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1 引言 當今信息技術與計算機技術的飛速發展。使得數字信號處理發展成為一門非常關鍵的技術。而數字信號處理器(DSP芯片)的出現為數字信號處理算法的實現提供了可能，同時，DSP器件性能的不斷提高又極大地促進了數字信號處理技術的進一步發展。Blackfin系列DSP芯片是美國模擬器件公司(ADI)與Intel聯合開發的體現高性能體系結構的新一代嵌入式定點處理器。Blackfin處理器在一個芯片和一個開發平臺上融合了DSP信號處理、RISC控制處理和音視頻處理功能，具有高速實時數據處理、極佳的代碼密度、動態電源管理、極低的功耗、方便的開發使用等優點。 Blackfin系列DSP具有一個雙MAC 300刎，(每秒600 MHz)內核。其結構的核心是數據算術單元，包括兩個16位乘法累加器(MAC)，2個40位算術邏輯單元(ALU)，4個8位視頻ALU和一個40位桶形移位器。在每個周期內。每個MAC能在4個獨立的數據操作數上執行16位乘法運算．算術邏輯單元能累加2個40位的數或4個16位的數。為獲得最大效率．可利用這種體系結構處理8位、16位和32位的數據運算。同時，Blackfin系列DSP具有世界領先的功率管理和性能。Blackfin處理器采用低功耗和低電壓的設計方法．具有動態功率管理的特點，即通過改變工作電壓和頻率來大大降低總功耗。與僅改變工作頻率相比，既改變電壓又改變頻率能夠使總功耗明顯減少。對于便攜式應用來說，這相當于延長了電池的壽命。 2 ADSP-BF533處理器簡介 ADSP-BF533是Blackfin系列DSP產品中典型的一款。其主要特點有：16位定點DSP內核，可實現600MHz的高速持續工作：靈活的軟件控制動態電源管理：0.8～1.2V內核電壓、2.5～3.3V外部輸入電壓、實時時鐘模塊RTC、12通道DMA、4GB統一尋址空間、80KB的L1指令存儲器、64KB的數據存儲器：靈活的引導方式等。此外．ADSP-BF533還具有豐富的系統外設——并行外設接口(PPI)／GPIO、雙通道全雙丁同步串口(SPORT)、通用異步串口(UART)、SPI兼容端口、看門狗定時器等。 ADSP-BF533可實現600 MHz的高速持續工作，單片處理能力可達1.2GMIPS (每秒12億次乘加運算)，由于處理速度快，ADSP-BF533可適用于高速實時信號處理系統；另外，ADSP-BF533的動態電源管理模塊通過改變供電電壓和工作頻率使得其功耗很低，典型數據為52毫瓦(200 MHz)、90毫瓦(300MHz、280毫瓦(600 MHz)，當處理器處于深度休眠狀態時，功耗會變得更低。與相似的DSP相比．ADSP-BF533在同等性能下功耗要低30％．尤其適用于對功耗有特殊要求的系統。 3 在低功耗高速實時信號處理系統中的應用 正因為ADSP-BF533具有實時處理速度快和低功耗的特點,可以將其應用在一些要求低功耗、高速度的實時信號處理系統中。如水下信號監測與處理系統、地下管道預警系統、高空信號探測與分析系統等．這些系統的共同特點是：1．任務具有“突發性”——平時不需要復雜的信號分析與處理，而一旦有分析與處理任務時,數據量、運算量都相當大，要求系統能夠盡快及時地按照精準復雜的算法進行處理并得到準確的結果；2．功耗是瓶頸——由于系統所處的位置原因(水下、地下或高空)，一般由電池供電且不宜頻繁更換電池，故財功耗的要求很高——越低越好。而ADSP-BF533具有實時處理速度快和低功耗的特點，完全可以勝任這些系統。圖1是一個以ADSP—BF533為核心模塊的此類系統的原理框圖。 
圖1以ADSP-BF533為核心模塊的低功耗高速實時信號處理
圖2 ADSP-BF533與單片機的連接示意圖 系統由上位機和下位機組成．上、下位機的通信由GPRS／GSM模塊實現。上位機軟件負責對下位機的參數設置及狀態查詢界面的編寫以及與GPRS／GSM模塊間通信的實現；而信號采集、分析及處理等主要工作由下位機實現，并通過GPRS／GSM模塊將信號處理結果告知上位機(如地面工作站)。下位機由傳感器、數據采集模塊、低功耗微處理器和高性能ADSP-BF533處理器組成。數據采集模塊采集來自傳感器的原始信號數據(如水下壓力或聲納、管道應力或振幅、高空風力或溫度變化等)，并根據需要進行放大／衰減、模／數轉換等處理，然后將數據送給后面的低功耗微處理器。后者對信號數據依照經驗閾值進行簡單判別——若與經驗閾值有悖，即信號“可能異常但不確定”。則將信號數據傳送給后面的ADSP-BF533處理器，后者利用其強大的數據處理能力按照復雜的算法對信號進行高速實時處理．得出信號是否“異常”的準確結果”，并將結果回送至低功耗MCU。并由后者通過GPRS／GSM模塊通知上位機。 這種低性能低功耗微處理器和高性能ADSP—BF533相結合的雙核模式非常適用于上述幾種系統，試驗中低功耗MCU選用51單片機。由于此類系統長期處于正常狀態，不需要一直進行復雜的數據處理。正常狀態下．僅由單片機接收數據并進行簡單判別而ADSP-BF533處于深度休眠狀態，此時DSP內核、外設時鐘全部禁止，僅用0.8V電壓維持RTC模塊的實時時鐘運轉，電流僅為幾十微安，功耗微乎其微——滿足此類電池供電系統的節能要求；而一旦單片機判決數據“可能異常”，將喚醒休眠的ADSP-BF533并對信號進行高速實時處理——滿足此類系統的高速實時性要求。 ADSP-BF533與單片機間通過異步串口UART傳送數據。數據格式和波特率可編程設定。為了將DSP從深度休眠中喚醒，單片機另用一根輸出線(如P2.0)接至RESET腳。另外，因為ADSP-BF533沒有片內程序存儲器，用戶的代碼必須通過外部的存儲器來進行引導。ADSP-BF533的兩個引腳BMODEO和BMODEl的最終狀態決定ADSP-BF533的引導方式，試驗中選用從外部FLASH引導的方式(BMODEO腳接高電平，BMODEI腳接低電平)，將用戶代碼放入FLASH中，FLASH選用PSD4256G6V(IMB)。ADSP-BF533的地址線A[1:19]分別接至PSD4256G6V-10UI的ADl1~ADl5及PCO～PC3腳，數據線D[0：15]分別接至PSD4256G6V-IOUI的PFO～PF7及PG0~PG7腳，在讀寫控制部分，將ADSP-BF533的ABE0、ABE1、AMS0、AMS2、AOE分別接至PSD4256G6V-10UI的AD0、CNTL2、PC6、PC7及CNTLI腳，另將ADSP-BF533的而云和PSD4256G6V-10UI的CNTL、PD3腳相連。ADSP-BF533與單片機間的部分連接關系如圖2所示。 系統上電復位后．7單片機先通過UART向ADSP-BF533發送一個握手信號．為了區別后面發送的正常數據，此握手信號可選用特殊符號“EOF"，此后ADSP-BF533進入深度休眠的省電模式。系統下作時由單片機接收前端采集的數據并進行簡單判別，若無異常則ADSP-BF533保持深度休眠，程序對實時時鐘編程為每1天(24小時)產生一次中斷(RTC中斷)，由中斷喚醒DSP并通過UART向單片機傳送一個特定數據(如10101010)表示DSP硬件正常并處于深度休眠，再由單片機通過GPBS／GSM模塊通知上位機然后再次進入深度休眠：當單片機對前端數據初次判決為“可能異常”時，立即輸出一個低電平信號(1毫秒)至ADSP-BF533的面面矛腳令其復位，然后ADSP-BF533切換到全速方式(通過對ADSP～BF533的PLL編程實現)，接著單片機通過UART向ADSP-BF533傳送數據(因數據量不大，將數據放在ADSP-BF533內部的L1數據存儲器中)。接著533進行調用相應算法處理進行高速實時處理，若結果異常，則啟用UART向單片機傳送另一個特定數據(如11111111)告知異常，再由單片機通過GPRS／GSM模塊通知上位機，然后ADSP-BF533再次進入深度休眠．直至下面發生兩種情況之一才再次被激活：1．實時時鐘再次計數滿一天：2．單片機再次發出低電平復位信號。ADSP-BF533的工作流程如圖3所示。
圖3 ADSP-BF533的工作流程 對ADSP-BF533的編程是通過寫相關寄存器實現的，在visual DSP++環境下使用匯編語言或C語言均可。試驗中采用c語言實現，如PLL(片內鎖相環)子函數的編程代碼如下： void Init-PLlXvoid) ｛ *pSIC_IWR=Ox81; //寫SIC_IWR寄存器使能實時時鐘中斷喚醒和PLL喚醒 *pPLL_CTL=Ox1100；//對輸入27晶振16倍頻，配置內核時鐘為324MHz *pPLL_DIV=0x2； //系統時鐘頻率=1／2內核時鐘頻率 ssync(); //抽空流水線，切換到設定的工作頻率 idle()； } //end Init_PLL 4 結論 當今社會，電子技術廣泛應用于各種領域。人們對電子系統的速度和功耗提出了越來越高的要求。綜上所述。利用高性能ADSP-BF533處理器高速實時處理和低功耗的特點．可以使其在那些要求低功耗、高速度的實時信號處理系統中發揮無與倫比的作用。 本文作者創新點：提出了一種基于單片機+ADSP BF533的雙核結構，適用于一些具有低功耗、高速實時處理特點的系統。利用這種雙核結構，可以兼顧高速實時數據處理和節約能源的要求，可在許多相關領域發揮無與倫比的作用。 作者簡介：焦智 來源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第25卷第8-2期 |
