基于A(yíng)DSP-BF533的數字通信信號發(fā)生器設計

0 引言

在通信對抗的研究中，要想模擬出真實(shí)數字通信信號場(chǎng)景，數字通信信號發(fā)生器是不可或缺的儀器。而市面上的通信信號發(fā)生器價(jià)格十分昂貴，功能也比較簡(jiǎn)單。而且這類(lèi)通信信號發(fā)生器的輸出碼元不可控，信噪比及干信比也不能動(dòng)態(tài)調節，因此無(wú)法模擬多種調制類(lèi)型通信信號的混合環(huán)境，用作通信對抗系統的性能測試信號源極為不便。所以開(kāi)展高精度通信信號及噪聲干擾波形的重構方法研究工作，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

1 ADSP-BF533芯片簡(jiǎn)介

ADSP-BF533是Blackfin系列的中高性能產(chǎn)品，專(zhuān)門(mén)針對多媒體(特別是視頻處理)和通信方面的各種應用。其內部包含2個(gè)乘／累加器(MAC)，2個(gè)40位的ALU，4 個(gè)視頻ALU和1個(gè)40位移位器。BF533內核工作時(shí)鐘可高達600 MHz。運算單元處理來(lái)自寄存器組的8位、16位或者32位數據。

BF533的每個(gè)MAC每周期可完成一個(gè)16位乘16位的乘法運算，并可把結果累加到40位的累加器中，同時(shí)可提供8位的精度擴展。其ALU單元執行標準的算術(shù)和邏輯運算，兩個(gè)ALU可處理16或32位的數據，運算單元具有很大的靈活性．因此可以滿(mǎn)足各種應用中信號處理的要求。

ADSP-BF533把存儲器視為一個(gè)統一的4GBytes的地址空間。所有的資源，包括內部存儲器、外部存儲器和I／O控制寄存器，都占據公共地址空間中相應的部分，并且相互獨立。此地址空間的各部分存儲器按分級結構排列，以提供高性能價(jià)格比。高速、低延遲、小容量的存儲器(如CACHE或 SRAM)的位置非常接近處理器，而低速、高延遲、大容量、低成本的存儲器(如SDRAM或Flash)遠離處理器。

BF533內的L1存儲器是內核中性能最高最重要的存儲器；L2存儲器用以提供額外的存儲能力，性能較低：片外存儲系統通過(guò)外部總線(xiàn)接口單元 (EBIU)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)；異步存儲器單元可以連接4個(gè)異步存儲器bank或IO接口，每個(gè)bank可支持最大1MBytes物理尋址空問(wèn)；同步存儲器單元可以由SDRAM進(jìn)行擴展，可以訪(fǎng)問(wèn)多達128MBytes的物理存儲空間；存儲器的DMA控制器提供高帶寬的數據傳輸能力，能夠在內部L1／L2存儲器和外部存儲器空間之間完成代碼或數據的塊傳輸。

另外，ADSP-BF533還提供一個(gè)可直接與并行A／D和D／A轉換器、符合ITU-656 標準的視頻編碼和解碼器以及其它通用外設連接的并行接口(PPI)。PPI包括一個(gè)專(zhuān)用時(shí)鐘引腳、多達3個(gè)幀同步引腳和多達16個(gè)數據引腳。PPI的通用模式分為4種主要的工作方式，即：內部產(chǎn)生幀同步中信號的數據接收，外部產(chǎn)生幀同步信號的數據接收，內部產(chǎn)生幀同步信號的數據發(fā)送，外部產(chǎn)生幀同步信號的數據發(fā)送。每種每個(gè)PPI_CLK時(shí)鐘周期可傳送高達16 bits的數據，廣泛應用于各種數據采集和數據傳輸的場(chǎng)合。

2 系統硬件設計

數字通信信號發(fā)生器系統分為兩大模塊：微型計算機模塊和波形產(chǎn)生模塊。其中微型計算機為通用計算機或PC，波形發(fā)生模塊為設計的信號發(fā)生板卡。圖1所示為系統總體框圖。

通用微型計算機首先根據用戶(hù)輸入的參數．分別產(chǎn)生各種類(lèi)型的數字調制信號和高斯窄帶白噪聲及各種類(lèi)型的干擾信號，然后將數據通過(guò)USB接口傳送到信號發(fā)生板卡。信號發(fā)生板卡再通過(guò)波形產(chǎn)生控制器循環(huán)取出通信波形存儲器和干擾／噪聲存儲器中的數據，最后通過(guò)DAC產(chǎn)生連續的數字通信信號波形。圖2所示為系統硬件設計框圖。

硬件設計中的DSP1為整個(gè)系統的核心，可直接和微型計算機通信，并且控制著(zhù)DSP2的加載和運行。DSP1的加載方式為BMODE 01方式，從外部Flash加載；DSP2為BMODE 10方式，通過(guò)SlaveSPI接口加載。

DSP1首先接收微型計算機通過(guò)USB接口傳送的波形數據包，并將數據包中的通信波形或通信環(huán)境波形數據以MDMA方式傳送到通信／通信信號環(huán)境波形數據存儲器(SDRAM1)。同時(shí)將噪聲數據以SPI MDA方式傳送到DSP2的內部RAM中，然后在DSP2接收后，將噪聲／干擾數據以MDMA方式分別存儲到噪聲／干擾數據存儲段(SDRAM2)內。 DSP1通過(guò)SPI非DMA方式傳送信噪比／干信比參數到DSP2的內部RAM中。其中通信數據的高位(D15)為基帶碼流數據，D14為同步信號，用于測試基帶碼流。

系統中，所有波形參數的采樣頻率為10MHz，數據容量為16 M×16位，可存儲1.5秒鐘的波形數據。數據有效位數為14位。DSP1通過(guò)PPIDMA方式直接從SDRAM1中循環(huán)讀取通信波形數據傳送給 DAC1，產(chǎn)生通信波形。DSP2利用程序產(chǎn)生隨機地址，得到MDAM0的起始地址，然后將存儲的噪聲波形數據從SDRAM2中讀入DSP2內部RAM 中，并且根據信噪比在內部RAM中進(jìn)行幅度加權，然后通過(guò)PPI DMA傳送給DAC2，產(chǎn)生噪聲波形。若包含干擾信號，DSP2需要通過(guò)MD-MAl將干擾數據讀入內部RAM，并根據干信比在內部RAM中進(jìn)行幅度加權，然后和噪聲疊加，再通過(guò)PPI DMA輸出到DAC2來(lái)產(chǎn)生干擾與噪聲的混合波形。其中PPI時(shí)鐘PPI_CLK信號均由各DSP的定時(shí)器產(chǎn)生。

兩個(gè)DAC的位數是14位，并且設置為4倍插值方式，即DAC輸入數據率為10MSPS，輸出轉換速率為40MSPS。DAC轉換需要的時(shí)鐘與 PPI_CLK共用，DAC連接在BF533PPI總線(xiàn)的低14位PPI13～PPI0?；鶐Тa流通過(guò)DSPl的PPI15引腳輸出，同步信號通過(guò) DSP1的PPI14引腳輸出，經(jīng)過(guò)74AC11244驅動(dòng)輸出波形。

DAC輸出的模擬信號后經(jīng)過(guò)AD8054緩沖放大，再經(jīng)信號和噪聲合成后分為兩路，可作為測試波形和信號源。若需要模擬通信信號環(huán)境，需要在微型計算機中計算多種信號的疊加數據，然后傳送到通信／通信信號環(huán)境數據存儲器(SDRAM1)中，其它過(guò)程均與通信方式相同。此模式下不能測試基帶碼流，但仍可測試同步信號。

3 系統軟件設計

系統中的微型計算機采用Windows 2000／XP操作系統，其USB驅動(dòng)程序由DDK開(kāi)發(fā)，控制應用程序可通過(guò)VS2005進(jìn)行開(kāi)發(fā)。計算機可根據用戶(hù)的輸入參數產(chǎn)生2ASK、2FSK、 8FSK、2PSK、2DPSK、QPSK、QDPSK等通信信號或者它們幾種混合的通信環(huán)境信號，窄帶高斯白噪聲和噪聲干擾、局部頻帶干擾、梳狀干擾、相關(guān)干擾信號．并可將數據打包后通過(guò)USB接口發(fā)送到信號發(fā)生板卡。隨后由計算機通過(guò)發(fā)送控制命令字的方式來(lái)處理數據，主要是開(kāi)始輸出波形、停止輸出波形，更新波形數據，更新通信信號環(huán)境波形數據，更新干擾／噪聲數據，更新信噪比或干信比。

系統的軟件設計主要是針對BF533進(jìn)行編程。Blackfin系列DSP在軟件方面支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，同時(shí)支持二者的混合編程。C語(yǔ)言程序結構好、可讀性強、易移植，但對于中斷的處理速度慢。匯編語(yǔ)言處理速度快但可讀性差，不易調試。C和匯編混合編程結合了各自的優(yōu)勢，能構造出結構好且執行速度快的程序。本系統的軟件程序流程圖如圖3所示。另外，在編程過(guò)程中主要注意以下事項：

(1)無(wú)論用C還是匯編，系統中只有一組相同的寄存器可供使用，因此要使用這些寄存器，子函數必須先保存，返回之前恢復。

(2)要嚴格按照寄存器的類(lèi)型來(lái)使用，不同類(lèi)型的寄存器不可混用。

(3)盡量節省寄存器資源。

(4)為了提高代碼運行的速度，要善于使用并行指令。

在本系統中，中斷與DMA方式運用較多，主要用到了PF中斷、MDMA中斷、SPI DMA中斷和PPI DMA中斷，系統中斷控制器可控制所有的系統中斷，并且管理他們的優(yōu)先級。DMA不需要內核參入，在DMA運行中內核可以用于計算也可以響應中斷。

系統上電后，DSP1先從Flash中讀取自身的加載代碼，然后再從Flash中讀取DSP2的加載代碼通過(guò)SPI接口傳送到DSP2加載 DSP2，最后再初始化系統時(shí)鐘、SDRAM、NET2272USB控制芯片，進(jìn)入等待微機用戶(hù)指令狀態(tài)。

4 結束語(yǔ)

該數字通信信號發(fā)生器只需要在通用微機或者PC機上安裝軟件即可實(shí)現，其成本低，效率高，實(shí)時(shí)性好，特別是在通信對抗信號源模擬方面，更是顯示了無(wú)可比擬的優(yōu)越性。