DSP在信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、TigerSHARC DSP在信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：文中討論了TiserSHARC DSP在信號(hào)處理系統(tǒng)中的幾個(gè)應(yīng)用問(wèn)題。介紹了多片TigerSHARC DSP芯片構(gòu)成的信號(hào)處理系統(tǒng)組成；估計(jì)了系統(tǒng)的運(yùn)算量、所需的計(jì)算時(shí)間以及完成算法所需的DSP數(shù)目；討論了DSP復(fù)位波形的要求以及與CPLD配置芯片的關(guān)系；最后說(shuō)明了DSP的電源供電和功耗的計(jì)算方法。     關(guān)鍵詞：TigerSHARC DSP；運(yùn)算量；復(fù)位；功耗隨著人們對(duì)實(shí)時(shí)信號(hào)處理要求的不斷提高和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，作為數(shù)字信號(hào)處理核心和標(biāo)志的數(shù)字信號(hào)處理器芯片得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。本文將介紹 公

2、司的一款在信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，并將對(duì)設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題進(jìn)行討論說(shuō)明。系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各部分功能簡(jiǎn)介圖所示是一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)的硬件框圖。實(shí)際上，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件，減少片間連線，該系統(tǒng)的個(gè)以松耦合的鏈路方式進(jìn)行連接。首先由通過(guò)外部方式讀入中頻解調(diào)后的、路數(shù)據(jù)，并由對(duì)讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮匹配濾波，脈沖壓縮后進(jìn)行二次對(duì)消，以消除固定雜波。再由將處理后的數(shù)據(jù)按距離單元段通過(guò)鏈路口、分別發(fā)送給、。、主要進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，并采用滑窗加權(quán)實(shí)現(xiàn)窄帶多譜勒濾波器組。當(dāng)、完成后 再將對(duì)應(yīng)每個(gè)距離單元的個(gè)輸出數(shù)據(jù)通過(guò)鏈路口分別送到和。之后，由、先進(jìn)行求模運(yùn)算，再進(jìn)行恒虛警計(jì)算。、處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)鏈路口傳輸?shù)剑诮拥皆撔盘?hào)后，先對(duì)

3、距離單元內(nèi)個(gè)輸出進(jìn)行門(mén)限處理，并選擇其中最小雜波剩余值作為本單元的輸出。門(mén)限處理后，還應(yīng)完成視頻積累，視頻積累采用累加求平均的方式，這樣可以避免反饋積累的拖尾現(xiàn)象。視頻數(shù)據(jù)以方式通過(guò)外部口送出，并分別加到與等輸入端，前者產(chǎn)生模擬視頻，后者以差分形式送到顯示單元。圖1 簡(jiǎn)介 是一款高性能的靜態(tài)超標(biāo)量數(shù)字信號(hào)處理器，該處理器專(zhuān)為大的信號(hào)處理和通信任務(wù)而在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化。由于該處理器將非常寬的存儲(chǔ)帶寬和雙運(yùn)算模塊結(jié)合在一起，從而建立了數(shù)字信號(hào)處理器性能的新標(biāo)準(zhǔn)。靜態(tài)超標(biāo)量結(jié)構(gòu)使每周期能夠執(zhí)行多達(dá)條指令、個(gè)定點(diǎn)運(yùn)算和個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算。該 器件在三條相互獨(dú)立的寬度的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線中，每條可連接三個(gè)內(nèi)部存儲(chǔ)器中

4、的一個(gè)，并可提供個(gè)字的數(shù)據(jù)、指令及訪問(wèn)和的內(nèi)部存儲(chǔ)器帶寬。當(dāng)其運(yùn)行在時(shí)，的內(nèi)核指令周期為，同時(shí)可以提供億次的 運(yùn)算或者萬(wàn)次 運(yùn)算。 器件的主要性能如下：最高運(yùn)行速度為，指令周期為；帶有片內(nèi)；帶有雙運(yùn)算模塊每個(gè)內(nèi)部包含有一個(gè)、一個(gè)乘法器、一個(gè)移位器和一個(gè)寄存器組；具有一個(gè)外部端口、個(gè)鏈路口和可編程標(biāo)志引腳、控制器和個(gè)定時(shí)器；與用于片上仿真的標(biāo)準(zhǔn)的接口兼容；可通過(guò)共享總線無(wú)縫連接多達(dá)個(gè)- 的片內(nèi)總線仲裁。系統(tǒng)運(yùn)算量分析及計(jì)算時(shí)間估計(jì)根據(jù)信號(hào)處理任務(wù)，下面具體分析系統(tǒng)各組成部分的運(yùn)算量，并估計(jì)所需的時(shí)間，并確定完成算法所需的數(shù)目（總信號(hào)處理周期小于）。 脈沖壓縮圖所示是采用技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮濾波的算法

5、框圖。若總距離單元數(shù)為，則需做點(diǎn)復(fù)數(shù)。當(dāng)點(diǎn)復(fù)數(shù)完成后，還必須和預(yù)先存儲(chǔ)好的匹配濾波器系數(shù)相乘。一般需要做個(gè)復(fù)數(shù)乘法，相乘結(jié)果還需做點(diǎn)復(fù)數(shù)以獲得脈沖壓縮結(jié)果。 做點(diǎn)復(fù)數(shù)大約需要工作在。因此，可以充分利用 的雙運(yùn)算塊和單指令多數(shù)據(jù)特點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)距離單元的復(fù)數(shù)乘法，這種方法完成個(gè)復(fù)數(shù)乘法僅需。固定雜波對(duì)消可以采用二次對(duì)消器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其差分方程為：（）（）（）（）對(duì)于每個(gè)距離單元，它都需要取三個(gè)數(shù)、做兩個(gè)減法、一個(gè)加法并存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)，這樣，完成個(gè)距離單元的二次對(duì)消大約需要。因此，脈沖壓縮和固定雜波二次對(duì)消只需要一片便可完成，而且還有較多時(shí)間富余。 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（）用實(shí)現(xiàn)窄帶多譜勒濾波器組時(shí)，為了降低旁瓣，

6、可在系統(tǒng)中采用滑窗加權(quán)的方法，權(quán)系數(shù)為海明權(quán)，即：（）()(),其中()為雷達(dá)回波序列,而()則可用下式表示：()（） , 做點(diǎn)加權(quán)復(fù)數(shù)大約需要個(gè)指令周期，因此，當(dāng)距離單元數(shù)為時(shí)，共需。這樣，此滑窗多譜勒濾波器組考慮到運(yùn)算的輔助操作僅需要兩片 就可實(shí)現(xiàn)并行處理，且還有較多的富余時(shí)間。 求模求模可采用如下近似公式：一般情況下，求模須對(duì)每個(gè)距離單元的個(gè)通道輸出進(jìn)行運(yùn)算。 做一個(gè)通道的求模運(yùn)算需要，距離單元數(shù)為時(shí)，共需故可由兩片 并行處理。 恒虛警恒虛警算法框圖如圖所示。該算法可充分利用 的雙運(yùn)算模塊，同時(shí)并行處理兩個(gè)距離單元的兩個(gè)通道，完成個(gè)距離單元的個(gè)通道的恒虛警計(jì)算共需，故可用和并行

7、處理。 積累積累可采用簡(jiǎn)單累加求平均的方式，由于其計(jì)算量較少，因此，用一片 實(shí)現(xiàn)仍有較大時(shí)間富余。綜上所述，由 構(gòu)成的高速信號(hào)處理系統(tǒng)總共僅需片，即可對(duì)不同的距離單元段進(jìn)行并行處理。 特殊的復(fù)位方式 的上電復(fù)位波形較為特殊，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分重視，建議采用實(shí)現(xiàn)其復(fù)位。上電復(fù)位波形要求如圖所示。但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（）在供電穩(wěn)定之后必須至少大于（）必須大于個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，同時(shí)小于個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期；（） 必須大于個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。（）在上電后，如需正常復(fù)位，其低電平持續(xù)時(shí)間必須大于個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。本系統(tǒng)采用產(chǎn)生上電復(fù)位波形和時(shí)序控制。由于需要一個(gè)配置芯片，而且它和存在一個(gè)上電先后的問(wèn)題。也就是說(shuō)，在上電后，

8、如果芯片完成配置文件的讀入時(shí)，仍未上電穩(wěn)定，則應(yīng)充分延長(zhǎng)的低電平時(shí)間，以避免上電未穩(wěn)定而上電波形已結(jié)束。因此，應(yīng)保證上電穩(wěn)定先于芯片配置文件的讀入，此問(wèn)題在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以充分重視，否則將無(wú)法正常工作。電源供電及功耗估計(jì) 有三個(gè)電源，其中數(shù)字為供電；數(shù)字為內(nèi)核供電；模擬為內(nèi)部鎖相環(huán)和倍頻電路供電。 要求數(shù)字和應(yīng)同時(shí)上電。若無(wú)法嚴(yán)格同步，則應(yīng)保證內(nèi)核電源先上電，電源后上電。本系統(tǒng)在數(shù)字輸入端并聯(lián)了一個(gè)大電容，而在數(shù)字輸入端并聯(lián)了一個(gè)小電容，其目的就是為了保證充電時(shí)間大于充電時(shí)間，以便很好地解決電源供電先后的問(wèn)題。 內(nèi)核功耗估計(jì)內(nèi)核最大電流為，該電流是進(jìn)行單指令多數(shù)據(jù)（）方式下，個(gè)位定點(diǎn)字乘加與兩個(gè)四字讀取并行操作以及進(jìn)行由外部口到內(nèi)部存儲(chǔ)器操作所需的電流。實(shí)際上，內(nèi)核電流大小還和內(nèi)核工作頻率有關(guān)，圖所示是其內(nèi)核電流與頻率的關(guān)系曲線。因此，供給內(nèi)核電流可根據(jù)不同的并行處理任務(wù)和內(nèi)核工作頻率來(lái)確定。若并行處理較少，工作頻率低，所需電流就小。這樣，最大內(nèi)核功耗為：×× 外部口功耗估計(jì)外部口的功耗（對(duì)）主要是輸出引腳(例如數(shù)據(jù)線的某個(gè)位由高到低，或由低到高) 轉(zhuǎn)換的功率消耗，而且該功耗與系統(tǒng)無(wú)關(guān)。由于這種轉(zhuǎn)換的外部平均電流為，因此，功耗為：× 結(jié)束語(yǔ)本文介紹了多片 在實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。該系統(tǒng)充分利用了 高速的運(yùn)算