DSP在信號處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、TigerSHARC DSP在信號處理系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：文中討論了TiserSHARC DSP在信號處理系統(tǒng)中的幾個應(yīng)用問題。介紹了多片TigerSHARC DSP芯片構(gòu)成的信號處理系統(tǒng)組成；估計了系統(tǒng)的運算量、所需的計算時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；最后說明了DSP的電源供電和功耗的計算方法。     關(guān)鍵詞：TigerSHARC DSP；運算量；復(fù)位；功耗隨著人們對實時信號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)字信號處理核心和標志的數(shù)字信號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、司的一款在信號處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，并將對設(shè)計中的一些問題進行討論說明。系統(tǒng)設(shè)計及各部分功能簡介圖所示是一個信號處理系統(tǒng)的硬件框圖。實際上，為了簡化系統(tǒng)硬件，減少片間連線，該系統(tǒng)的個以松耦合的鏈路方式進行連接。首先由通過外部方式讀入中頻解調(diào)后的、路數(shù)據(jù)，并由對讀入數(shù)據(jù)進行脈沖壓縮匹配濾波，脈沖壓縮后進行二次對消，以消除固定雜波。再由將處理后的數(shù)據(jù)按距離單元段通過鏈路口、分別發(fā)送給、。、主要進行目標檢測，并采用滑窗加權(quán)實現(xiàn)窄帶多譜勒濾波器組。當(dāng)、完成后 再將對應(yīng)每個距離單元的個輸出數(shù)據(jù)通過鏈路口分別送到和。之后，由、先進行求模運算，再進行恒虛警計算。、處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)鏈路口傳輸?shù)剑诮拥皆撔盘柡?，先?/p>

3、距離單元內(nèi)個輸出進行門限處理，并選擇其中最小雜波剩余值作為本單元的輸出。門限處理后，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 簡介 是一款高性能的靜態(tài)超標量數(shù)字信號處理器，該處理器專為大的信號處理和通信任務(wù)而在結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化。由于該處理器將非常寬的存儲帶寬和雙運算模塊結(jié)合在一起，從而建立了數(shù)字信號處理器性能的新標準。靜態(tài)超標量結(jié)構(gòu)使每周期能夠執(zhí)行多達條指令、個定點運算和個浮點運算。該 器件在三條相互獨立的寬度的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線中，每條可連接三個內(nèi)部存儲器中

4、的一個，并可提供個字的數(shù)據(jù)、指令及訪問和的內(nèi)部存儲器帶寬。當(dāng)其運行在時，的內(nèi)核指令周期為，同時可以提供億次的 運算或者萬次 運算。 器件的主要性能如下：最高運行速度為，指令周期為；帶有片內(nèi)；帶有雙運算模塊每個內(nèi)部包含有一個、一個乘法器、一個移位器和一個寄存器組；具有一個外部端口、個鏈路口和可編程標志引腳、控制器和個定時器；與用于片上仿真的標準的接口兼容；可通過共享總線無縫連接多達個- 的片內(nèi)總線仲裁。系統(tǒng)運算量分析及計算時間估計根據(jù)信號處理任務(wù)，下面具體分析系統(tǒng)各組成部分的運算量，并估計所需的時間，并確定完成算法所需的數(shù)目（總信號處理周期小于）。 脈沖壓縮圖所示是采用技術(shù)實現(xiàn)脈沖壓縮濾波的算法

5、框圖。若總距離單元數(shù)為，則需做點復(fù)數(shù)。當(dāng)點復(fù)數(shù)完成后，還必須和預(yù)先存儲好的匹配濾波器系數(shù)相乘。一般需要做個復(fù)數(shù)乘法，相乘結(jié)果還需做點復(fù)數(shù)以獲得脈沖壓縮結(jié)果。 做點復(fù)數(shù)大約需要工作在。因此，可以充分利用 的雙運算塊和單指令多數(shù)據(jù)特點同時進行兩個距離單元的復(fù)數(shù)乘法，這種方法完成個復(fù)數(shù)乘法僅需。固定雜波對消可以采用二次對消器來實現(xiàn)，其差分方程為：（）（）（）（）對于每個距離單元，它都需要取三個數(shù)、做兩個減法、一個加法并存儲一個數(shù)，這樣，完成個距離單元的二次對消大約需要。因此，脈沖壓縮和固定雜波二次對消只需要一片便可完成，而且還有較多時間富余。 動目標檢測（）用實現(xiàn)窄帶多譜勒濾波器組時，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()為雷達回波序列,而()則可用下式表示：()（） , 做點加權(quán)復(fù)數(shù)大約需要個指令周期，因此，當(dāng)距離單元數(shù)為時，共需。這樣，此滑窗多譜勒濾波器組考慮到運算的輔助操作僅需要兩片 就可實現(xiàn)并行處理，且還有較多的富余時間。 求模求模可采用如下近似公式：一般情況下，求模須對每個距離單元的個通道輸出進行運算。 做一個通道的求模運算需要，距離單元數(shù)為時，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 的雙運算模塊，同時并行處理兩個距離單元的兩個通道，完成個距離單元的個通道的恒虛警計算共需，故可用和并行

7、處理。 積累積累可采用簡單累加求平均的方式，由于其計算量較少，因此，用一片 實現(xiàn)仍有較大時間富余。綜上所述，由 構(gòu)成的高速信號處理系統(tǒng)總共僅需片，即可對不同的距離單元段進行并行處理。 特殊的復(fù)位方式 的上電復(fù)位波形較為特殊，在設(shè)計時應(yīng)充分重視，建議采用實現(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：（）在供電穩(wěn)定之后必須至少大于（）必須大于個系統(tǒng)時鐘周期，同時小于個系統(tǒng)時鐘周期；（） 必須大于個系統(tǒng)時鐘周期。（）在上電后，如需正常復(fù)位，其低電平持續(xù)時間必須大于個系統(tǒng)時鐘周期。本系統(tǒng)采用產(chǎn)生上電復(fù)位波形和時序控制。由于需要一個配置芯片，而且它和存在一個上電先后的問題。也就是說，在上電后，

8、如果芯片完成配置文件的讀入時，仍未上電穩(wěn)定，則應(yīng)充分延長的低電平時間，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，此問題在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)予以充分重視，否則將無法正常工作。電源供電及功耗估計 有三個電源，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)同時上電。若無法嚴格同步，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)了一個大電容，而在數(shù)字輸入端并聯(lián)了一個小電容，其目的就是為了保證充電時間大于充電時間，以便很好地解決電源供電先后的問題。 內(nèi)核功耗估計內(nèi)核最大電流為，該電流是進行單指令多數(shù)據(jù)（）方式下，個位定點字乘加與兩個四字讀取并行操作以及進行由外部口到內(nèi)部存儲器操作所需的電流。實際上，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：×× 外部口功耗估計外部口的功耗（對）主要是輸出引腳(例如數(shù)據(jù)線的某個位由高到低，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)束語本文介紹了多片 在實時信號處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。該系統(tǒng)充分利用了 高速的運算