TMC2310DSP芯片在水下目標檢測中的應用
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近二十年來,相繼出現了許多重要的目標檢測及參數估計算法,如分裂波束精確測向算法[2]、ARMA法[4]、MUSIC法[5]和ESPRIT法[6]等DOA估計方法,以及LMS算法[7]等自適應信號處理方法.這些算法的實現,大多需要通過一些通用的數學運算以及矩陣運算,并采用如FFT、IFFT等快速算法,而這些運算均可方便地利用TMC2310器件來實現.本文將對TMC2310芯片應用于水下目標的檢測與估計進行介紹.
1 TMC2310簡介
TMC2310是美TRW公司生產的高速度(實現一次基二蝶形運算僅需100ns)、多功能(共有16種運算功能)、可編程的專用數字信號處理(DSP)器件,其使用靈活、操作方便、性價比高,可廣泛應用于雷達、聲納、通訊及虛擬儀器等領域.
1.1 主要特點
·可自動或手動地實現浮點塊的溢出調整
·具有流水線及管道操作兩種尋址方式
·用戶可編程窗函數功能
·具有片內系數存儲器
·具有兩個算術運算單元
·19bit的運算精度及輸出位寬
1.2 主要功能
·可同時構成兩路并行的FIE濾波器(16～1024階)
·可構成自適應FIR濾波器
·可進行實數、復數的乘及乘加運算
·可進行復數求模及陣列矢量的平方運算
1.3 結構與管腳
TMC2310由兩個算術單元(AE0、AE1)、片內系數ROM、控制邏輯單元和外部接口電路五個主要部分構成,其邏輯框圖見圖1.每個算術單元包括一個乘法序列電路和乘—加算術邏輯電路塊.該芯片采用了88引腳的PGA封裝形式.
管腳定義如下:
VDDVSS 電源輸入引腳,采用單一+5V供電
CLK 系統時鐘輸入引腳
讀信號,低電平有效
寫信號,低電平有效
SEMSEL 外部存儲器選擇信號輸出引腳
SCEN 定標輸出允許引腳
CMD0～CMD1 控制命令輸入引腳
W0～W16 雙功能數據總線,用于輸入窗函數、 濾波器系數及輸出定標器的移位指數和最后一次溢出
AD0～AD9 外部數據存儲器地址總線
RG0～RG18 實部雙向數據總線
IM0～IM18 虛部雙向數據總線
1.4 配制寄存器
TMC2310片內有兩個16bit的配制寄存器(CR1、CR2),用來對TMC2310進行編程設置,其主要用途如下:
CR1 用來設定芯片的處理功能、轉換長度、輸出格式及定標方式;
CR2 主要用來設定尋址方式和變換路數(1～64路).
2 電路設計
由于TMC2310是可編程的專用DSP器件,我們用一片TMS320C25 DSP器件與之配合,采用主從結構、并行處理方式,加上外圍共享存儲器陣列對等組成處理模塊.TMS320C25除對TMC2310進行編程及控制外,還以并行運算處理的方式完成一些后續處理及輔助運算(如數據抽取、積分等).整個電路系統采用模塊化設計,便于調試及擴展.信號處理模塊原理框圖如圖2所示.
在圖2中,TMC2310和TMS320C25之間設計了一個以乒乓方式工作的雙口RAM陣列,其作用有四:(1)存放待處理的數據(實部數據放在REM塊,虛部數據放在IMM塊);(2)存放TMC2310所需的系數或參數(放在WDM塊);(3)存放TMC2310的輸出結果并作為TMC2310中間結果緩存;(4)構成TMS320C25的運算內存.為了便于構成系統及滿足實時需要,用一片IDT7025雙口RAM(8K×16)構成一個TMS320C25與外部共享的RAM區,以便實時地與外部進行數據交換和通訊.這個雙口RAM區也以乒乓方式工作,以增強模塊的寬容性.
3 軟件設計
TMS320C25的主要任務有:(1)根據功能需要對TMC2310進行編程設置及控制管理;(2)與TMC2310進行數據交換;(3)完成部分處理運算(如:抽樣、積分、數值及參量計算等);(4)與系統進行通訊(如數據輸入輸出及功能、方式的設立等).我們將這些內容分成不同的子程序按模塊進行設計,既便于調試又易于功能擴展.
軟件主要由一個主程序與若干個子程序模塊組成.主要的模塊有:TMC2310的設置與控制;與外部的通訊;數據的輸出、數據加載、系數加載及十幾個運算子模塊.由于篇幅有限,以下僅給出主程序流程框圖(見圖3).
將TMC2310應用于水下目標的檢測與估計,具有速度快、功能強、可編程、易操作等特點.我們用其開發研制的信號處理模塊,體積小、易擴展.組成的系統能在飛機、艦船等環境下可靠工作.幾年來,經水池、湖及海上的多次試驗和試用,證明其設計合理、應用成功,已投入小批量生產.此外還可用于雷達、通訊及虛擬儀器等許多領域,具有很好的應用前景.
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