基于dsp的智能串口屏設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自20世紀(jì)60年代以來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理日漸成為一項(xiàng)成熟技術(shù)，并在多項(xiàng)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸取代模擬信號(hào)處理系統(tǒng)。DSP技術(shù)設(shè)備具有靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、速度快、性能穩(wěn)定和易于升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)。以DSP為核心的控制器在控制過(guò)程中需要將許多參數(shù)顯示給客戶，同時(shí)有的參數(shù)針對(duì)可編程控制器需要在線修改，因此可以選著具有人機(jī)交互能力的人機(jī)

2、界面觸摸屏解決這一問(wèn)題。接觸屏一般是針對(duì)可編程控制器（PLC）所設(shè)計(jì)的，不能與DSP直接通信，觸摸屏要與DSP通信需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序。</p><p>　　本文論述了基于 DSP 的嵌入式系統(tǒng)中智能串口和 1553 總線擴(kuò)展的研究與實(shí)現(xiàn)。在硬件設(shè)計(jì)方面，首先研究了 TMS320C6713 DSP 處理器的芯片架構(gòu)及應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)例，詳細(xì)地論述了DSP擴(kuò)展模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。然后通過(guò)研究通用UART芯片 SC16C

3、654 的 FIFO 功能，圍繞 DSP 和單片機(jī)進(jìn)行了智能串口的硬件設(shè)計(jì)。最后，在研究 EP-H31580 1553 總線芯片的基本功能和讀寫(xiě)時(shí)序的基礎(chǔ)上，完成了1553 總線模塊的硬件設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)方面，首先進(jìn)行了智能串口的數(shù)據(jù)通信協(xié)議設(shè)計(jì)，并圍繞協(xié)議進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。然后設(shè)計(jì)了 DSP 初始化模塊的相關(guān)程序，并完成了擴(kuò)展存儲(chǔ)器的軟件測(cè)試。最后進(jìn)行了 1553 總線的聯(lián)機(jī)調(diào)試。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)

4、字信號(hào)處理；人機(jī)界面觸摸屏；數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 串口</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Since the nineteen sixties, digital signal processing has become a mature technology, and in a number of application

5、areas gradually replacing the analog signal processing system.DSP device having a flexible, accurate, strong anti-interference capability, small device size, speed, stable performance and easy to upgrade etc..With DSP as

6、 the core controller in control process needs many parameters displayed to the customer, at the same time some parameters for programmable controller on-line modif</p><p>　　Keywords: digital signal process

7、ing; man-machine interface touch screen; UniversalAsynchronous Receiver /Transmitter (UART)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract

8、2</p><p><b>　　前 言5</b></p><p><b>　　第一章 緒論6</b></p><p>　　1.1 觸摸屏原理6</p><p>　　1.2 觸摸屏的分類6</p><p>　　1.3 觸摸屏顯示器技術(shù)簡(jiǎn)介8</p>&l

9、t;p>　　第二章 數(shù)字信號(hào)控制器9</p><p>　　2.1 DSP的特點(diǎn)及基本結(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.3TMS320C6713 概述10</p><p>　　2.4 DSP系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)流程11</p><p>　　2.5 CCSv4概述12</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件電路

10、設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1 DSP擴(kuò)展模塊硬件電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1.1 DSP擴(kuò)展總體結(jié)構(gòu)14</p><p>　　3.1.2MS320C6713內(nèi)部結(jié)構(gòu)14</p><p>　　3.1.3 DSP復(fù)位電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1.4. 上電復(fù)位16</p&g

11、t;<p>　　3.1.5按鍵復(fù)位17</p><p>　　3.1.6 FLASH存儲(chǔ)器擴(kuò)展18</p><p>　　3.1.7 DSP的JTAG電路設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.2 智能串口模塊硬件電路設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.2.1 智能串口總體結(jié)構(gòu)20</p><p>　　3.

12、2.2 單片機(jī)及硬件電路擴(kuò)展21</p><p>　　3.2.4 SC16C654 及硬件電路設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.2.5 串口光電隔離電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1智能串口模塊協(xié)議設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)24</p><p>　　4.1.1 智能串

13、口協(xié)議設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1.2 DSP發(fā)送數(shù)據(jù)流程26</p><p>　　4.1.3 單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)流程27</p><p>　　4.1.4 單片機(jī)接收數(shù)據(jù)流程29</p><p>　　4.1.5 DSP接收數(shù)據(jù)流程29</p><p>　　4.2 DSP擴(kuò)展模塊軟件測(cè)試29</p&

14、gt;<p>　　4.2.1 PLL倍頻設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.2.2 EMIF初始化設(shè)置31</p><p>　　4.2.3 FLASH存儲(chǔ)器軟件測(cè)試32</p><p>　　4.2.4 SDRAM存儲(chǔ)器軟件測(cè)試34</p><p>　　第五章 串口屏的應(yīng)用設(shè)計(jì)35</p><p>

15、;　　5.1 觸控配置35</p><p>　　5.2 觸控界面設(shè)計(jì)36</p><p>　　5.3 系統(tǒng)配置和外設(shè)38</p><p>　　5.4 產(chǎn)品設(shè)計(jì)39</p><p>　　第六章 結(jié)論與展望40</p><p><b>　　結(jié) 論41</b></p><

16、;p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　致謝43</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著信息時(shí)代的進(jìn)步，信息技術(shù)的發(fā)展作為信息顯示的液晶顯示的應(yīng)用領(lǐng)域，也在不斷擴(kuò)展。十幾年前，液晶顯示開(kāi)始大規(guī)模從“筆段型顯示”轉(zhuǎn)向“點(diǎn)陣型顯示

17、”儀器，儀表產(chǎn)品中也只有那些號(hào)稱智能儀表的產(chǎn)品才能使用。時(shí)至今日，液晶顯示已經(jīng)深入到了人類生存的各個(gè)領(lǐng)域。凡是需要使用顯示的地方或產(chǎn)品，幾乎沒(méi)有不使用液晶顯示的。雖然有些產(chǎn)品可能以前就使用液晶顯示，但是今天使用的液晶顯示產(chǎn)品無(wú)論從技術(shù)上還是從質(zhì)量上或功能上都有了質(zhì)的提高和飛躍。液晶顯示應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展是和液晶顯示應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大密不可分。 </p><p>　　由于計(jì)算機(jī)硬件成本的降低，HMI產(chǎn)品

18、將以平板PC計(jì)算機(jī)為HMI硬件的高端產(chǎn)品為主，因?yàn)檫@種高端的產(chǎn)品在處理器速度、存儲(chǔ)容量、通訊接口種類和數(shù)量、組網(wǎng)能力、軟件資源共享上都有較大的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)HMI產(chǎn)品的發(fā)展方向。</p><p>　　HMI是Human Machine Interface 的縮寫(xiě)，“人機(jī)接口”，也叫人機(jī)界面。人機(jī)界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換

19、。人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 觸摸屏原理</b></p><p>　　觸摸屏包含上下疊合的兩個(gè)透明

20、層，四線和八線觸摸屏由兩層具有相同表面電阻的透明阻性材料組成，五線和七線觸摸屏由一個(gè)阻性層和一個(gè)導(dǎo)電層組成，通常還要用一種彈性材料來(lái)將兩層隔開(kāi)。當(dāng)觸摸屏表面受到的壓力(如通過(guò)筆尖或手指進(jìn)行按壓)足夠大時(shí)，頂層與底層之間會(huì)產(chǎn)生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來(lái)產(chǎn)生代表X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)的電壓。</p><p>　　1.2 觸摸屏的分類</p><p>　　根據(jù)工作原理不同，觸摸屏被分為不

21、同種類，比較常見(jiàn)的包括電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏和紅外式觸摸屏等等。電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏是一種多層的復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，內(nèi)表面涂有一層透明的ITO（氧化銦）導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層ITO，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明絕緣子把它們隔開(kāi)。當(dāng)手指接觸屏幕使之凹陷時(shí)，兩層ITO導(dǎo)電層之間出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，傳感器偵測(cè)到接通點(diǎn)后，由集成電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并得到觸摸點(diǎn)的Y

22、軸和X軸的坐標(biāo)。根據(jù)引出線數(shù)多少，電阻式觸摸屏分為四線式、五線式、八線式等種類，有的基層直接使用導(dǎo)電玻璃或者有機(jī)導(dǎo)電薄膜。電阻式觸摸屏的價(jià)格比較低廉，能在較為惡劣的環(huán)境下工作，并且利于大規(guī)模生產(chǎn)，因此成為發(fā)展最早、用途最為廣泛的觸摸屏。目前全球生產(chǎn)的觸摸屏中，電阻式觸摸屏占90%以上。在手機(jī)領(lǐng)域，電阻式觸摸屏也有應(yīng)用，比如此前廣受歡迎的HTC Touch Diamond等等。不過(guò)，電阻式觸摸屏較大的缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)觸摸，這也限制了

23、它在高端智能手機(jī)和游戲機(jī)中的應(yīng)用</p><p><b>　　2）電容式觸摸屏</b></p><p>　　電容式觸摸屏又可以細(xì)分為表面式和投射式兩種，表面式電容觸摸屏多用于ATM機(jī)和街機(jī)等大型設(shè)備，而投射式電容觸摸屏多用于手機(jī)。電容式觸摸屏是在玻璃屏幕上鍍有一層透明的薄膜導(dǎo)體層，在導(dǎo)體層外再附加了一塊保護(hù)玻璃，由于在觸摸屏四邊鍍有狹長(zhǎng)的電極，因此在導(dǎo)電體內(nèi)形成了一個(gè)

24、低電壓交流電場(chǎng)。當(dāng)用戶觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)的原因，手指與導(dǎo)體層間形成一個(gè)耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的處理器便會(huì)根據(jù)電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。投射式電容觸摸屏則更進(jìn)一步將表面分為許多個(gè)小的單元，每個(gè)單元都擁有獨(dú)立的引線。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，根據(jù)電容的變化，傳感器和處理芯片可以“繪制”出電容量的變化圖，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控。電容式觸摸屏的雙層結(jié)構(gòu)能保護(hù)導(dǎo)體及傳感器，

25、更有效地防止環(huán)境因素對(duì)觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵?；蛴蜐n，依然可以準(zhǔn)確算出觸摸位置。臺(tái)灣Higgstec公司曾展示了它的電容式觸摸屏在沸水中煮過(guò)仍可正常工作。不過(guò)，電容式觸摸屏的成本較高，而且不易實(shí)現(xiàn)手寫(xiě)輸入。隨著高端智能手機(jī)，特別是iPhone這樣支持多點(diǎn)觸摸的智能手機(jī)的流行，電容式觸</p><p><b>　　3）紅外式觸摸屏</b></p><p>

26、　　紅外式觸摸屏分為光感應(yīng)型和熱感應(yīng)型。光感應(yīng)型由裝在觸摸屏外框上的紅外線發(fā)射與接收感測(cè)元件構(gòu)成，在框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個(gè)紅外線網(wǎng)。用戶以手指觸摸屏幕某一點(diǎn)，便會(huì)擋住經(jīng)過(guò)該位置的兩條紅外線，傳感器即可算出觸摸點(diǎn)位置。因?yàn)榧t外觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，所以適宜某些惡劣的環(huán)境條件。它安裝方便、不需要任何控制器，可以用在各檔次的設(shè)備上。不過(guò)，由于只是在普通屏幕上增加了框架，因此在使用過(guò)程中架框四周的紅外線

27、發(fā)射管及接收管很容易損壞，而且由于邊框部分必須嵌入受光及發(fā)光元件，因此會(huì)使得邊框部分增粗，不利于機(jī)身的輕薄化。 熱感應(yīng)型紅外觸摸屏的用途更廣泛一些，它是靠感應(yīng)手指的熱輻射紅外線工作的。不過(guò)，它僅僅能檢測(cè)到熱的物體，如果寒冬在室外使用的話，由于手指溫度太低，它很有可能出現(xiàn)被“凍住”而失靈的情況。使用熱感應(yīng)型紅外式觸摸屏的手機(jī)也有一些，比如三星的滑蓋手機(jī)SGH-E900和SGH-U600。</p><p>　　4）聲

28、波識(shí)別式觸摸屏</p><p>　　聲波識(shí)別式觸摸屏包括聲脈沖識(shí)別觸摸屏和表面波識(shí)別觸摸屏，通過(guò)識(shí)別表面連續(xù)或脈沖聲波的變化來(lái)確定觸摸位置。它由觸摸屏、聲波發(fā)生器、反射器和聲波接收器組成，觸摸屏部分只是一塊純粹的強(qiáng)化玻璃，沒(méi)有任何貼膜和覆蓋層。玻璃屏的對(duì)角各安裝了垂直和水平方向的超聲波發(fā)射器和相應(yīng)的超聲波接收器。超聲波發(fā)射器能沿著屏幕表面發(fā)送高頻超聲波，當(dāng)手指觸及屏幕時(shí)，觸點(diǎn)上的聲波波形即發(fā)生變化，由此確定坐標(biāo)位

29、置。如果在CRT等堅(jiān)固表面上使用的話，甚至不需要玻璃基板，直接將CRT表面當(dāng)作基板即可。聲波識(shí)別觸摸屏不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響；分辨率高，無(wú)論用筆、指甲或手指肚都可以識(shí)別；有極好的防刮性，壽命長(zhǎng)；透光率高，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；沒(méi)有漂移，只需安裝時(shí)一次校正，而且有第三軸（即壓力軸）響應(yīng)。它適合在公共場(chǎng)所的POS機(jī)、售貨亭等處使用。</p><p>　　5）電磁感應(yīng)式觸摸屏</p><p

30、>　　電磁感應(yīng)觸摸技術(shù)是較早應(yīng)用于便攜式IT產(chǎn)品的技術(shù)，它的特征是需要一“筆”，而不是手指。這支筆能夠發(fā)射電磁波，通過(guò)接收裝置感應(yīng)到筆在屏幕上方的位置，就可進(jìn)行定位。在其它觸摸屏的精度問(wèn)題尚未解決時(shí)，早期的PDA、電子詞典與手寫(xiě)板等都使用了這種方式。直到今天，電磁感應(yīng)式觸摸屏還在手機(jī)和平板電腦上發(fā)揮作用。電磁感應(yīng)式觸摸屏造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于手寫(xiě)輸入文字，還可以和其它觸摸屏集成在一起，因此廣受歡迎。比如惠普TouchSmart T

31、X2平板電腦就采用了電磁感應(yīng)+電容式觸摸屏，電磁感應(yīng)筆進(jìn)行手寫(xiě)輸入，電容式觸摸則主要用于圖形界面操作。聯(lián)想ThinkPad X200T也有類似的電磁感應(yīng)+多點(diǎn)觸摸的型號(hào)，此外很多GPS、上網(wǎng)本和MID也同樣擁有電磁感應(yīng)式觸摸屏。</p><p>　　1.3 觸摸屏顯示器技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　觸摸屏顯示器（Touch Screen）可以讓使用者只要用手指輕輕地碰計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖符或

32、文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)操作，這樣擺脫了鍵盤(pán)和鼠標(biāo)操作，使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)。主要應(yīng)用于公共場(chǎng)所大廳信息查詢、領(lǐng)導(dǎo)辦公、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、機(jī)票/火車(chē)票預(yù)售等。產(chǎn)品主要分為電容式觸摸屏，電阻式觸摸屏和表面聲波觸摸屏三類。觸摸屏顯示器主要組件觸摸屏和顯示器集成設(shè)備而且具有輸入輸出設(shè)備的功能，按照4線觸摸屏、6線觸摸屏、8線觸摸屏、紅外線式觸摸屏、表面聲波觸摸屏、電容式觸摸屏。觸摸屏顯示器也分有CRT觸摸屏顯示器和LCD觸摸屏顯示器

33、的基本兩種觸摸屏顯示器。觸摸屏顯示器外形同普通顯示器沒(méi)有明顯差別，只是比普通顯示器多出了一條觸摸屏信號(hào)線。安裝時(shí)注意觸摸屏顯示器必須裝相應(yīng)觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序才能正常使用，否則不能啟動(dòng)觸摸屏操作。以下是觸摸屏顯示器的安裝技術(shù)介紹:拆卸顯示器的目的在于使CRT的前表面完全袒露和取下顯示器前罩,以便安裝觸摸屏</p><p>　　2）拆卸顯示器注意事項(xiàng)(觸摸屏) 取出CRT時(shí)，一定不要抓拿或碰撞CRT的管頸及電子槍(觸摸

34、屏)，因?yàn)殡娮訕屖遣ＡЫY(jié)構(gòu)，非常容易被碰壞，所以取出CRT后必須要考慮到電子槍的安全，一般是CRT顯示面朝上放置于塑料桶中。 3） 修整顯示器前罩拆下CRT和顯示器前罩后，試著把觸摸屏放進(jìn)拆下的顯示器前罩，一般前罩內(nèi)部設(shè)計(jì)了一些加強(qiáng)筋，這些加強(qiáng)筋主要在生產(chǎn)過(guò)程中脫模時(shí)有用，如果妨礙觸摸屏的放入或者覺(jué)得長(zhǎng)期使用可能會(huì)傷及觸摸屏邊上的導(dǎo)線，就應(yīng)該用斜口鉗將其削掉（削剪后最好將切口打磨圓滑，因?yàn)榍锌谔h利可能會(huì)傷及觸摸屏邊上的導(dǎo)線，如空間允

35、許等等，可以用泡沫雙面膠貼住切口)。 4）粘貼防塵條在顯示器前罩內(nèi)貼上防塵條有兩個(gè)作用： 1.防止壓壞換能器。某些顯示器如PHILIPS前罩可視框高度不夠，如果不貼防塵條裝入觸摸屏?xí)箵Q能器被壓壞，從而導(dǎo)致觸摸屏無(wú)法使用，這種現(xiàn)象在純平顯示器上猶為突出，貼上防塵條可以為換能器墊出空間，從而解決這一問(wèn)題。 2.防止外界灰塵進(jìn)入觸摸屏條紋區(qū)。觸摸屏條紋上如果灰塵堆積太多會(huì)導(dǎo)致觸摸反應(yīng)遲鈍、局 部觸摸失效等問(wèn)題，貼上防塵條可以有效解

36、決這一問(wèn)題。 5）粘貼雙</p><p>　　7）清潔、粘貼觸摸屏。用玻璃清潔劑和麂皮徹底地清潔觸摸屏的兩個(gè)表面，同時(shí)清潔顯示器的表面。清潔完畢后把觸摸屏認(rèn)真居中對(duì)準(zhǔn)屏幕粘上，注意在保證換能器安全的前提下盡量使觸摸屏的反射條紋在顯像管可視區(qū)之外，觸摸屏有三個(gè)換能器的一邊朝上，并立刻用耐高溫的膠帶封緊四邊的縫隙，以保證夾縫內(nèi)不進(jìn)入灰塵。 如果將顯示器前罩平放在工作臺(tái)上，再將顯像管裝入顯示器前罩，則一定要將顯示器前

37、罩下部墊高，使觸摸屏不直接接觸工作臺(tái)，因?yàn)橛|摸屏表面為弧形，否則極易在安裝時(shí)壓碎觸摸屏！ 橡膠墊圈高度應(yīng)略微超過(guò)觸摸屏和雙面膠總的高度。</p><p>　　第二章 數(shù)字信號(hào)控制器</p><p>　　2.1 DSP的特點(diǎn)及基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　1、DSP 的主要特點(diǎn)：</p><p>　　DSP 處理器作為當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)運(yùn)用最廣

38、泛的處理器之一，主要具備以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）接口方便：DSP系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是互兼容的。</p><p>　?。?）編程方便：DSP系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可使設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中靈活方便地對(duì)軟件進(jìn)行修改和升級(jí)。</p><p>　　（3）穩(wěn)定性好：DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小，可靠性高。&l

39、t;/p><p>　　（4）精度高：16位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到非常高的精度。</p><p>　?。?）可重復(fù)性好：模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)影響性能變化比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測(cè)試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。</p><p>　?。?）集成方便：DSP 系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。DSP 系統(tǒng)由于具備突出的優(yōu)點(diǎn)，因此己經(jīng)在通信、語(yǔ)音、圖

40、像、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)控制、儀器儀表等許多領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.2DSP 芯片的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號(hào)處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn)：</p><p>　?。?）在一個(gè)指令周期

41、內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。</p><p>　?。?）程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)。</p><p>　　（3）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)。</p><p>　?。?）具有低開(kāi)銷或無(wú)開(kāi)銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。</p><p>　?。?）快速的中斷處理和硬件I/O支持。</p>&

42、lt;p>　　（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器。</p><p>　?。?）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作。</p><p>　?。?）支持流水線操作，取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以并行執(zhí)行。</p><p>　　為了快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算，DSP芯片一般都采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)。下面以TMS320系列為例介紹DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)。</p>&l

43、t;p>　　TMS320系列DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器和快速的指令周期。這些特點(diǎn)使得TMS320系列DSP芯片可以實(shí)現(xiàn)快速的DSP運(yùn)算，并使大部分運(yùn)算（例如乘法）能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。由于TMS320系列DSP芯片是軟件可編程器件，因此具有通用微處理器共有的方便靈活的特點(diǎn)。</p><p>　　2.3TMS320C6713 概述</p><p&g

44、t;　　目前Tl公司的DSP產(chǎn)品主要分為2類，一類為定點(diǎn)型的DSP，一類為浮點(diǎn)型的DSP。同浮點(diǎn)型DSP相比，定點(diǎn)DSP型號(hào)比較多，如TMS320C1X、TMS320C2X、TMS320C5X、TMS320C62X等，而且相對(duì)于浮點(diǎn)DSP價(jià)格較便宜。但是由于本系統(tǒng)將用于導(dǎo)航控制，導(dǎo)航系統(tǒng)的算法中主要以多階的矩陣運(yùn)算為主，因此，定點(diǎn)DSP做浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，一般只能采用調(diào)動(dòng)浮點(diǎn)庫(kù)函數(shù)、查表法等幾種方法進(jìn)行，調(diào)用浮點(diǎn)庫(kù)函數(shù)，雖然計(jì)算精度可以保證，

45、但計(jì)算速度比較慢，利用查表法計(jì)算浮點(diǎn)，計(jì)算精度與表格大小有關(guān)，一般情況下，查表法的計(jì)算精度無(wú)法滿足精度要求。Tl 公司的浮點(diǎn)型DSP的型號(hào)有TMS320C3X/4X、TMS320C67X等。因?yàn)楦↑c(diǎn)DSP芯片硬件支持浮點(diǎn)格式，所以浮點(diǎn)運(yùn)算能力強(qiáng)，運(yùn)算精度也能夠滿足要求，雖然價(jià)格略高于定點(diǎn)DSP，但考慮到性能和速度，本系統(tǒng)采用浮點(diǎn)DSP芯片作為CPU。TMS320C67X系列DSP芯片是TI最新推出的浮點(diǎn)芯片，它的主頻最高達(dá)到225MHz

46、，且可以同時(shí)執(zhí)行八條指令，對(duì)于單精度運(yùn)算可達(dá)IGFLOPS，對(duì)于雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算可達(dá)250MFLOPS。</p><p>　　2.4 DSP系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)流程</p><p>　　基于 DSP 系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)同大多數(shù)硬件電路設(shè)計(jì)一樣，首先需根據(jù)實(shí)際的需要選擇合適的 DSP 芯片。不同型號(hào)的 DSP 芯片的運(yùn)行速率有比較大的差異，且芯片的價(jià)格也參差不齊，因此在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)前需仔細(xì)考慮芯

47、片的選擇。其次，硬件電路工程師需根據(jù)處理器的擴(kuò)展屬性根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的硬件電路原理圖。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需仔細(xì)考慮電源的供電能力、芯片 I/O 口的驅(qū)動(dòng)能力，各器件之間的電平兼容性。在完成硬件電路設(shè)計(jì)之后，需同時(shí)完成兩個(gè)任務(wù)。</p><p>　　第一、硬件開(kāi)發(fā)工程師需根據(jù)信號(hào)完整性的原理完成 PCB 板的布局和布線。特別是對(duì)于以 DSP 處理器為代表的高速 PCB 設(shè)計(jì)需嚴(yán)格地設(shè)計(jì)各層的電源和地平面鋪銅以及

48、控制走線寬度、長(zhǎng)度和各數(shù)據(jù)地址線、時(shí)鐘線之間的長(zhǎng)度差。第二、采購(gòu)人員需按照工程師的設(shè)計(jì)購(gòu)買(mǎi)系統(tǒng)所需元器件，同時(shí)將信息反饋給工程師從而進(jìn)行方案的修改。最后將設(shè)計(jì)完成的 PCB 底片圖進(jìn)行板卡加工，以及芯片焊接。</p><p>　　流程如圖 2.1 所示。</p><p>　　2.1 硬件開(kāi)發(fā)流程</p><p>　　本文的設(shè)計(jì)使用了protel軟件作為硬件原理圖和P

49、CB圖設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的工具，DSP 系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)主要是在 CCS平臺(tái)下的 C 語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言編程。開(kāi)發(fā)的詳細(xì)流程如圖 2.2 所示：</p><p>　　圖 2.2 軟件開(kāi)發(fā)流程</p><p>　　2.5 CCSv4概述</p><p>　　Code Composer Studio（CCS或CCStudio）是一種針對(duì)TI的DSP、微控制器和應(yīng)用處理器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境

50、。CCStudio包括一套用于開(kāi)發(fā)和調(diào)試嵌入式應(yīng)用程序的工具。CCS有兩種工作模式，即軟件仿真器模式：可以脫離DSP芯片，在PC機(jī)上模擬DSP的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。硬件在線編程模式：可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在DSP芯片上,與硬件開(kāi)發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。CCS的功能十分強(qiáng)大，它集成了代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能，而且支持C/C++和匯編的混合編程，其主要功能如下：</p><p>

51、;　　1.具有集成可視化代碼編輯界面，用戶可通過(guò)其界面直接編寫(xiě)C、匯編、.cmd文件等；</p><p>　　2.含有集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化C編譯器、鏈接器等，將代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能集成到一個(gè)軟件環(huán)境中；</p><p>　　3.高性能編輯器支持匯編文件的動(dòng)態(tài)語(yǔ)法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤；</p><p>　　4.工

52、程項(xiàng)目管理工具可對(duì)用戶程序?qū)嵭许?xiàng)目管理。在生成目標(biāo)程序和程序庫(kù)的過(guò)程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過(guò)跟蹤信息對(duì)不同的程序進(jìn)行分類管理；</p><p>　　5.基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼、查看寄存器、存儲(chǔ)器、反匯編、變量窗口等功能，并支持C源代碼級(jí)調(diào)試；</p><p>　　6.斷點(diǎn)工具，能在調(diào)試程序的過(guò)程中，完成硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)和條件斷點(diǎn)的設(shè)置；</p><p&g

53、t;　　7.分析工具，包括模擬器和仿真器分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能、評(píng)價(jià)代碼執(zhí)行的時(shí)鐘；</p><p>　　8.數(shù)據(jù)的圖形顯示工具，可以將運(yùn)算結(jié)果用圖形顯示,包括顯示時(shí)域/頻域波形、眼圖、星座圖、圖像等，并能進(jìn)行自動(dòng)刷新；</p><p>　　9.提供GEL工具。</p><p>　　10. 支持多DSP的調(diào)試；</p><p>　　

54、11.支持RTDX技術(shù)，可在不中斷目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)DSP與其他應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換；</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在本文的硬件電路設(shè)計(jì)中主要包含三個(gè)部分： DSP 擴(kuò)展模塊硬件電路設(shè)計(jì)、智能串口模塊硬件電路設(shè)計(jì)和 1553 總線協(xié)議及電路設(shè)計(jì)。DSP 作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制器與 SDRAM 和 FLASH 交互數(shù)據(jù)、向串口模塊收發(fā)數(shù)據(jù)以及與 1

55、553 總線模塊建立通信。通過(guò)對(duì) EMIF 接口部分的研究，可以完成對(duì) DSP 外圍設(shè)備的擴(kuò)展。</p><p>　　本文的另外一個(gè)主要部分是以 51 單片機(jī)為核心，控制六串口的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，主要是實(shí)現(xiàn)串口 256 字節(jié)緩沖區(qū)的擴(kuò)充。接收數(shù)據(jù)時(shí)將來(lái)自串口的數(shù)據(jù)“打包”供 DSP 接收，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)將 DSP 發(fā)送的打包數(shù)據(jù)“拆包”發(fā)送到對(duì)應(yīng)串口，從而完成智能串口的設(shè)計(jì)。最后將介紹 1553 總線的協(xié)議及硬件電路設(shè)

56、計(jì)。本章主要是根據(jù)以上三個(gè)部分展開(kāi)硬件設(shè)計(jì)的論述。</p><p>　　3.1 DSP擴(kuò)展模塊硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 DSP擴(kuò)展總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖 3.1 所示：</p><p>　　圖 3.1 DSP 擴(kuò)展總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.1.2MS320C6713內(nèi)部結(jié)構(gòu)<

57、;/p><p>　　TMS320C6713系列DSP(包括TMS320C6713和TMS320C6713B)是一種支持浮點(diǎn)運(yùn)算的DSP芯片，是德州儀器公司設(shè)計(jì)的用于高端處理的長(zhǎng)指令、多功能的DSP芯片。由于工作頻率可以達(dá)到225MHz，所以每秒可以處理1800M條浮點(diǎn)運(yùn)算指令，或240M條定點(diǎn)運(yùn)算指令，由于內(nèi)部的可定點(diǎn)或浮點(diǎn)復(fù)用的處理器使該器件可每秒處理60M條乘法運(yùn)算。芯片的主要結(jié)構(gòu)如圖3.2所示：</p&g

58、t;<p>　　圖 3.2 TMS320C6713 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.1.3 DSP復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　DSP 復(fù)位包括上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩個(gè)部分。上電復(fù)位主要是通過(guò) TI 公司</p><p>　　的電源芯片 TPS70445 上的 RESET 輸出引腳提供復(fù)位信號(hào)供 DSP 復(fù)位。另外為</p>&l

59、t;p>　　了便于硬件調(diào)試和用戶使用，本文還設(shè)計(jì)了按鍵復(fù)位。兩種復(fù)位方式的復(fù)位信號(hào)</p><p>　　在 CPLD 可編程邏輯器件中進(jìn)行相或之后將復(fù)位信號(hào)送入 DSP 處理器。復(fù)位設(shè)計(jì)邏輯如圖 3.3 所示：3.1 節(jié)點(diǎn)數(shù)</p><p>　　圖 3.3 DSP 復(fù)位邏輯</p><p>　　3.1.4. 上電復(fù)位</p><p>　

60、　本文設(shè)計(jì)中采用了 TI 公司的電壓調(diào)整芯片 TPS70445作為 DSP 模塊的供電器件，該芯片同時(shí)還具有給 DSP 處理器提供復(fù)位信號(hào)的功能。如圖 3.4 </p><p>　　圖 3.4TPS70445 引腳結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　該芯片是一款提供 5V 到 3.3V 和 1.2V 轉(zhuǎn)換的電壓調(diào)整芯片，3.3V 為 DSP 的I/O 口供電，而 1.2V 為 DSP 內(nèi)核供電。3

61、.3V 輸出可支持 1A 的負(fù)載，而 1.2V 輸出最高支持 2A 的負(fù)載功耗。3.3V 是通過(guò) Vout1 引腳輸出，而 1.2V 是通過(guò) Vout2引腳輸出。在使用該款芯片時(shí)要注意散熱問(wèn)題，芯片的 1、12、13、24 引腳既作為接地引腳使用同時(shí)又作為散熱引腳使用，同時(shí)芯片的背面有一塊導(dǎo)熱板，可以在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，在該芯片的封裝處預(yù)留導(dǎo)熱焊盤(pán)，同時(shí)通過(guò)若干過(guò)孔把焊盤(pán)引到電路板的地層，這樣可以起到很好的散熱效果，DSP 從而可以獲得

62、穩(wěn)定的電壓。除此之外，該芯片同時(shí)具備了給 DSP 提供上電復(fù)位信號(hào)的功能。其功能原理如圖 3.5 所示：</p><p>　　圖 3.5 TPS70445 上電原理圖</p><p><b>　　3.1.5按鍵復(fù)位</b></p><p>　　如圖 3.6 所示：</p><p>　　圖 3.6 按鍵復(fù)位電路原理圖<

63、;/p><p>　　當(dāng)按鍵按下時(shí)，1(2)就和 3(4)導(dǎo)通，SYS_RST 引腳端為低電平。同時(shí)為了便于觀察，在 PCB 板上接了一個(gè)發(fā)光二極管，按鍵按下由于 SYS_RST 為低電平，VCC 和地之間的壓降將導(dǎo)致 LED 管的導(dǎo)通，從而發(fā)光提示系統(tǒng)復(fù)位。</p><p>　　3.1.6 FLASH存儲(chǔ)器擴(kuò)展</p><p>　　TMS320C6713 具備 CE0、

64、CE1、CE2、CE3 這四個(gè)可擴(kuò)展的存儲(chǔ)空間，每個(gè)空間的起始地址分別為 0x80000000、0x90000000、0xa0000000、0xb0000000。CE0空間只能用于同步存儲(chǔ)器的分配，例如：SDRAM、SBSRAM。CE1 空間可用于異步存儲(chǔ)器使用，但是如果引導(dǎo)模式是 ROM，那么該空間必須用于 ROM、EPROM、EEPROM、FLASH 等存儲(chǔ)芯片的擴(kuò)展。本次設(shè)計(jì)使用的 FLASH 存儲(chǔ)器是 SST 公司的 SST39

65、VF1601芯片。該器件的工作電壓范圍是 2.7V-3.6V，具有功耗低、編程方便等特點(diǎn)。SST39VF1601 的引腳描述如表 3.7 所示。</p><p>　　表 3.7FLASH 存儲(chǔ)器引腳描述表。</p><p>　　由于 FLASH 是一個(gè)異步存儲(chǔ)器芯片，因此在和 FLASH 連接的時(shí)候，DSP 芯片的 83 和 75 引腳分別工作在 AWE（異步寫(xiě)）和 AOE（異步讀）模式S

66、ST39VF1601 芯片的數(shù)據(jù)總線和地址總線長(zhǎng)度分別為 16 位和 20 位，因此可以支持 16Mb 的容量擴(kuò)展。本次設(shè)計(jì)將 FLASH 分配到 CE1 空間，電路如圖 38</p><p>　　圖 3.8 FLASH 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路原理圖</p><p>　　3.1.7 DSP的JTAG電路設(shè)計(jì)</p><p>　　仿真是調(diào)試嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中必不可少的重要環(huán)

67、節(jié)。在嵌入式操作系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)主機(jī)和目標(biāo)機(jī)處于不同的機(jī)器中，程序在開(kāi)發(fā)主機(jī)上進(jìn)行研發(fā)（編輯、交叉編譯、連接定位等）、然后下載到目標(biāo)機(jī)（嵌入式系統(tǒng)中）進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試，即遠(yuǎn)程調(diào)試。也可以說(shuō)，調(diào)試程序運(yùn)行在桌面操作系統(tǒng)，而被調(diào)試的程序運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上。這就引出了如下問(wèn)題，即位于不同的操作系統(tǒng)之上的調(diào)試器與被調(diào)試程序之間如何通信，被調(diào)試程序如果出現(xiàn)異常如何告知被調(diào)試器，調(diào)試器又如何控制以及訪問(wèn)被調(diào)試程序等。使用 JTAG 方式就是片上調(diào)試的一種

68、方法。</p><p>　　TMS 用來(lái)設(shè)置 JTAG 接口處于某種特定的測(cè)試模式，TCK 測(cè)試時(shí)鐘輸入，TDI 和 TDO 分別用于測(cè)試數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，TRST 可以用來(lái)對(duì) TAP Controller進(jìn)行復(fù)位。EMU0 和 EMU1 通過(guò)接弱上拉電阻接入高電平使器件處于正確的邊界掃描模式。本次設(shè)計(jì)的 JTAG 仿真接口電路如圖 3.9 所示。</p><p>　　圖 3.9 DSP

69、 的 JTAG 仿真接口電路圖</p><p>　　JTAG 標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)串行移位寄存器，寄存器的每一個(gè)單元分配給 IC 芯片的相應(yīng)引腳，每一個(gè)獨(dú)立的單元成為邊界掃描單元。這個(gè)串聯(lián)的掃描單元在 IC內(nèi)部構(gòu)成了 JTAG 回路，所有的掃描單元通過(guò) JTAG 測(cè)試激活，平時(shí)這些引腳保持正常功能。</p><p>　　3.2 智能串口模塊硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　

70、　在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中通常包含高度表、GPS接收裝置等眾多的RS-232和RS-422電平信號(hào)。對(duì)于每一路信號(hào)通常具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但是同 DSP 的數(shù)據(jù)處理速度相比仍然有比較大的差異。為了能夠充分節(jié)省 DSP 的資源，使其有更多的時(shí)間用于算法的實(shí)現(xiàn)，串口模塊中需給 DSP 處理器提供一個(gè)容量較大的接收和發(fā)送緩沖區(qū)。在本文的設(shè)計(jì)中利用單片機(jī)作為智能串口的核心處理器，通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了 6 串口、256 字節(jié)緩沖數(shù)據(jù)區(qū)。</p&

71、gt;<p>　　3.2.1 智能串口總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　在智能串口的硬件設(shè)計(jì)中主要使用了 AT89LS52 單片機(jī)作為核心控制處理器。同時(shí)使用 8K×8bit 的雙端口存儲(chǔ)器作為串口與 DSP 交互的硬件載體。通過(guò)對(duì)SC16C654 通用 UART 器件的編程實(shí)現(xiàn) 6 串口、2 種波特率（230.4Kbps，115.2Kbps）的串口擴(kuò)展。根據(jù)系統(tǒng)需要，在串口設(shè)計(jì)中還使用了光電

72、隔離技術(shù)。本模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.10所示。</p><p>　　圖 3.10 智能串口總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　單片機(jī)作為智能串口模塊的核心處理器，接收數(shù)據(jù)時(shí)把來(lái)自串口的數(shù)據(jù)放入雙端口存儲(chǔ)器中，同時(shí)在共享標(biāo)記空間中使接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度值加一、從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“打包”操作。DSP 可以訪問(wèn)雙端口存儲(chǔ)器，取出來(lái)自串口的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DSP 將一幀數(shù)據(jù)放入雙端口存儲(chǔ)器中，

73、單片機(jī)通過(guò)逐字節(jié)地將雙端口 RAM 中的數(shù)據(jù)發(fā)往對(duì)應(yīng)的串行接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“拆包”工作。本小節(jié)將逐步地介紹智能串口各個(gè)組成模塊的硬件結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.2.2 單片機(jī)及硬件電路擴(kuò)展</p><p>　　單片機(jī)又稱單片微型計(jì)算機(jī)，是將 CPU、RAM、ROM、I/O 接口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。由于單片機(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片

74、上，因此它的結(jié)構(gòu)緊湊、超小型化、可靠性高、價(jià)格低廉，易于開(kāi)發(fā)應(yīng)用。</p><p>　　MCS-51 單片機(jī)是目前常用的一類單片機(jī)，在本次設(shè)計(jì)中采用了 Atmel 公司研制的 AT89LS52單片機(jī)，它具有較小的功耗(3.3V)、16MHZ 晶振輸入。同大多數(shù)單片機(jī)一樣 AT89LS52 單片機(jī)分為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器(FLASH:8K)、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，一共 64K 的擴(kuò)展空間。由于要

75、連接DSP 和多串口模塊，所以單片機(jī)的 P0 口和 P2 口就用于地址/數(shù)據(jù)總線的擴(kuò)展。</p><p>　　圖 3.11 單片機(jī)地址/數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展電路圖</p><p>　　存儲(chǔ)器提供了兩個(gè)完全獨(dú)立的端口，每個(gè)端口分別有自己的控制線、地址線和I/O數(shù)據(jù)線。2個(gè)CPU可以獨(dú)立地讀寫(xiě)其中任一雙端口RAM單元。使用雙端口存儲(chǔ)器在2個(gè)CPU之間共享信息有很多優(yōu)點(diǎn):速度快，方式簡(jiǎn)單，存取共享信息所

76、用的時(shí)間一般與存取CPU外部RAM中數(shù)據(jù)所用時(shí)間一樣。雙端口RAM在使用上應(yīng)注意的一個(gè)問(wèn)題是有可能發(fā)生爭(zhēng)用。當(dāng)兩個(gè)端口的CPU同時(shí)取同一雙端口RAM單元時(shí)，就產(chǎn)生了爭(zhēng)用，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂狀態(tài)。通常有四種解決方案：硬件判優(yōu)、中斷方案、令牌傳遞方案和軟件判優(yōu)。在本次設(shè)計(jì)中根據(jù)系統(tǒng)需要選用了 IDT 公司的 8K×8bit 的雙端口存儲(chǔ)器IDT70V05。該芯片具有以下特點(diǎn)：允許同時(shí)對(duì)同一個(gè)單元進(jìn)行讀操作對(duì)存儲(chǔ)器的高速訪問(wèn)，在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

77、下可達(dá)20ns低功耗操作通過(guò)選擇 Master/Slave 模式容易擴(kuò)展到 16bit 的數(shù)據(jù)總線寬度具有中斷標(biāo)記功能針對(duì)兩個(gè)端口完全支持硬件信號(hào)燈機(jī)制第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 25兩個(gè)端口完全的異步操作TTL 電平兼容，單一的 3.3V 供電</p><p>　　3.2.4 SC16C654 及硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　SC16C654 UART 的 8 位數(shù)據(jù)并行總線同單片

78、機(jī)擴(kuò)展總線電路中的 245 雙向三態(tài)器 B 端相連，A2、A1、A0 引腳接到 373 鎖存器的輸出端。通過(guò)對(duì)單片機(jī) P2 口的最高三位 P2.7、P2.6、P2.5 譯碼后選中 SC16C654 四通道中的任意一個(gè)通道進(jìn)行相關(guān)操作。本次設(shè)計(jì)主要是使用了 SC16C654 的 FIFO 功能。64 字節(jié)的發(fā)送和接收 FIFO是通過(guò)設(shè)置FIFO控制寄存器的FCR[0]為1使能。讀取LSR寄存器的最低位LSR[0]可以判斷是否有數(shù)據(jù)放入 F

79、IFO 中，如果該位為 1 則表示接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。在發(fā)送時(shí)，通過(guò)判斷 LSR[5]是否為 1 來(lái)檢測(cè)發(fā)送 FIFO 是否還有空間可用。讀取 RHR寄存器可以讀取接收FIFO的當(dāng)前字節(jié)，寫(xiě)THR寄存器可以將數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送FIFO</p><p>　　3.2.5 串口光電隔離電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在實(shí)際的電子電路系統(tǒng)中，不可避免地存在各種各樣的干擾信號(hào)，若電路的抗干擾能力差將導(dǎo)致測(cè)量、控

80、制準(zhǔn)確性的降低，產(chǎn)生誤動(dòng)作，從而帶來(lái)破壞性的后果。因此，如果在硬件上采用一些隔離技術(shù)，破壞干擾信號(hào)進(jìn)入測(cè)控系統(tǒng)的途徑，可有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。事實(shí)證明，采用隔離技術(shù)是一種簡(jiǎn)便且行之有效的方法。隔離技術(shù)是破壞"地"干擾途徑的抗干擾方法，硬件上常用光電耦合器件實(shí)現(xiàn)電→光→電的隔離，這樣可以有效地破壞干擾源的進(jìn)入，可靠地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離，且容易構(gòu)成各種功能狀態(tài)?？紤]到系統(tǒng)的安全性，本次設(shè)計(jì)根據(jù)需求加入光電隔離模塊。在本

81、文的設(shè)計(jì)中考慮到輸入端的電流驅(qū)動(dòng)能力，以及整個(gè)電路的邏輯正確性，需在 SC16C654 的輸出端連接一個(gè)反相器，然后反相器的輸出接到光電隔離模塊的輸入陽(yáng)極，這樣可以保證從 UART 輸出的邏輯和經(jīng)光電隔離之后的邏輯一致。本文光電隔離模塊的電路原理圖如圖 3.12 所示：</p><p>　　圖 3.12 串口光電隔離電路原理圖</p><p>　　如圖所示，從 SC16C654 發(fā)出的數(shù)據(jù)

82、信號(hào)(一共有 6 個(gè)通道，由于篇幅限制只了通道 A，例如 SAOUT)，經(jīng)過(guò) 74HC04 反向后輸出，經(jīng)過(guò)光電隔離之后電次取反，并將結(jié)果送往串口芯片，因此設(shè)計(jì)可以保證數(shù)據(jù)的邏輯正確。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) </p><p>　　本章將重點(diǎn)介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及測(cè)試，主要分兩節(jié)對(duì)系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。第一部分是本章的重點(diǎn)內(nèi)容，包括了智能串口的協(xié)議設(shè)計(jì)以及軟件實(shí)現(xiàn)

83、過(guò)程。第二部分介紹在 DSP 系統(tǒng)初始化過(guò)程中倍頻設(shè)置和 EMIF 配置的軟件設(shè)計(jì)以及對(duì) FLASH 和 SDRAM 存儲(chǔ)器的軟件測(cè)試。</p><p>　　4.1智能串口模塊協(xié)議設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)需求，在本文基于 DSP 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要支持 6 路串行通道的數(shù)據(jù)收發(fā)。其中2路用于RS-232、115.2kbps，另外的4路用于RS-422、230.4kb

84、ps。6 路串行通道需要開(kāi)辟 256 字節(jié)的緩沖區(qū)。但是普通的 UART 芯片最高也只能支持 64 字節(jié)的 FIFO 緩沖，因此需要擴(kuò)展現(xiàn)有的緩沖區(qū)。通過(guò) DSP 和單片機(jī)的共同編程控制，可以實(shí)現(xiàn) 256 字節(jié)、6 通道緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.1.1 智能串口協(xié)議設(shè)計(jì)</p><p>　　智能串口協(xié)議主要包括兩個(gè)部分的內(nèi)容：（1）數(shù)據(jù)發(fā)送協(xié)議。（2）數(shù)據(jù)接收協(xié)議。</

85、p><p>　　數(shù)據(jù)發(fā)送協(xié)議流程：DSP 發(fā)送數(shù)據(jù)到各個(gè)串行接口的方式是小于 256 字節(jié)任意長(zhǎng)度的模塊化發(fā)送，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)智能發(fā)送系統(tǒng)來(lái)對(duì) DSP 的“整包”數(shù)據(jù)進(jìn)行“拆包”后發(fā)送到串行接口。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)就擔(dān)負(fù)起數(shù)據(jù)拆包并發(fā)送至串口的工作。圖 4.7 中的深色部分是存放在雙端口存儲(chǔ)器中的共享資源。當(dāng) DSP需要將數(shù)據(jù)發(fā)送至串行接口時(shí)，其首先判定發(fā)送的通道。然后查看該通道的通道發(fā)送標(biāo)記（判別是發(fā)往高通道或者低

86、通道）。接著訪問(wèn)共享資源中的允許發(fā)送標(biāo)記，如果檢測(cè)獲知可以發(fā)送則將整個(gè)一幀的數(shù)據(jù)發(fā)送至該通道，然后將本次發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寫(xiě)入發(fā)送長(zhǎng)度標(biāo)記單元。當(dāng)單片機(jī)循環(huán)到需要接收本通道的數(shù)據(jù)時(shí)首先查看本次訪問(wèn)的半通道標(biāo)記（0：訪問(wèn)低半通道，1：訪問(wèn)高半通道）。然后查看單片機(jī)是否允許接收，如果可以則將數(shù)據(jù)逐字節(jié)地發(fā)往串行接口。當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后改變半通道標(biāo)記，使下一次從另一半通道發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p>　　數(shù)據(jù)接收協(xié)議流程：?jiǎn)?/p>

87、片機(jī)需將從串行接口接收的數(shù)據(jù)放入雙端口存儲(chǔ)器中。先查看單片機(jī)接收通道標(biāo)記，如果為 0x00 則將數(shù)據(jù)放入接收低通道，如果為0xff 則將數(shù)據(jù)放入接收的高通道。每次放完一字節(jié)數(shù)據(jù)，需將接收長(zhǎng)度值加 1。DSP 在接收數(shù)據(jù)時(shí)首先檢查接收通道標(biāo)記（0：接收地通道，1：接收高通道）。然后查看接收的長(zhǎng)度是否為 0，如果不為 0，則修改單片機(jī)接收通道標(biāo)記值，此刻單片機(jī)如果接收到串口數(shù)據(jù)，可以將數(shù)據(jù)放入另一半通道，這樣可以提高數(shù)據(jù)處理速度，充分利用雙

88、端口存儲(chǔ)器的資源。當(dāng) DSP 接收了半通道的數(shù)據(jù)之后即可將接收長(zhǎng)度清零，同時(shí)將接收通道標(biāo)記取反，使 DSP 下次接收數(shù)據(jù)時(shí)從另一半通道接收。</p><p>　　在協(xié)議設(shè)計(jì)中由于涉及到兩個(gè)處理器交互數(shù)據(jù)，因此需要設(shè)置一些用于交互的共享信息，這些信息存儲(chǔ)在雙端口存儲(chǔ)器中的某些內(nèi)存空間中。DSP 和單片機(jī)在訪問(wèn)這些信息時(shí)需針對(duì)硬件信號(hào)燈進(jìn)行互斥操作。這些共享信息如圖所示；</p><p>　　

89、圖 4.1 雙端口存儲(chǔ)器中的共享信息</p><p>　　4.1.2 DSP發(fā)送數(shù)據(jù)流程</p><p>　　DSP 發(fā)送數(shù)據(jù)流程：串口數(shù)據(jù)的發(fā)送需要 DSP 和單片機(jī)共同完成。DSP 處理器主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的模塊化發(fā)送，而單片機(jī)主要是將 DSP 發(fā)送的模塊化數(shù)據(jù)“拆</p><p>　　包”逐字節(jié)地發(fā)送到串行接口。在發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中需要同單片機(jī)處理器交互一</

90、p><p>　　些共享數(shù)據(jù)，因此在訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)的時(shí)候需要進(jìn)行互斥操作。例如在訪問(wèn)之前需寫(xiě) 0x00 到雙端口存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈單元，然后讀取 D0 數(shù)據(jù)總線，如果為 0 代表本次操作已經(jīng)獲取信號(hào)燈，如果為 1 則需等待。DSP 將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入數(shù)組中，整包地向雙端口存儲(chǔ)器中存放數(shù)據(jù)。在DSP 每次發(fā)送一幀完整數(shù)據(jù)之前（不超過(guò) 256 字節(jié)），首先檢查發(fā)送通道標(biāo)記（自定義的變量），如果為 0 則發(fā)往低通道，為 1

91、則發(fā)往高通道。然后檢查對(duì)應(yīng)通道的允許發(fā)送標(biāo)記（雙端口存儲(chǔ)器中用于 DSP 和單片機(jī)交互信息的共享變量，圖4.20 所示，0x00：可以發(fā)送，0xff：不可以發(fā)送）。如果可以發(fā)送，則將數(shù)據(jù)放入對(duì)應(yīng)的空間（低/高），并將發(fā)送長(zhǎng)度寫(xiě)入低（高）通道發(fā)送長(zhǎng)度標(biāo)記單元。當(dāng)一幀完整數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之后，本通道（低/高）的 DSP 指針回到初始位置，改變發(fā)送的通道標(biāo)記，使下一次發(fā)送數(shù)據(jù)放入另外一個(gè)半通道，然后修改允許發(fā)送標(biāo)記為 0xff（告知單片機(jī)可以取數(shù)

92、發(fā)往串口）。DSP 發(fā)送數(shù)據(jù)的流程如圖 4.2 所示。</p><p>　　圖 4.2 DSP 向多串口發(fā)送數(shù)據(jù)</p><p>　　4.1.3 單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)流程</p><p>　　在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)主要有三個(gè)任務(wù)：（1）初始化兩片 SC16C654 芯片；（2）接收來(lái)自串口的數(shù)據(jù)，并“打包”供 DSP 接收；（3）將來(lái)自 DSP 的數(shù)據(jù)“拆包”后發(fā)送到串

93、行接口。本小節(jié)將介紹單片機(jī)對(duì)串口的初始化以及單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的流程和程序設(shè)計(jì)。1. 單片機(jī)初始化串口：?jiǎn)纹瑱C(jī)在初始化 UART 時(shí)主要有三個(gè)任務(wù)。首先需要設(shè)定串行波特率（系統(tǒng)要求 4 路工作在 230.4kbps，2 路工作在 115.2kbps，調(diào)試時(shí)可以降低頻率測(cè)試），其次設(shè)置串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式（1 個(gè)起始位、1 個(gè)停止位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、無(wú)校驗(yàn)位），最后使能 FIFO。通過(guò)配置 LCR、EFR 以及 MCR 寄存器可以使 SC16C65

94、4 工作在特定的串行波特率下。設(shè)置 LCR 寄存器可以設(shè)定串行通信的數(shù)據(jù)格式。將 FCR 寄存器的最低位置一即可進(jìn)行 FIFO 操作。</p><p>　　2. 單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)流程：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)送 DSP 傳輸?shù)酱诘臄?shù)據(jù)是一個(gè)“拆包”的操作，將完整的一幀數(shù)據(jù)按順序地發(fā)送到串行接口。在單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)需要注意允許發(fā)送標(biāo)記，如果為 0x00，則表示 DSP 一個(gè)完整數(shù)據(jù)幀還沒(méi)有全部放入雙端口中，單片機(jī)可以去處理其他的任

95、務(wù)。只有當(dāng)該標(biāo)記為 0xff 的時(shí)候單片機(jī)才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p>　　在單片機(jī)每次循環(huán)處理本通道的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，首先檢測(cè)本次將訪問(wèn)的半通道標(biāo)記，然后查看對(duì)應(yīng)的低（高）通道允許發(fā)送標(biāo)記。如果為 0xff則表示可以發(fā)送數(shù)據(jù)，每次發(fā)送一字節(jié)。如果已經(jīng)完成本通道一個(gè)完整數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，則改變將要訪問(wèn)的半通道標(biāo)記（下次從另一半通道取數(shù)），同時(shí)單片機(jī)的本半通道指針回到初始位置，已發(fā)送的數(shù)據(jù)總長(zhǎng)清 0，低（高）通道發(fā)送標(biāo)

96、記置為0x00（告訴 DSP 當(dāng)前通道為空，可以往里面發(fā)送數(shù)據(jù)）。以 0 通道為例，單片機(jī)發(fā)送至串口的程序如下：</p><p>　　void send_uart0()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(sendchl_flg[0] == (char)0x00)</p><p><b

97、>　　{</b></p><p>　　//檢查半通道標(biāo)記為 0x00，表示為低半通道</p><p>　　*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 = 0x00; //試圖獲取信號(hào)燈</p><p>　　while(*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 == (char)0xff);//等待信

98、號(hào)燈</p><p>　　if(*(volatile char xdata *)SD_LOW_FLAGADDR0 == (char)0x00)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 = 0xff;</p><p><b>

99、　　return;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　sendlen[0] = *(volatile int xdata*)SD_LOW_LEN0;</p><p>　　*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 = 0xff; //釋放信號(hào)燈</p><

100、p>　　while((*(volatile char xdata *)LSR_ADDR0 & 0x20) != (char)0x20); </p><p>　　*(volatile char xdata *)THR_ADDR0 = *send_lowaddr[0];</p><p>　　++send_lowaddr[0];</p><p>　　++se

101、ndedlen[0];</p><p>　　if(sendedlen[0] >= sendlen[0])</p><p><b>　　{</b></p><p>　　sendchl_flg[0] = 0xff; //發(fā)送完一幀長(zhǎng)數(shù)據(jù)，改變半通道標(biāo)記</p><p>　　send_lowaddr[0] = (vola

102、tile char xdata*)SD_LOW_BASEADDR0;</p><p>　　sendedlen[0] = 0; //已發(fā)送的數(shù)據(jù)清零</p><p>　　*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 = 0x00; //試圖獲取信號(hào)燈</p><p>　　while(*(volatile char xdata *)SEM_ADDR

103、0 == (char)0xff);</p><p>　　*(volatile char xdata *)SD_LOW_FLAGADDR0 = 0x00;</p><p>　　//通知 DSP 可以往本半通道放置數(shù)據(jù)</p><p>　　*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 = 0xff; //釋放信號(hào)燈</p><p

104、><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 = 0x0

105、0; //試圖獲取信號(hào)燈</p><p>　　while(*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 == (char)0xff);//等待信號(hào)燈</p><p>　　if(*(volatile char xdata *)SD_HIGH_FLAGADDR0 == (char)0x00)</p><p><b>　　{</b&g

106、t;</p><p>　　*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 = 0xff;</p><p><b>　　return;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　sendlen[0] = *(volatile int xdata*)SD_H

107、IGH_LEN0;</p><p>　　*(volatile char xdata *)SEM_ADDR0 = 0xff; //釋放信號(hào)燈</p><p>　　while((*(volatile char xdata *)LSR_ADDR0 & 0x20) != (char)0x20);</p><p>　　*(volatile char xdata *)T