以DSP器件为核心的嵌入式系统技术分析

嵌入式系统的目的是提供一个以多任务和网络为信心,易于开发的复杂数字系统。从数字技术和信息技术的角度看,嵌入式系统已成为现代信息网络技术应用的基础技术,已成为现代工控领域的基本技术。

使用嵌入式系统技术,不仅可以实现硬件和软件的优化集成,更主要的是提供了使用“数字基因技术”的基本工具。从计算机和信息网络技术发展的角度看,嵌入式系统标志着网络化计算机时代的到来,标志着计算机应用进入了“通用元素”化和“数字基因”化发展的新阶段,因此,嵌入式系统在计算机应用具有里程碑的意义。

本文将讨论DSP内核嵌入式系统或芯片的基本技术特征,以及这种嵌入式系统的应用技术特点。

以DSP为核心的嵌入式系统

嵌入式系统实际上就是一个集成化的计算机系统。随着信息技术的发展,应用领域还对嵌入式系统提出了网络化功能,这就促使嵌入式系统向着更高的集成化方向发展。

嵌入式系统的发展,主要体现在芯片技术的进步,以及芯片技术限制下的算法与软件的进步上。对于嵌入式系统来说,核心是具有数据处理和系统管理能力的计算机系统,因此,只要是以处理器系统为核心的器件,都可以形成嵌入式系统。这就是说,使用具有强大数据处理功能的DSP器件也可以组成一个嵌入式系统,并且可以充分发挥DSP器件在数据处理方面的优势,改善嵌入式系统的实时操作特性。

所谓DSP嵌入式系统,实际上就是把DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统。这种系统具有DSP系统的所有技术特征,同时还具有应用目标所需要的技术特征。DSP嵌入式系统不再是一个专用的DSP系统,而是一个完整的、具有多任务和实时操作系统的计算机系统,以这个计算机系统为基本,可以十分方便地开发出用户所需要的应用系统。

DSP器件特点

DSP器件是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器,其主要应用是实时快速地实现各种数字信号算法处理。按数据格式划分,DSP器件可以分为定点和浮点两种。

DSP芯片具有如下主要技术特性：

1)硬件上采用多总线哈佛（Harvard）结构,提高了数据的处理能力和速度。

2)指令执行采用流水作业（pipeline）,具有较高的指令执行速度。

3)采用独立的硬件乘法/加法器（MAC）,极大地提高了数据处理速度。

4)设置有循环寻址（Circular addressing）、位倒序（bit-reversed）等特殊指令,有处于实现高健壮性的实时系统。

5）内部具有独立的DMA总线控制器,通过DSP器件中一组或多组独立的DMA总线,可以实现程序执行与数据传输并行工作。目前,在不影响CPU工作的条件下,片内DMA速度已达1600Mbyte/s以上。

6）提供了多处理器接口,可以十分方便地实现多个处理器并行或串行工作,不仅可以提高数据处理速度,还为使用嵌入式子系统实现大型和复杂嵌入式系统提供了技术基础。

7）提供了JTAG（Joint Test Action Group）标准测试接口（IEEE 1149标准接口）,便于DSP作片上的在仿真和多DSP条件下的调试。

由于DSP器件的上述技术特性,使得以DSP器件为核心的DSP系统具有如下几个主要技术特点：

1）数据处理速度快,具有良好的可编程实时特性。

2）硬件软件接口方便,可以十分方便地与其它数字系统或设备相互兼容。

3）开发方便,可以灵活地通过软件对系统的特性和应用目标进行修改和升级。

4）具有良好的系统健壮性,受环境温度以及噪声的影响较小、可靠性高。

5）易于实现系统集成或使用SOC技术,可以提供高度的规范性。

以DSP器件为核心的嵌入式系统基本硬件结构

典型的DSP嵌入式系统构成如图1所示。

在图1中,网络通信接口不仅提供了DSP嵌入式系统的网络通信硬支持,同时也提供了通过网络开发嵌入式系统的技术条件。在DSP嵌入式系统中,网络接口具有十分重要的作用,同时由于现代网络技术的发展,要求嵌入式系统中的网络接口必须能满足不同开发系统的要求,因此除了包含IEEE1394-2（USB火线）外,还应当包含有传统的RS232和IEEE488接口,以及以太网接口和相应的TCP/IP协议。

从图1可以看出,如果不考虑用户应用电路,则DSP嵌入式系统就可以形成一个独立的通用高速数据处理系统,这个高速数据处理系统不仅具有数据处理、可编程开发和多DSP并行应用的特点,还具有强大的网络功能,可以完全满足信息网络的技术要求。

图2是一个DSP嵌入式系统和PLC形成的工业控制系统基本结构。从图2可以看出,如果DSP嵌入式系统的资源不能满足系统要求时,可以采用附加DSP系统或增加一个完整的DSP嵌入式系统的方法加以解决,而不需要从系统结构上进行大的改动。

DSP嵌入式系统的应用特性

DSP嵌入式系统最重要的技术特性就是具有相当强大的数据处理功能,从现代