將用戶(hù)代碼放入FLASH中，FLASH選用PSD4256G6V(IMB)。ADSP-BF533的地址線(xiàn)A[1:19]分別接至PSD4256G6V-10UI的ADl1~ADl5及PCO～PC3腳，數據線(xiàn)D[0：15]分別接至PSD4256G6V-IOUI的PFO～PF7及PG0~PG7腳，在讀寫(xiě)控制部分，將ADSP-BF533的ABE0、ABE1、AMS0、AMS2、AOE分別接至PSD4256G6V-10UI的AD0、CNTL2、PC6、PC7及CNTLI腳，另將ADSP-BF533的而云和PSD4256G6V-10UI的CNTL、PD3腳相連。ADSP-BF533與單片機間的部分連接關(guān)系如圖2所示。
圖2 ADSP-BF533與單片機的連接示意圖
系統上電復位后．7單片機先通過(guò)UART向ADSP-BF533發(fā)送一個(gè)握手信號．為了區別后面發(fā)送的正常數據，此握手信號可選用特殊符號“EOF，此后ADSP-BF533進(jìn)入深度休眠的省電模式。系統下作時(shí)由單片機接收前端采集的數據并進(jìn)行簡(jiǎn)單判別，若無(wú)異常則ADSP-BF533保持深度休眠，程序對實(shí)時(shí)時(shí)鐘編程為每1天(24小時(shí))產(chǎn)生一次中斷(RTC中斷)，由中斷喚醒DSP并通過(guò)UART向單片機傳送一個(gè)特定數據(如10101010)表示DSP硬件正常并處于深度休眠，再由單片機通過(guò)GPBS／GSM模塊通知上位機然后再次進(jìn)入深度休眠：當單片機對前端數據初次判決為“可能異?！睍r(shí)，立即輸出一個(gè)低電平信號(1毫秒)至ADSP-BF533的面面矛腳令其復位，然后ADSP-BF533切換到全速方式(通過(guò)對ADSP～BF533的PLL編程實(shí)現)，接著(zhù)單片機通過(guò)UART向ADSP-BF533傳送數據(因數據量不大，將數據放在A(yíng)DSP-BF533內部的L1數據存儲器中)。接著(zhù)533進(jìn)行調用相應算法處理進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理，若結果異常，則啟用UART向單片機傳送另一個(gè)特定數據(如11111111)告知異常，再由單片機通過(guò)GPRS／GSM模塊通知上位機，然后ADSP-BF533再次進(jìn)入深度休眠．直至下面發(fā)生兩種情況之一才再次被激活：1．實(shí)時(shí)時(shí)鐘再次計數滿(mǎn)一天：2．單片機再次發(fā)出低電平復位信號。ADSP-BF533的工作流程如圖3所示。
圖3 ADSP-BF533的工作流程
對ADSP-BF533的編程是通過(guò)寫(xiě)相關(guān)寄存器實(shí)現的，在visual DSP++環(huán)境下使用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言均可。試驗中采用c語(yǔ)言實(shí)現，如PLL(片內鎖相環(huán))子函數的編程代碼如下：
4 結論
當今社會(huì )，電子技術(shù)廣泛應用于各種領(lǐng)域。人們對電子系統的速度和功耗提出了越來(lái)越高的要求。綜上所述。利用高性能ADSP-BF533處理器高速實(shí)時(shí)處理和低功耗的特點(diǎn)．可以使其在那些要求低功耗、高速度的實(shí)時(shí)信號處理系統中發(fā)揮無(wú)與倫比的作用。
本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：提出了一種基于單片機+ADSP BF533的雙核結構，適用于一些具有低功耗、高速實(shí)時(shí)處理特點(diǎn)的系統。利用這種雙核結構，可以兼顧高速實(shí)時(shí)數據處理和節約能源的要求，可在許多相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮無(wú)與倫比的作用。
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