基于DSP的通用型嵌入式语音平台的硬件设计

　　具体加密方式简述如下：

　　1）为每一块电路板指定一个128位的密钥，密钥的选择完全随机，只要不同板子不相同即可。将密钥和加密算法（DES或是其他的加密算法）烧写入MSP430的内部做为DSP boot程序的一部分。

　　2）使用该密钥和加密算法，将加密后的语音编解码算法的程序和数据烧写入DSP的外部存储Flash芯片之中。

　　3）将DSP设置成工作于HPI口boot模式，在每次重启之后，主机将一段BOOT程序装入起始位置为0x10000程序空间里（该段BOOT程序中包含了解码程序），并将128位的密钥load到DSP内部的某个特定位置。主机将DSP的RST引脚置高表示主机的load过程结束。DSP自动从0x10000的位置开始执行程序，这段程序从Flash中读入加密了的程序和数据，并使用主机写入的解密程序并结合128位的密钥进行解密，解密后的程序和数据被装载入DSP的程序和数据段内开始正常的运行。

　　由于每块电路板对应于一个唯一128位密钥，因此DSP的外部Flash中加密的程序和数据对于窃密者来说完全没有意义。该密钥和解密程序被保存在MSP430中，因此不可能被窃取或者复制。他们只有在主机启动的时候才被动态的load到DSP中。DSP的程序在开始执行正常的解码程序之前运行一段程序覆盖这段lood区间，于是，窃密者便无法获知启动的具体操作。

　　4）将比特流打包解包程序放置在MSP430中。编码时当DSP中的每一帧接收语音编成特定长度的比特流之后，就向MSP430发送一个中断请求。当收到该请求之后，MSP430通过DSP的EHPI口读入该比特流，并调整各个比特位之间的顺序。调整之后的比特流被回写入DSP的发送比特流缓冲区，并根据同步时钟传送到MODEM。同样，当DSP接收比特流缓冲区接收满一帧时，向MSP430发送中断，MSP430在接收到这个中断之后通过EHPI口读入接收比特流缓冲区内的数据，完成比特位置的重排的恢复。

　　这种方式可以有效的保证代码的安全性以及整个系统的保密性。对于基于开放总线的DSP系统来说，这种方式不失为一个很有效的通用的硬件加密方法。

　　3． 低功耗设计

　　本硬件平台的低功耗设计的从三方面出发，1）选择低功耗的器件。2）充分利用芯片的低功耗模式；3）动态的改变芯片的运行频率。

　　选用低功耗的器件：这是节省功耗的最直接的方式，现在的芯片大多通过降低内核供电电压降低功耗，现行的低功耗器件的供电电压一般都小于2V，TI的DSP大都采用两种电压驱动，内核电压1.2-1.6V，I/O电压3.3V，这既能有效的降低内核动态功耗，还能兼顾I/O的电平兼容性。TI公司的MSP430系列的MCU也是一款功耗相当低的器件，在3.3V下，其正常工作通常只需要十几个mW的供电，如果将其设置成IDLE或者睡眠模式模式，其功耗将会更低。这些都是我们选择器件重点考虑到的因素之一。

　　充分利用芯片的低功耗模式：[4]5510A2芯片内部划出了五个独立的IDLE域（Domain），分别负责CPU、DMA、CACHE、外设、时钟生成器、EMIF接口的配置。每个域可以独立的将该域管辖的多个部件设置成活动模式或IDLE模式以此降低DSP地功耗。针对本次设计，由于没有使用到DMA、CACHE、时钟生成器三个域中的外设，故将这三个域设置成了IDLE模式。EMIF域在DSP和MSP交换数据（为了调整发送和接收的比特流）时才被置为活动，其他时候被置为IDLE。通过这样的处理，避免了空闲的部件白白消耗能量。[5]TLV320AIC11也可以单独的将A/D和D/A部分禁用。当PTT没有按下时，表示没有话音输入，这时可以将A/D部分置为IDLE状态。同样的，当MODEM的CD信号为高的时候，表示没有有效的数字码流输入声码器，故在此时可以将D/A部分设为IDLE状态。通过对着这个芯片的低功耗模式的操作，进一步降低了系统的功耗。

　　动态频率控制：这种方法的及根据预测的算法运算量的大小，动态的调整芯片的运行频率，从而达到节省功耗的目的。在本文设计的平台上运行的三种低速率语音编解码算法中，600bps、1200bps、2400bps的峰值运算量分别为37.4MIPS、59.2MIPS、44.8MIPS，因此将DSP的工作频率分别设置在40.096MHz、65.536MHz、49.152MHz。实验证明，这样处理能够很有效地降低DSP的内核功耗。

　　4． 小结

　　该平台具有强大的语音信号处理能力，较低的功耗以及加密等特点。实践证明，该平台在其应用场合完全达到了原先的这些设计目标，具有广阔的应用前景。