基于TMS320VC5409和Cygnal單片機構成的移動(dòng)數據處理傳輸系統

1 引言
　　移動(dòng)數據處理傳輸系統主要應用在小型或便攜儀器上。它能夠采集、處理和并通過(guò)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)傳送和接收數據。由于無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)的費用，應使移動(dòng)數據處理傳輸系統有較強的實(shí)時(shí)數據處理和數據壓縮功能，以減少通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)傳送和接收數據量。另外由于儀器具有體積小、便于攜帶、較長(cháng)的工作時(shí)間，電池供電等特點(diǎn)，因而要求移動(dòng)數據處理傳輸系統有較低的功耗。為達到上述目的，本文設計了一種基于Ti公司低功耗DSP芯片和Cygnal低功耗的混合信號系統級單片機移動(dòng)數據處理傳輸系統。

　　該移動(dòng)數據處理傳輸系統（見(jiàn)圖1）由三個(gè)主要DSP單元、CPU單元，GSM單元組成。經(jīng)放大、濾波后模擬信號送入CPU單元進(jìn)行A/D轉換。CPU單元將A/D轉換后的模擬信號通過(guò)HPI總線(xiàn)送入DSP單元進(jìn)行多種數據處理和數據壓縮等大量的和高速的運算（例如：FFT、小波變換、濾波、模式識別、編碼壓縮等）。運算的結果再通過(guò)HPI總線(xiàn)送入CPU單元。CPU單元還可對由DSP單元送來(lái)的信號再進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理、分析。CPU單元還分別控制其他輔助單元（例：鍵盤(pán)單元、時(shí)鐘單元、LCD單元、LED單元等）工作。CPU單元通過(guò)串口控制GSM單元通過(guò)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)傳送和接收數據。所以移動(dòng)數據處理傳輸系統實(shí)際是一個(gè)以CPU為核心的數據采集、處理系統和傳輸系統。
2 DSP單元
　　DSP單元將CPU單元通過(guò)HPI總線(xiàn)送來(lái)的A/D轉換后的原始數據信號進(jìn)行多種高速運算，運算的結果再通過(guò)HPI總線(xiàn)送入CPU單元。DSP單元可以承擔信號預處理、信號的檢測及分類(lèi)等實(shí)時(shí)性要求高、計算量大的算法。這里選用Ti公司TMS320-54系列DSP中的TMS320VC5409[1]芯片。TMS320C54X是為實(shí)現低功耗、高性能和低成本而專(zhuān)門(mén)設計的定點(diǎn)DSP芯片。TMS320C54X的主要特點(diǎn)包括：
　?、?運算速度快。指令周期為25/20/15/12.5/10ns，運算能力為40/50/66/80/100 MIPS；
　?、?優(yōu)化的CPU結構。內部有1個(gè)40位的算術(shù)邏輯單元，2個(gè)40位的累加器，2個(gè)40位加法器，1個(gè)17×17的乘法器和1個(gè)40位的桶形移位器，允許16位帶／不帶符號的乘法。有4條內部總線(xiàn)和2個(gè)地址產(chǎn)生器。此外，內部還集成了維特比加速器，用于提高維特比編譯碼的速度。
　?、?低功耗方式。TMS320C54X可以在3.3V電壓下工作，三個(gè)低功耗方式（IDLE1、IDLE2和IDLE3）可以節省DSP的功耗，TMS320C54X特別適合于無(wú)線(xiàn)移動(dòng)設備。
　?、?智能外設。除了標準的串行口和時(shí)分復用（TDM）串行口外，TMS320C54X還提供了自動(dòng)緩沖串行口BSP（auto-Buffered Serial Port）和與外部處理器通信的HPI（Host Port Interface）接口。
　　TMS320VC5409除了具有54X的特點(diǎn)外，它還有一個(gè)16位16 K的片內只讀存儲器, 一個(gè)16位32 K 的片內雙操作數據存儲器，三個(gè)多通道緩沖串型接口（McBSPs），一個(gè)增強型的具有16位數據/地址驅動(dòng)功能的8位主機接口（HPI）[2]，一個(gè)16bit定時(shí)器和6個(gè)通道（DMA）控制器，操作速率達100MIPS，支持8 兆外部的程序空間，低功耗工作：3V和1.8V（內核），特別適合電池供電設備。
在移動(dòng)數據處理傳輸系統中，CPU以主機方式運行，而VC5409以從機的方式運行。CPU單元在啟動(dòng)時(shí)控制RESDSP信號復位VC5409，在復位時(shí)將放在DCM8512SRAM（圖5）中的VC5409用戶(hù)程序經(jīng)HPI總線(xiàn)傳送到VC5409的片內高速RAM中，以提高DSP的執行速度和減少功耗。由于VC5409的HINT和INT2相連，所以當RESDSP信號為高時(shí)，VC5409引導程序（Bootloader）將以HPI[3]方式啟動(dòng)。 VC5409將自動(dòng)執行由引導程序裝入在VC5409的片內數據存儲器中程序。在其他時(shí)間VC5409經(jīng)HPI總線(xiàn)與CPU單元交換數據。為了滿(mǎn)足能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)數字信號處理需要，DSP工作頻率為100 MHz。
　　在系統功耗是系統設計首要考慮的情況下，應盡可能地選擇低電壓供電的DSP器件。選擇3.3V低電壓供電的DSP除了能減小DSP本身的功耗以降低系統的總功耗外，還可以使外部邏輯電路功耗降低，這對實(shí)現系統低功耗有著(zhù)重要的作用。另外在軟件上使用IDLE指令降低功耗。VC5409有IDLE1、IDLE2和IDLE3幾種降功耗模式。IDLE指令將CPU內部操作掛起（suspend activity），但是仍保留內部各部件邏輯的時(shí)鐘，允許串口等片內外設繼續工作。在50MHz的系統時(shí)鐘時(shí)，執行IDLE2指令所需電流的典型值為2mA。若關(guān)閉內部部件的輸入時(shí)鐘時(shí)執行IDLE3指令，這時(shí)電流值僅為20μA。