基于ADSP-BF533在低耗高速实时系统中的应用

1 引言

当今信息技术与计算机技术的飞速发展。使得数字信号处理发展成为一门非常关键的技术。而数字信号处理器(DSP芯片)的出现为数字信号处理算法的实现提供了可能，同时，DSP器件性能的不断提高又极大地促进了数字信号处理技术的进一步发展。Blackfin系列DSP芯片是美国模拟器件公司(ADI)与Intel联合开发的体现高性能体系结构的新一代嵌入式定点处理器。Blackfin处理器在一个芯片和一个开发平台上融合了DSP信号处理、RISC控制处理和音视频处理功能，具有高速实时数据处理、极佳的代码密度、动态电源管理、极低的功耗、方便的开发使用等优点。

Blackfin系列DSP具有一个双MAC 300刎，(每秒600 MHz)内核。其结构的核心是数据算术单元，包括两个16位乘法累加器(MAC)，2个40位算术逻辑单元(ALU)，4个8位视频ALU和一个40位桶形移位器。在每个周期内。每个MAC能在4个独立的数据操作数上执行16位乘法运算．算术逻辑单元能累加2个40位的数或4个16位的数。为获得最大效率．可利用这种体系结构处理8位、16位和32位的数据运算。同时，Blackfin系列DSP具有世界领先的功率管理和性能。Blackfin处理器采用低功耗和低电压的设计方法．具有动态功率管理的特点，即通过改变工作电压和频率来大大降低总功耗。与仅改变工作频率相比，既改变电压又改变频率能够使总功耗明显减少。对于便携式应用来说，这相当于延长了电池的寿命。

2 ADSP-BF533处理器简介

ADSP-BF533是Blackfin系列DSP产品中典型的一款。其主要特点有：16位定点DSP内核，可实现600MHz的高速持续工作：灵活的软件控制动态电源管理：0.8～1.2V内核电压、2.5～3.3V外部输入电压、实时时钟模块RTC、12通道DMA、4GB统一寻址空间、80KB的L1指令存储器、64KB的数据存储器：灵活的引导方式等。此外．ADSP-BF533还具有丰富的系统外设--并行外设接口(PPI)／GPIO、双通道全双丁同步串口(SPORT)、通用异步串口(UART)、SPI兼容端口、看门狗定时器等。

ADSP-BF533可实现600 MHz的高速持续工作，单片处理能力可达1.2GMIPS (每秒12亿次乘加运算)，由于处理速度快，ADSP-BF533可适用于高速实时信号处理系统；另外，ADSP-BF533的动态电源管理模块通过改变供电电压和工作频率使得其功耗很低，典型数据为52毫瓦(200 MHz)、90毫瓦(300MHz、280毫瓦(600 MHz)，当处理器处于深度休眠状态时，功耗会变得更低。与相似的DSP相比．ADSP-BF533在同等性能下功耗要低30％．尤其适用于对功耗有特殊要求的系统。

3 在低功耗高速实时信号处理系统中的应用

正因为ADSP-BF533具有实时处理速度快和低功耗的特点,可以将其应用在一些要求低功耗、高速度的实时信号处理系统中。如水下信号监测与处理系统、地下管道预警系统、高空信号探测与分析系统等．这些系统的共同特点是：1．任务具有"突发性"--平时不需要复杂的信号分析与处理，而一旦有分析与处理任务时,数据量、运算量都相当大，要求系统能够尽快及时地按照精准复杂的算法进行处理并得到准确的结果；2．功耗是瓶颈--由于系统所处的位置原因(水下、地下或高空)，一般由电池供电且不宜频繁更换电池，故财功耗的要求很高--越低越好。而ADSP-BF533具有实时处理速度快和低功耗的特点，完全可以胜任这些系统。图1是一个以ADSP-BF533为核心模块的此类系统的原理框图。

图1以ADSP-BF533为核心模块的低功耗高速实时信号处理

图2 ADSP-BF533与单片机的连接示意图

系统由上位机和下位机组成．上、下位机的通信由GPRS／GSM模块实现。上位机软件负责对下位机的参数设置及状态查询界面的编写以及与GPRS／GSM模块间通信的实现；而信号采集、分析及处理等主要工作由下位机实现，并通过GPRS／GSM模块将信号处理结果告知上位机(如地面工作站)。下位机由传感器、数据采集模块、低功耗微处理器和高性能ADSP-BF533处理器组成。数据采集模块采集来自传感器的原始信号数据(如水下压力或声纳、管道应力或振幅、高空风力或温度变化等)，并根据需要进行放大／衰减、模／数转换等处理，然后将数据送给后面的低功耗微处理器。后者对信号数据依照经验阈值进行简单判别--若与经验阈值有悖，即信号"可能异常但不确定"。则将信号数据传送给后面的ADSP-BF533处理器，后者利用其强大的数据处理能力按照复杂的算法对信号进行高速实时处理．得出信号是否"异常"的准确结果"，并将结果回送至低功耗MCU。并由后者通过GPRS／GSM模块通知上位机。

这种低性能低功耗微处理器和高性能ADSP-BF533相结合的双核模式非常适用于上