基于DSP的信號采集處理系統(tǒng)
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3 基于DSP／BIOSⅡ的實(shí)時信號處理技術(shù)
信號采集處理系統(tǒng)中的DSP不但要實(shí)現(xiàn)高速信號處理，還需要處理數(shù)據(jù)的輸入輸出和中斷請求，這都要用到基本的任務(wù)調(diào)度和輸入輸出服務(wù)，DSP／BIOS實(shí)時基礎(chǔ)軟件提供了一個小的具有基小運(yùn)行服務(wù)的固件核，開發(fā)者可以把這個核嵌入目標(biāo)DSP中。DSP／BIOSⅡ是性能得到提升的第2代實(shí)時基礎(chǔ)軟件，利用該軟件可以縮短實(shí)時信號處理軟件的開發(fā)時間，并且可以顯著提高代碼的可重用性。
基于DSP／BIOSⅡ使信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，整個配置過程都可以利用一個圖形化的界面來實(shí)現(xiàn)。首先，新建一個DSP／BIOS的配置文件，然后在Syetem文件夾下選擇MEM，也就是存儲區(qū)管理模塊，在該模塊增加兩個新的MEM項(xiàng)，分別對應(yīng)信號采集處理系統(tǒng)的SDRAM和Flash存儲器，設(shè)置好SDRAM和Flash存儲器的基地址和長度，至此片外存儲區(qū)的設(shè)置就全部完成了。由于DSP和數(shù)據(jù)采集部分通過McBSP交換數(shù)據(jù)，因此還需要對McBSP行設(shè)置。找到CSL也就是芯片支持庫文件夾，在McBSP選項(xiàng)下的McBSP配置管理(MsBSP ConfigurationManager)增加兩個新的McBSP的配置控制項(xiàng)，這兩個控制項(xiàng)分別對應(yīng)McBSP0和McBSP1，然后設(shè)定這兩個配置項(xiàng)的參數(shù)，最關(guān)鍵的是接收模式和輸出模式的設(shè)置，接收和輸出均采用無壓擴(kuò)的LSB方式，對于有壓擴(kuò)的話音數(shù)據(jù)，可以根據(jù)需要選擇μ律或A律壓擴(kuò)，這樣在數(shù)據(jù)讀寫的同時，利用DSP硬件也就完成了μ律或A律壓擴(kuò)。McBSP可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，在本系統(tǒng)中只是從數(shù)據(jù)采集部分讀人數(shù)據(jù)，沒有用到其雙向數(shù)據(jù)傳輸功能。實(shí)際上，利用其雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，結(jié)合μ律或A律可以很方便地實(shí)現(xiàn)話音的實(shí)時處理。所有配置都設(shè)置完后，將配置文件存盤加入當(dāng)前工程，整個基于DSP／BIOS的配置便完成，在中斷響應(yīng)函數(shù)配合下，就可實(shí)現(xiàn)整個實(shí)時處理軟件的開發(fā)。
實(shí)時處理軟件的數(shù)據(jù)流如圖2所示。從圖中可以看出，數(shù)據(jù)從McBSP通過DMA方式寫入SDRAM輸入緩沖區(qū)，整個輸入緩沖區(qū)劃分成若干片，數(shù)據(jù)處理部分按片進(jìn)行處理，由于McBSP寫入的數(shù)據(jù)片與DSP處理的數(shù)據(jù)片不是同一個數(shù)據(jù)片，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)寫入就可以同時進(jìn)行，這是保證數(shù)據(jù)實(shí)時處理的一個關(guān)鍵。顯然，所分?jǐn)?shù)據(jù)片數(shù)越多，可以有越長的處理時間，越適合進(jìn)行一些復(fù)雜的算法，這樣要付出的代價就是輸出延時比較長，同時需要大的DSP片外存儲空間。數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果存放在輸出緩沖區(qū)，輸出緩沖區(qū)的大小與輸入相同，當(dāng)輸出緩沖區(qū)寫滿后，觸發(fā)PCI總線中斷處理函數(shù)，把處理后的結(jié)果通過PCI總線寫到主機(jī)緩沖區(qū)，主機(jī)程序從該緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)讀出，存儲到計(jì)算機(jī)硬盤上的制定文件中。
DMA中斷響應(yīng)函數(shù)的主要代碼如下：
從代碼中可以看出，DMA中斷響應(yīng)函數(shù)最核心的部分是按照給定條件初始化DMA控制器，然后啟動DMA通道，開始接收數(shù)據(jù)。這里的給定條件主要是保證DMA的寫入地址符合要求，特別是在循環(huán)寫入的情況下不致發(fā)生地址沖突。DSP與主機(jī)緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)交換也是通過中斷響應(yīng)方式進(jìn)行的，與通過DMA方式從McBSP讀數(shù)據(jù)不同，PCI接口工作在猝發(fā)方式，其中斷響應(yīng)函數(shù)在輸出緩沖區(qū)全部寫滿后將緩沖區(qū)內(nèi)的全部數(shù)據(jù)寫到主機(jī)緩沖區(qū)，因此，輸出緩沖區(qū)無需分片。采用這種方式可以減少PCI接口讀寫次數(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。
4 基于多線程的主機(jī)處理技術(shù)
DSP數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的處理結(jié)果需要輸出到主機(jī)，主機(jī)可以對處理結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步處理。主機(jī)程序最關(guān)鍵的部分是要將主機(jī)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀出來，再寫到硬盤上的文件中。DSP數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的驅(qū)動程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中開辟主機(jī)緩沖區(qū)，在一臺主機(jī)上可以允許多個數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)同時工作，這時需要同時開辟多個緩沖區(qū)。為保證多個數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)同時工作，主機(jī)在處理時采用了多線程技術(shù)，整個主機(jī)處理軟件利用C++Builder開發(fā)，在該開發(fā)環(huán)境下很容易實(shí)現(xiàn)多線程處理技術(shù)。
主機(jī)處理軟件的核心代碼如下：
從代碼中可以看出，主機(jī)多線程處理技術(shù)的核心是一個線程執(zhí)行函數(shù)(Execute())，該函數(shù)將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)寫到文件中，在多個數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)同時工作時，該處理函數(shù)以輪循的方式將對應(yīng)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入不同的文件句柄(g_hFiles[i][0])，也就是寫入不同的文件，這樣就不會在數(shù)據(jù)寫入時發(fā)生沖突。
主機(jī)程序除了將數(shù)據(jù)寫入指定文件外，還可以控制每一個數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的啟動和停止，并具備在線加載并配置DSP程序的能力，用戶可以通過修改DSP程序的參數(shù)來執(zhí)行不同的處理任務(wù)。所有這些功能都是由該系統(tǒng)的硬件驅(qū)動程序提供，該硬件驅(qū)動程序已封裝成一個庫函數(shù)，調(diào)用起來較為方便。這樣，用戶就可根據(jù)自己的需要開發(fā)不同的主機(jī)應(yīng)用程序。
5 結(jié)束語
基于TMS320C6205的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中獲得了良好的效果，特別是該系統(tǒng)可以通過加載不同的DSP處理程序進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)處理，大大拓展了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，充分體現(xiàn)了基于DSP的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)在應(yīng)用上的靈活性。同時，由于多個采集處理系統(tǒng)可同時工作，整個處理系統(tǒng)可以適合不同應(yīng)用場合的需要，可以勝任不同處理能力的需要。
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