基于ADSP-TS101S的超分辨测向算法硬件设计2 锁相环, 硬件, 电源, 上电

苹果也疯狂

3.2 电源与复位电路
ADSP-TS101S采用三电源供电，其中模拟1.2V为内部锁相环和倍频电路供电；数字1.2V为DSP内核供电；数字3.3V为I／O供电。内核最大电流为1.277A，I／O平均电流为0.137A。
ADSP-TS101S要求内核电源1.2V和I／O电源3.3V同时上电。若不能严格同步，应保证内核比I／O先上电。本系统在数字3.3V输入端并联了一个十几微法大电容，而在数字1.2V输入端只并联了一个零点几微法小电容，从而保证了3.3V充电时间大于1.2V充电时间，解决了电源供电先后的问题。
ADSP-TS101S要求复位信号的特殊波形，否则不能保证100％正确复位，设计时应充分引起重视。上电复位波形要求如图2所示。图2中低电平时间tPULSE1_HI在上电稳定后必须大于2ms；高脉冲时间tPULSE1_HI必须大于50个系统时钟周期，小于100个系统时钟周期；低脉冲时间tPULSE2_LO必须大于100个系统时钟周期。


3.3 链路口加载
ADSP-TS101S可以通过链路口加载方式实现单片EPROM加载多片ADSP-TS101S，从而降低系统的复杂度。第一片DSP采用EPROM(Flash)加载方式实现自身加载，其余处理器通过链路口实现加载。在通过链路口松耦合方式连接的多处理器系统中，实现整个系统的程序加载也是非常关键的一步。具体的软件设计可参考相关资料。
链路口加载完成之后，还可以进行数据传输工作，不会有任何冲突问题。通过链路口的复用方式可以更有效地利用链路口资源。值得注意的是，采用链路口松耦合方式连接的多处理器系统中，所有处理器的ID号都设置为0。

3.4 链路口通信
由系统硬件设计可以看出，正确充分地应用链路口传输是本系统的关键。ADSP-TS101S片上有四个链路口，每个链路口均有8位数据总线进行通信，有三个控制引脚控制通信的时钟、数据传输方向和确认应答信号，可支持多片ADSP-TS101S处理器间点对点的双向数据传输。四个链路口数据吞吐率最高可达1.2GBps，而且其传输速率在软件上也可以控制。数据传输时，链路口可以直接由处理器核控制，也可以由DMA控制器控制。每个链路口都有专门的DMA发送通道和DMA接收通道，DMA可以将传输的数据自动打包成四个组，方便使用。全0全1的突变是数据传输最恶劣的情况，对传输效果影响极大，所以应当尽量想办法避免。
当链路口布线比较长，特别是跨板连接时，传输线的阻抗将影响信号的延迟或者会产生振荡。此时应该在链路口上加上缓冲区，增强信号的传输驱动能力并进行阻抗匹配，而且链路口时钟输入控制线上应该加50pF。左右的电容进行滤波，保证接收端链路口输入时钟免受窄脉冲干扰的影响。

4 DSP芯片应用情况比较
现代信号处理系统中常用的DSP有TI公司的C62x、C64x、C67x，ADI公司的ADSP-21160、ADSP-TS101S、ADSP-TS201S。其中C62x和C64x是定点DSP，其他四种DSP都支持浮点运算。本系统中要求进行浮点运算，而用定点DSP C62x和C64x进行浮点运算，速度显然达不到实时性要求。C67x、ADSP-21160、ADSP-TS101S、ADSP-TS201S这儿种浮点DSP，性能各不相同。C67x主频只有167MHz，片内只有1Mbit的内存。ADSP-21160内核时钟只有100MHz。ADSP-TS101S、ADSP-TS201S都有很高的浮点运算能力。ADSP-TS101S是一款性价比很高的浮点DSP，而且应用非常方便。ADSP-TS201S的片上内存、内核时钟和浮点运算能力都比ADSP-TS101S更有优势。各DSP芯片性能比较见表1。


相同的方案下可选用不同的DSP芯片实现本系统中的超分辨测向，其实际应用情况如表2(程序都未曾进行优化)。从表2可以看出，由于制作工艺和电源时钟不理想，各DSP并不能工作在最高核速率。ADI公司的两款DSP采用汇编语言编程，执行同一任务所用的汇编指令比C语言编译产生的汇编指令少，因此相同的核速率下，用汇编语苦编程的DSP计算速度快。其中两个定点DSP C62x和C64x运算速度很慢。综合这些结果可知，ADSP-TS101S多处理器系统住实用方面有明显的优势。


因DSP-TS201S价格相对昂贵，而且进行高速信号处理对制板的要求极高，一般的Protel软件画的PCB电路板达不到要求，加上电源和时钟的因素，影响信号的质量，使DSP无法有效工作在最高频率而实现更快速的运算，不能发挥其优势，故未进行ADSP-TS201S的实验。如果条件成熟后，则可以采用这些更高性能的DSP实现超分辨测向。
MUSIC算法的谱峰搜索占用了运算的绝大部分时间。以本系统为例，计算数据协方差矩阵和其特征值以及特征向量只需要3ms，而其余一百多毫秒时间全都花在谱峰搜索上。
本文研究了基于ADSP-TS101S多处理器系统的空间谱估计超分辨测向系统的硬件实现，同时结合实例说明了其有效性和实用性。工程实践表明基于ADSP-TS101S的多处理器系统能够完成雷达信号的超分辨测向，实现近实时处理。目前该系统工作稳定，达到预期效果。