該信號處理模塊符合VME標(biāo)準(zhǔn)，采用6U雙高板結(jié)構(gòu)，模塊內(nèi)部硬件實(shí)現(xiàn)上可劃分為四級總線結(jié)構(gòu)，分別是局部總線、全局總線、PCI總線以及VME總線。在局部總線上的資源有：SBRAM、SDRAM及雙向FIFO;全局總線上的資源有：PCI總線接口、SRAM、FLASH;PCI總線上的資源有：RaceWay接口、 HOST？PCI的橋、PCI？VME的橋以及PCI？DSP的橋;VME總線上的資源有：

　　VME總線接口。

　　2.1 存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　信號處理模塊的存儲器空間包括：局部總線空間和全局總線空間。局部總線空間由局部控制寄存器空間、SBSRAM空間、SDRAM空間、FIFO空間、內(nèi)部程序存儲器空間、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間和內(nèi)部外設(shè)空間構(gòu)成。全局總線空間由全局FLASH空間、全局SRAM空間、全局總線控制寄存器空間和PCI 接口空間構(gòu)成。

　　EMIF是外部存儲器和TMS320C6701片內(nèi)各功能單元的接口，DSP訪問片外存儲器時必須通過EMIF。

　　EMIF具有很強(qiáng)的接口能力，其數(shù)據(jù)總線寬度為32b，可尋址空間為4GB，可以與目前幾乎所有類型的存儲器直接接口，數(shù)據(jù)吞吐能力最高可達(dá) 667MB/s。EMIF支持的器件類型包括：同步突發(fā)靜態(tài)RAM（SBSRAM）、同步動態(tài)RAM（SDRAM）、異步器件（包括異步SRAM、ROM 和FLASH等），異步接口速度、時序可編程，可以配合不同的器件。

　　EMIF處理的外總線請求有四種來源：片內(nèi)程序存儲器控制器發(fā)出的取指請求，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器控制器發(fā)出的數(shù)據(jù)存取請求，片內(nèi)DMA控制器的請求，外部共享存儲器設(shè)備的控制器發(fā)出的請求。當(dāng)同時有多個部分申請外總線時，由EMIF根據(jù)設(shè)置的優(yōu)先級進(jìn)行仲裁，然后響應(yīng)各個申請。一旦某個申請者根據(jù)優(yōu)先級獲得了處理權(quán)，這一處理權(quán)會一直保留到該申請者放棄請求或者是有更高優(yōu)先級的申請者提出申請，其間即便有新的申請出現(xiàn)，EMIF也不會受理。在新的申請開始得到處理之前，對于已經(jīng)獲得處理權(quán)的前一個申請者，其尚未完成的操作部分可以優(yōu)先繼續(xù)完成。

　　2.2 全局總線設(shè)計(jì)

　　模塊內(nèi)全局總線可由4個DSP、PCI接口芯片中的任何一個來占用，全局總線仲裁電路的設(shè)計(jì)是該模塊設(shè)計(jì)中的一個要點(diǎn)?？紤]到PCI接口是整個系統(tǒng)信息交換最重要的通道，它的利用率的高低直接決定了系統(tǒng)的性能，所以將其優(yōu)先權(quán)定為高，將DSP的優(yōu)先權(quán)定為低。DSP之間的仲裁采用輪轉(zhuǎn)優(yōu)先級仲裁算法。

　　DSP通過異步接口空間訪問全局總線，由于TMS320C6701的異步接口空間僅能夠提供4MB的地址空間，為了克服芯片的這個限制，采用頁面的機(jī)制擴(kuò)充異步接口空間，使該空間最大可訪問的空間達(dá)到2GB。把DSP的EMIF提供4MB的異步接口空間分為兩部分，低2MB（即A21=0）用于訪問全局資源，高2MB用于訪問每個DSP的局部資源。采用這種DSP異步接口空間的劃分方法簡化并加快了譯碼。當(dāng)復(fù)位時每個DSP的頁面寄存器都被置為 0×0000 0000，它會自動通過異步接口空間指向FLASH，實(shí)現(xiàn)自舉。當(dāng)一個DSP獲得全局總線的訪問權(quán)后，由該DSP的頁面寄存器決定全局總線地址的高11位 （GA31:GA21），全局總線地址的低位（GA20:GA2）直接由該DSP驅(qū)動，GA1和GA0由譯碼得到。

　　通過以下計(jì)算公式可以計(jì)算頁面值和頁內(nèi)偏移量：

　　頁面值=（全局總線上的地址&0XFFE00000）》21;頁內(nèi)偏移量=（全局總線上的地址&0X001FFFFF）;軟件通過以上計(jì)算公式給出當(dāng)前全局地址訪問的頁面值和頁內(nèi)偏移量。頁面值決定高位地址（GLA21~GLA31），頁內(nèi)偏移量決定于DSP的低位地址線 （EA2~EA20），這樣就將全局總線地址映射到DSP的物理空間CE0的全局總線空間內(nèi)。

　　2.3 調(diào)試接口

　　JTAG是基于IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的一種邊界掃描測試方式。TI公司為C6000系列DSP提供了JTAG端口支持，結(jié)合配套的仿真軟件可以訪問DSP的所有資源，包括片內(nèi)寄存器以及所有的存儲器，從而提供了一個實(shí)時的硬件仿真與調(diào)試環(huán)境，便于開發(fā)人員進(jìn)行系統(tǒng)軟件調(diào)試。

　　該信號處理模塊提供兩種方式的JTAG調(diào)試。一種方式是使用TI的XDS510仿真器和JTAG仿真協(xié)議給信號處理模塊下載程序，在軟件開發(fā)和調(diào)試時控制程序的執(zhí)行。另一種方式是使用TI的代碼編譯開發(fā)環(huán)境和Pentek的SwiftNet通信協(xié)議給信號處理模塊下載程序和進(jìn)行調(diào)試。這兩種方式可通過一個選擇器進(jìn)行選擇使用。

　　該信號處理板上有4片DSP，需要進(jìn)行多處理器仿真調(diào)試，將DSP的JTAG端口和JTAG仿真器或JTAG控制器間以菊花鏈方式互連。JTAG調(diào)試接口電路如圖2所示。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，功能也越來越強(qiáng)。對于不同的系統(tǒng)應(yīng)用需要采用定制信號處理算法。

　　在實(shí)時操作系統(tǒng)支持下開發(fā)DSP算法，方便快捷，程序思路清晰，便于代碼調(diào)試和重用，但是目前大多數(shù)DSP實(shí)際應(yīng)用中，仍然采用與早期單片機(jī)開發(fā)一樣的開發(fā)方式，用匯編語言直接在硬件層上開發(fā)。開發(fā)模式的局限，已經(jīng)嚴(yán)重影響了DSP以及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展。

　　并且隨著對DSP系統(tǒng)性能要求的迅速提高，DSP軟件將會日益復(fù)雜，特別是開發(fā)大規(guī)模并行系統(tǒng)的軟件，處理機(jī)之間的通信與同步、資源管理、并行任務(wù)分配等都是相當(dāng)繁重的工作。如果完全由程序員手工完成，將增加研發(fā)周期，軟件質(zhì)量也難以保證。因此，需要將這些底層的工作交給系統(tǒng)軟件來處理，程序員的精力集中于信號處理算法的實(shí)現(xiàn)。

　　信號處理模塊主要承擔(dān)高速實(shí)時信號處理任務(wù)，使用DSP陣列。如上所述，并行DSP上使用操作系統(tǒng)，將會使復(fù)雜的并行程序開發(fā)變得相對容易并且效率高。

　　因此，可以考慮選擇系統(tǒng)性能較好并且開發(fā)工具齊全的COTS產(chǎn)品，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，將并行調(diào)試技術(shù)、負(fù)載平衡技術(shù)等融合進(jìn)去。

　　VSPWorks操作系統(tǒng)是Wind River公司推出的用于DSP的內(nèi)存占用量小的高性能實(shí)時操作系統(tǒng)。VSPWorks RTOS能夠與VxWorks RTOS進(jìn)行通信，這樣開發(fā)者就可以很容易設(shè)計(jì)出DSP與通用處理器組合在一起的系統(tǒng)。因此，在實(shí)現(xiàn)信號處理模塊的操作系統(tǒng)時，選用VSPWorks操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，擴(kuò)充并行調(diào)試和負(fù)載平衡等功能。另外，還要考慮系統(tǒng)的容錯和重構(gòu)等問題。

　　作為通用的信號處理平臺，是否受用戶歡迎，很大程度并不在于技術(shù)的先進(jìn)性，而在于其開發(fā)工具是否友好，開發(fā)環(huán)境是否完備。該信號處理模塊為了方便用戶應(yīng)用，提供良好的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），在IDE中不但包括編輯、編譯、連接等一般工具，另外還針對并行系統(tǒng)開發(fā)的要求提供了任務(wù)加載工具、并行調(diào)試工具和負(fù)載平衡分析工具等。該開發(fā)環(huán)境在宿主機(jī)上運(yùn)行，通過調(diào)試口（如RS232、JTAG）與目標(biāo)系統(tǒng)連接。

　　該信號處理模塊軟件開發(fā)環(huán)境包含三個高度集成的部分：運(yùn)行在宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)上的強(qiáng)有力的交叉開發(fā)工具和實(shí)用程序;運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的高性能、可裁剪的實(shí)時操作系統(tǒng);連接宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的多種通信方式，如：以太網(wǎng)、串口線、仿真器等。信號處理模塊軟件開發(fā)環(huán)境如圖3所示。

　　4 結(jié)語

　　本文通過對信號處理實(shí)時性、通用性需求的深入研究，提出了基于TMS320C6701處理器的高性能通用信號處理平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)論述了該平臺的通信網(wǎng)絡(luò)、存儲器系統(tǒng)、調(diào)試電路等的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了支持信號處理器的實(shí)時操作系統(tǒng)VSPWorks配置，完善了信號處理平臺軟件開發(fā)環(huán)境。通過把不同分辨率的合成孔徑雷達(dá)成像的計(jì)算過程映射到不同規(guī)模的信號處理模塊組成的并行信號處理系統(tǒng)上，處理能力、存儲容量、通信帶寬等均能滿足系統(tǒng)需求，證明了該信號處理平臺的通用性、可擴(kuò)展性及應(yīng)對大規(guī)模浮點(diǎn)處理的有效性。