一种便捷的dsp自举模块设计(编辑修改稿)

一种便捷的dsp自举模块设计(编辑修改稿)内容摘要：

植； 下位机 C8051F340 单片机能够实现与上位机的 USB 通信，片内的 FLASH 作为 DSP 外部存储器； DSP 处理器 TMS320VC5416 和 C8051F340 单片机之间实 现 SPI 方式通信 ； DSP 最小系统能够 实现掉电后自动 加载程序，实现脱机运行。 系统方案 为 实现 以上的 系统功能 而提出以下的系统方案，本系统 主要由 上位机 部分和下位机 部分组成， 本文主要 实现框图如图 12 的虚线框部分。 其中上位机 用来完成用户程序代码的格式转换并通过 USB 通信将转换后的代码自动移植到下位机C8051F340 单片机 的 FLASH 中；下位机 包括硬件部分和软件部分，用来 完成 与上位机的 USB 通信、与 DSP 目标板的 SPI 通信 ，此外 下位机本身的 FLASH 作为 DSP 的外部存储器。 下面将对系统的硬件构架 和软件开发环境作已简单介绍。 西安工程大学本科毕业设计 （ 论文 ） 5 自举模块 测试模块 L a b V I E W 应 用 程 序单 片 机应 用 程 序U S B 设 备U S B 主 机SPIF l a s hP C C 8 0 5 1 F 3 4 0U S BS P IM C B SP 0R ST M S 3 2 0 V C 5 4 1 6A P I驱 动 程 序 图 12 系统结构框图 系统硬件构架 在 系统 硬件设计上主要分为三大部分： 单片机应用系统的总体设计； DSP 最小 系统的总体设计； 自举模块与测试模块 的互联设计。 单片机应用系统的总体设计如图 13 所示： 确 定 单 片 机 应 用 系 统 的 性 能 指 标单 片 机 及 其 外 围 器 件 的 选 择单 片 机 应 用 系 统 总 体 设 计单 片 机 硬 件 设 计 及 制 作硬 件 测 试 软 件 代 码 编 译 连 接 与 仿 真单 片 机 软 件 设 计 及 代 码软 硬 件 联 合 在 线 方 针 调 试单 片 机 应 用 系 统 整 体 测 试 与 验 证 图 13 单片机应用系统的总体设计 西安工程大学本科毕业设计 （ 论文 ） 6 其中 DSP 最小 系统的总体设计 框图 如图 14 所示： D S P 及 其 外 围 器 件 的 选 择D S P 应 用 系 统 总 体 设 计D S P 硬 件 设 计 及 制 作硬 件 测 试 软 件 代 码 编 译 连 接 与 仿 真D S P 软 件 设 计 及 代 码软 硬 件 联 合 在 线 方 针 调 试D S P 应 用 系 统 整 体 测 试 与 验 证确 定 D S P 应 用 系 统 的 性 能 指 标 图 14 DSP 应用系统的总体设计 最小系统的设计是整个硬件设计的 前提 ， 本文 是 从最小系统开始，逐步向 应用 系统扩展，最终 完成 以 单片机 的外围扩展 功能 为核心的整个系统的设计。 此外，在 硬件设计中还 连接一个 将程序载入主芯片 的 JTAG 下载端口。 在 再设计过程中将单片机 的引脚用插针引出， 以 便于 今 后的扩展 与 使用。 最后， 按照从 局部到整 体的思想 经行 系统调试 ，即先 对 系统中 各个模块进行调试， 包括 硬件调试和软件调试； 再 级联 系统中 相近模块进行联机调试，主要是软件之间的级联，最后进行 整体 调试，主要是验证系统的整体设计要求。 器件 介绍 DSP 器件 介绍 当前业界中应用得最广泛的是 TI的 TMS320系列 DSP，其中 TMS320VC5416是 TI 公司于近年推出的性价比极高的数字信号处理器 DSP[6]。 如图 15： 西安工程大学本科毕业设计 （ 论文 ） 7 图 15 TMS320VC5416 的内部结构 其主要特点如下： （ 1） 144 引脚，操作速率达 160MIPS； （ 2）内置 可编程等待状态发生器， 三个多通道缓冲串行口 (MCBSP),锁相环（ PLL）时钟产生器， 一个 16 位定时器以及 6 通道直接存取（ DMA）控制器 ，一个 8 位 ∕16 位并行与外部处理器通信的 HPI 口 ； （ 3） 40 位算术逻辑单元（ ALU） ,包括一个 40 位桶形移位器和两个 40 位累加器 ； （ 4）一个 1717 乘法器和一个 40 位专用加法器，允许 16 位带 ∕不带符号的乘法； （ 5）先进的多总线结构， 一条程序存储器总线 和 三条 16 位数据存储器总线 ； （ 6） 8 个辅助寄存器及一个软件栈，允许使用业界最先进的定点 DSP C 语言编译器； （ 7） 单周期正规化及指数化译码； （ 9）低功耗，工作电源为 （ I∕O）和 （ CORE），特别适合电池供电设备。 TMS320VC5416 的管脚图如图 16 所示： 西安工程大学本科毕业设计 （ 论文 ） 8 图 16 TMS320VC5416 管脚 单片机 器件介绍 C8051F330[7]是 Silicon Laboratories 公司生产的完全集成的混合信号片上系统型 单片机， 是真正能独立工作的片上系统。 如图 17： 图 17 C8051F330 的内部结构 其主要特点如下： （ 1） 采用与 8051 兼容的高速、流水线结构的 微控制器 内核，速度 可达 48MIPS；西安工程大学本科毕业设计 （ 论文 ） 9 全速、非侵入式的片内在线系统调试接口 ； （ 2） 带模拟多路器的真正 10 位 200 ksps 的单端 /差分 ADC； （ 3） 精确校准的 12MHz内部振荡器和 4倍时钟乘法器 ； （ 4） 64KB 可在系统编程的 FLASH 存储器， FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新 8051 固件 ； 4352 字节片内 RAM； （ 5） 具有 5 个捕捉 /比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器 /定时器阵列（ PCA）； 4 个通用的 16 位定时器；片内上电复位、 VDD 监视器和温度传感器；片内电压比较器 ； （ 6） 硬件实现的 SMBus/ I2C、增强型 UART 和增强型 SPI 串行接口； （ 7） 40 个可容许 5V 输入的 I/O 端口 ； （ 8） 可在工业温度范围（ 45℃ 到 +85℃ ）内用 的电压工作。 （ 9） 片内 Silicon Labs 二线（ C2）开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品 MCU 进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。 调试逻辑支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令。 在使用C2 进行调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。 两个 C2 接口引脚可以与用户功能共享 ， 以 使在系统调试功能不占用封装引脚。 端口 I/O和 /RST引脚都容许 5V的输入信号电压，采用 48脚 DIP封装其管脚图如下图 18所示： 图 18 C8051F340 管脚图 西安工程大学本科毕业设计 （ 论文 ） 10 软件环境 Code Composer Studio CCS(Code Composer Studio)是 TI 公司推出的用于开发 DSP 芯片的集成开发环境，它采用 Windows 风格界面，集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试以及实时跟踪等功能于一体，能完成 DSP 系统开发过程的各个环节，极大地方便了 DSP 芯片的开发与设计，是目前使用最为广泛的 DSP 开发软件之一。 CCS有两种工作模式，即：软件仿真器模式和硬件在线编程模式；前者可以脱离 DSP芯片，在 PC 机上模拟 DSP 的指令集和工作机制，主要用于前期算法实现和调试；后者可以实时运行在 DSP 芯片上，与硬件开发板相结合在线编程和调试应用程序。 CCS 运行时的主窗口如图 19 所示： CCS 的功能十分强大，它集成了代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能，而且支持 C／ C++和汇编的混合编程，使用方便快捷 [8]。 图 19 CCS 运行时的主窗口 电路设 计软件 PROTEL DXP 介绍 Protel DXP 是 Altium 公司于 20xx 年 8 月推出的一套基于 Windows20xx/XP环境下的桌面 EDA 开发工具。 Protel DXP 不但兼容了以前所有版本的 Protel软件，而且集成了更多的工具，从而在电路原理图设计、 PCB 布局布线、电路仿真测试和 FPGA/CPLD 设计等方面较以前的版本有了极大的加强 [9]。 Protel DXP 作为一款功能强大的电路设计软件，它具有以下基本特点： 西安工程大学本科毕业设计 （ 论文 ） 11 （ 1） Protel DXP 包含电路原理设计、电路原理图仿真测试、印刷电路板设计、自 动布线器和 FPGA/CPLD 设计，覆盖了以 PCB 为核心的整个物理设计 [10]。 因此， Protel DXP 是真正意义上的 EDA 软件，它的智能化、自动化较以前的版本有了极大的提高。 （ 2） Protel DXP 提供了进行层次原理图设计的环境，支持 “ 自上而下 ” 和 “ 自下而上 ” 的层次设计思想，从而使得多名电路设计人员进行并行开发成为可能。 （ 3） Protel DXP 提供丰富的元件原理图库和 PCB 封装库，并且库的管理和编辑功能更加完善，操作更加简便。 电路设计人员通过 Protel DXP 提供的编辑工具，可方便地实现库中没有 包含的元件原理图以及 PCB 封装地设计制作 [11]。 （ 4） Protel DXP 提供了元件集成库的 SPICE 仿真模型和信号完整性分析，这使得设计人员调用元件时能够同时调用元件的原理图符号和 PCB 封装符号。 （ 5） Protel DXP 提供了丰富的设计检查功能。 它的设计检查功能主要包括电路原理图设计中的 ERC 和 PCB 设计中的 DRC，它们能够使电路设计人员快速地查证错误，最大限度地减少设计差错。 （ 6） Protel DXP 提供了全新的 FPGA/CPLD 设计功能，并且支持 VHDL 设计和混合设计模式 [12]。 单 片机开发软件 Keil C51 简介 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。 与汇编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上都有明显的优势，易学易用。 用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。 另外重要的一点是 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 基于 Keil C51 的所有这些优点，在本文 中选用其作为软件 设计环境。 软件 ConfigAndConfig2Instal简介 交叉开关是一个多路选择器，它用于为器件内部的硬件外设分配 I/O端口。 例如，它可以决定 UART的 RXD和 TXD连到哪一个端口引脚 [13]。 交叉开关负责SMBus、 SPI、 UART、定时器捕捉模块、外部 PCA输入、比较器输出、定时器外部输入、 /SYSCLK以及 A/D转换启动输入的引脚分配 [14]。 西安工程大学本科毕业设计 （ 论文 ） 12 LabVIEW 简介 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,实验室虚拟仪器开发平台）是美国 NI（ National Instrument Company）公司推出的一种基于G 语言的虚拟软件开发工具，虚拟仪器是有用户定义，这种“软件即仪器”的思想增强了虚拟仪器的灵活性和可扩展性 [15]。 LabVIEW 编程主要是用简单、直观、易懂的框图来代替传统的程序代码，并且其编程过程和思维过程很相似。 如今LabVIEW 已应用到航空、电子、通信、工业、医学等领域。 系统 测试 本次毕业设计的主要任务是完成 DSP 处理器 TMS320VC5416 便捷 的 标准串行自举。 系统调试的主要 内容有以下几点： 上位机格式转换模块的软件调试； 上位机与下位机 USB 通信的测试； SPI 通信系统的软硬件调试。 论文章节安排 本论文共分为五章：第一章是绪论，介绍了设计中的一些基本原理和相关软件的介绍。 第二章是系统硬件设计的介绍，包括了硬件的功能描述和硬件的总体设计和详细设计。 第三章是系统软件的设计，在这章里将会对系统软件的功能、总体设计和各个部分的具体设计实现作详细的介绍。 第四章是系统的调试与分析，这章主要对调试的过程作了详尽的描述，并对调试过程中产生的问题进行了分析。