基于ISA总线的通用多DSP目标系统

1、概 述

随着大规模集成电路水平的发展，以数字信号处理器（Digital Signal Process，DSP）为基础的实时数字信号处理技术正在迅速发展，现已广泛应用于图像处理技术、语声处理、智能化仪表、生物医学与工程、通信、自动控制等领域。由 Analog Device 公司生产的 ADSP 是应用非常广泛的一类 DSP，其典型产品有定点的 ADSP2181 和浮点的 ADSP21060。

在许多实际系统中，需要采用多片 DSP 级联的方式进行处理。因此，ADSP2181 经常经级联后用在实际系统中，我们设计了基于 ISA 总线的通用多 DSP 目标系统，这种系统可以用于早期研发及各种算法的硬件平台，他对缩短实际系统开发周期、项目预研等都有重要意义和应用价值。
2、 通用多 DSP 目标系统的构成

通用多 DSP 目标系统的构成由 6 片 ADSP2181、2 片 A/D 变换器以及实现逻辑功能的 FPGA 组成，其原理框图如图 1 所示。

（1）处理系统

整个处理系统由 6 片 DSP 构成，他完成对 2 路模拟信号的采集和数据处理。本系统采用的是 Analog Device 公司较为典型的定点 DSP 系列 ADSP2181，相邻 2 片 DSP 之间的串口数据的发送与接收、帧同步信号的发送与接收分别对应相连，数据的传输采用自动缓冲的方式。

（2）系统输入 

系统输入的模拟信号由 2 路精度为 12b 的串行 A／D 变换器完成，采样率最高达 400kS／s，输入模拟量为单极性（0～2．5V）信号。模拟信号经 A／D 变换器后以串行方式送入第 1 片 DSP。

（3）时序控制

系统时序控制由 FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）实现，系统采用 Altera 公司的 FPGA 芯片 EPFl0K10，其实现的主要功能有：

①产生 ISA 总线对各片 DSP 访问的地址译码与控制；

②产生通过 IDMA 端口访问 DSP 所需的控制信号 IAL，IWR， IRD 和 IS；

③产生各个 DSP 的复位信号；

④产生满足 A／D 转换器时序要求的控制信号 CLK（串口时钟）和 CONV（转换控制）。

另外，FPGA 还完成了 DSP 与 ISA 总线之间数据传输所需的控制时序，有效地保证了数据传输的可靠性。

3 、通用多 DSP 目标系统的硬件设计

（1）目标系统的地址分配与实现

每块 DSP 目标板只占用一组端口地址，每组地址共 4 个：数据端口、地址端口、复位端口和控制端口。组起始地址通过 4b 跳线开关加以选择，设开关值为 n，则板卡起始地址为 360-4×n（记作 port），其他 3 个端口地址分别为 port+2，port+4，port+6。在 FPGA 中采用如图 2 所示的逻辑，实现了目标系统板端口地址的动态分配。

数据端口 port 用于实现对 DSP 内部存储器的读写操作，完成 DSP 与上位机之间的数据传输。 

地址端口 port+2 用于提供对 DSP 进行读写操作时 DSP 内部程序存储区（PM）或数据存储区（DM）的起始地址。 

复位端口 port+4 用于对 DSP 进行复位操作，实现对 DSP 的软复位。

控制端口 port+6 用于选择要操作的 DSP。

（2）控制信号的形成

目标板上 6 片 DSP 占用同一端口地址，系统工作时，可以对任意 DSP 的任一数据区进行读写操作。对 DSP 的片选信号是通过对控制端口的操作来实现的。当 A2A1=11 时，对应于 DSP 的控制端口，这时数据线的低 3 位（DATA［2．．0］）用于指定 6 个 DSP 中的一个。 

4 、下载软件设计

ADSP2181 片内集成了一个可以访问其内部存储器的 16 b IDMA 端口，主机通过此端口可以访问 ADSP2181 片内的程序存储器和数据存储器的任一单元，实现对 DSP 下载文件、传输数据等操作，这一过程是通过上位机对 DSP 的 IDMA 端口的操作来完成的。本文设计了基于 VB 的通用多 DSP 目标系统的下载软件，通过上位机对目标系统进行各种操作。 

（1）端口选择 选择一组端口地址，他应与目标板的端口地址相一致；

（2）处理器选择 选择所要进行读写操作及下载的处理器号（1#～6#）；

（3）下载文件选择 选择要加载到指定 DSP 的程序；

（4）下载 执行下载操作，并自动检查加载是否成功，若不成功，则重新加载；

（5）读处理器选择 调用读处理器模块，读选定处理器的指定单元的内容；

（6）写处理器选择 调用写处理器模块，在所选的处理器的指定单元写入数据。 

5 、结 语

通用多 DSP 目标系统，在地址分配上充分考虑到了 ISA 总线和定点 ADSP2181 的特点，采用地址的动态分配技术，有效地节省了系统的资源。下载软件可以对 1 片或多片 DSP 进行文件下载、读、写等操作，极大地增强了系统的通用性与灵活性。该系统可用于各种算法的硬件平台和早期研发，具有较高的应用价值。