用于胎儿心电信号测量的嵌入式数据处理系统研究

(4)电源

　　良好稳定的电源是电路正常工作的保证,对于DSP这样的高端处理器,还需要满足其对内核和IO不同的上电顺序,这里特别选用了TI公司专门为DSP设计的电源芯片TPS73HD318,5V输入1.8/3.3V混合输出,并且配备了专门的复位芯片。

1.2 系统架构

　　本系统构建以TI公司的MSP430F169为核心,TMS320VC5402为运算单元,系统硬件框图如图1所示。

系统中MSP430F169作为MCU,控制整个电路的工作,DSP负责逻辑运算。为了能够更加有效地发挥DSP的运算能力,分别采用了FLASH和SRAM芯片扩展DSP的数据空间和存储空间,并且用CPLD对存储空间的映射进行控制,以达到对映射地址动态控制的目的。

1.3 通信模块设计

　　系统设计的核心是MSP430和TMS320VC5402连接通信问题,本文采用主机接口(HPI)通信模式。HPI是一个8位的并行口,MSP430可以方便地通过这个接口访问DSP整个数据空间,直接由DSP的硬件流水进行优化,没有多余的开销。连接方式如图2所示。

　　HPI有两种工作模式:

　　(1)共用访问模式(SAM)。此状态下MSP430和DSP都可以访问HPI存储器,如果二者的读取周期发生了冲突,主机(MSP430)有优先权。

　　(2)仅主机访问模式(HOM)。在此模式下只有主机(MSP430)可以访问HPI存储器,DSP处于复位状态或最小功耗状态。
　　
　　其中8位数据总线(HD0～HD7)负责与主机交换信息,因为TMS320VC5402接口为16位,所以主机与DSP之间数据传输由2个连续的字节组成。由HBIL引脚指示正在传输的是高8位还是低8位。主机通过HCNTL0和HCNTL1指定所访问的寄存器是控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA还是数据寄存器HPID。HPIA寄存器还可以被设置为自动增寻址方式,以提高对连续地址访问操作的效率。HCS是片选信号,在主机访问HPI时必须保持为低。HAS是地址选通信号,一般用作地址锁存或不用(接高电平)。HR/W为读写选通信号,用来确定数据传输的方向。 和是数据选通信号,用于在主机访问周期控制数据的传输。当没有使用

信号,并且HCS信号处于低电平时,或可用于对HBIL、HCNTL0/1和HR/W信号的采样。因为HDS1和HDS2内部互斥,所以不能同时将和置低。硬件连接示意图如图3所示。

1.4 外置存储器设计

　　为了增强系统的扩展性及扩展DSP存储空间,特增加了外置FLASH和SRAM,并由CPLD控制二者与DSP之间的时序关系。图4为外接存储器系统的硬件框图。

CPLD配备了JTAG接口,便于程序烧录和日后修改。由于CPLD的时序严格,并且速度快、易编程,非常适于用作接口逻辑控制芯片。本设计采用了Alreta公司的EPM7032S芯片,利用DSP的MSTRB和R/W控制SRAM和FLASH的OE与WE的选通,A15、DS和XF控制FLASH的选通,PS和A19控制SRAM的选通。

　　VHDL语言描述如下:

OE<=‘0’when (mstrb=‘0’and rw=‘1’) else‘1’;

WE<=‘0’when (mstrb=‘0’and rw=‘0’) else‘1’;

CE(sram)<=‘0’ when(ps=‘0’and A19=‘0’) else ‘1’;

CE(flash)<=‘0’ when(ps=‘0’and xf=‘0’ and a19= ‘1’) or (ds=‘0 and xf=‘1 and a19=‘0’) else‘1’;

　　为了减少每次开机时的工作量,将处理程序(自适应LMS算法)烧入了FLASH中,并在系统复位时由编写的Bootloader自动将外部FLASH中的程序写入DSP内部的DRAM中,采用了在线烧制的方式。具体实现方式不再给出。编写时要注意复位时内部RAM的映射问题,因为复位时DSP自动将OVLY置1[3],将内部的RAM映射到所有数据空间的每一页的0080～3fff中,所以实际编写Bootloader时程序写入数据空间的起始地址应当为4000。

　　复位后FLASH映射到数据空间的0000～ffff,SRAM映射到程序空间的0000～ffff上,待烧录完成后,由通用IO引脚XF控制映射到程序空间的80000～bffff。数据空间由内部和外部RAM独占。

2 系统软件设计

　　单片机与DSP软件通信流程如图5所示。由于本系统中的 位已置1,所以实际通过软件控制位置1和置0来完成每个读写周期。DSP的工作流程与其正好相反,一旦接受到MSP430传来的中断信号,便马上进入中断子程序,从发送来的地址中取出数据进行运算处理,完成后对其取反后存在相同的地址内,之后置位HINT中断单片机,退出中断子程序。

系统总软件流程由图6所示。MSP430采集完数据后,进入HPI发送子程序,发送完数据后进入低功耗模式等待DSP的处理结果,并将其显示出来;DSP上电后进入低功耗状态,待MSP430将数据传递完后启动滤波算法对数