雙機信息處理系統(tǒng)設(shè)計方案解析

介紹了基于TI公司TMS320F2812型DSP的信息處理系統(tǒng)的設(shè)計。采用2片TMS320F-2812 DSP，利用其豐富的片上資源和較高的數(shù)據(jù)處理能力，建立了一個具有速度快、功能強、價格低廉，通用性強等特點的信息處理系統(tǒng)雙機平臺。該平臺彌補了單個DSP系統(tǒng)在處理大量數(shù)據(jù)輸入/輸出和接口突發(fā)信號時，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定從而造成數(shù)據(jù)丟失這一缺陷，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。TMS320F2812-DSP雙機平臺可作為嵌入式系統(tǒng)硬件平臺，進一步開發(fā)各種應(yīng)用軟件，其應(yīng)用可拓展到光學網(wǎng)絡(luò)、汽車控制、生物測定學等新興應(yīng)用領(lǐng)域。
　　1 引言
　　在信息處理系統(tǒng)中，對系統(tǒng)本身精度要求越來越高，所需處理的數(shù)據(jù)量越來越大，要求數(shù)據(jù)處理的速度越來越高，這就對系統(tǒng)的硬件提出了更高的要求。TMS320F2812（以下簡稱F2812）是美國德州儀器公司（TI）推出的功能強大、性能優(yōu)越的32位定點DSP，具有150 MI/s的處理能力和強大的事件管理及嵌入式控制能力，片內(nèi)集成有150 kxl6 bit存儲器、16通道12位高性能A/D轉(zhuǎn)換器、2個事件管理器（EVA和EVB）、3個32位定時器、5個串行接口（2個SCI、1個SPI、1個CAN、1個McBSP），支持45個外設(shè)中斷（3個擴展中斷），最多56個GPIO引腳，可外擴超過l Mxl6 bit的存儲器。該器件既具備數(shù)字信號處理器強大的數(shù)據(jù)處理能力，又像微處理器那樣具有適于控制的片內(nèi)外設(shè)及接口，可謂實現(xiàn)了數(shù)字信號處理器與微處理器的最佳結(jié)合。這一高度集成化的芯片為高精度控制應(yīng)用提供了一整套的片上系統(tǒng)，極大地降低了系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)功耗低，實時性高，靈活性強；另一方面，F(xiàn)2812與TMS320F24x/LF240x（以下簡稱F24x/240x）原代碼及部分功能相兼容，使其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，從電機數(shù)字控制領(lǐng)域拓展到光學網(wǎng)絡(luò)、汽車控制、生物測定學等新興應(yīng)用領(lǐng)域。具體有生物測定學應(yīng)用領(lǐng)域中的人力資源管理、汽車及家庭安全系統(tǒng)和身體入口控制等?？傊?，憑借F2812強大的數(shù)據(jù)處理能力及高度集成化程度，其應(yīng)用范圍還有很大的拓展空間。
　　在通常的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，采用單一CPU擔任數(shù)據(jù)采集和處理工作，但在實時性要求嚴格的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，單一CPU常常因為大量數(shù)據(jù)輸入/輸出和接口突發(fā)信號直接影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常工作，為了解決單一CPU系統(tǒng)在高速模數(shù)（A/D）或數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換中的這一缺陷，本文采用兩片F(xiàn)2812構(gòu)成雙機平臺（分別稱為A機和B機），分別完成信號的轉(zhuǎn)換（A機）和與PC機的數(shù)據(jù)通信（B機），而A機和B機之間通過雙口RAN進行數(shù)據(jù)交換。另外USB接口具有即插即用、熱插拔、傳輸速度快、通用性強、易擴展和性價比高等優(yōu)點，USB2.O接口的最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達480Mb/s．通過USB2.0接口實現(xiàn)F2812 DSP雙機平臺與PC機的連接，不僅數(shù)據(jù)傳輸速率滿足要求，而且較為方便實用。這樣提高了整個系統(tǒng)的運算速度，使整機具有良好的性能提升空間。
　　限于篇幅有限，僅給出F2812 DSP雙機平臺、信號調(diào)理和A/D模塊的硬件設(shè)計和軟件流程。
　　2 F2812雙機平臺系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　2.1 DSP雙機平臺模塊硬件設(shè)計
　　TMS320F2812 DSP雙機平臺功能框圖如圖l所示?，F(xiàn)將各部分的功能介紹如下：
　　
　?。?）A機：主要完成4路模擬信號的實時A/D、 D/A轉(zhuǎn)換。需要擴展256 kxl6 bit RAM、16 kxl6 bit雙口RAM、高速4路12 bit D/A轉(zhuǎn)換器、1路RS-422異步串行接口（備用），4路模擬輸入信號通過信號調(diào)理模塊連接A/D轉(zhuǎn)換器接口。
　?。?）B機：主要完成USB2.O接口數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)調(diào)整和操作-控制命令解析、系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示。需要擴展256 kxl6 bit RAM、16 kxl6 bit雙口RAM、512 kxl6 bit Flash、USB2.0接口模塊、液晶顯示屏-鍵盤-聲光指示模塊、1路RS-422異步串行接口（備用）。
　?。?）A機和B機通過外擴雙口RAM器件共用存儲區(qū)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，共用30 MHz外部晶體振蕩器（時鐘源）。
　?。?）電源模塊提供5路直流電源：±12 V（模擬）、+5 V（數(shù)字）、+3.3 V（數(shù)字）、+1.9 V（數(shù)字）。
　?。?）信號調(diào)理模塊：4路雙極性模擬輸入信號不能直接接入F2812 DSP的A/D輸入引腳，需要經(jīng)過信號調(diào)理模塊，將信號的最大電壓幅值調(diào)整到F2812 DSP A/D輸入允許的范圍之內(nèi)（0 V~+3 Vp-p），再輸入至ADC。
　　（6）D/A模塊：4路高速12 bit D/A轉(zhuǎn)換器輸出，建立時間小于120 ns。
　?。?）USB2.0接口模塊：通過USB2.0接口實現(xiàn)F2812 DSP（B機）與PC機的物理連接，實現(xiàn)F2812DSP與PC機平臺的數(shù)據(jù)交互。
　?。?）CPLD邏輯控制電路：實現(xiàn)F2812 DSP各個外部擴展功能模塊的片選地址譯碼。
　　該模塊是整個系統(tǒng)的核心部分。由于兩片F(xiàn)2812 DSP的引腳連接基本相同，按照通用性強、接口清晰簡捷、資源引出最大化、兼顧構(gòu)建雙機平臺的設(shè)計思想設(shè)計單一F2812 DSP模塊，再由單一F2812 DSP模塊組建雙機平臺原理樣機。這樣只需要設(shè)計出一種F2812 DSP的PCB板，降低了風險，節(jié)省了時間和加工費用。在雙機平臺原理樣機調(diào)試通過、軟件調(diào)試通過和系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)上，可以再進行F2812 DSP雙機平臺的整體模塊二次設(shè)計。