DSP完成的實時信號模擬器

前言

　　在通信、雷達等數字信號處理系統(tǒng)的設計中,信號模擬器發(fā)揮著至關重要的作用。模擬器用來模擬實際工作過程中信號處理系統(tǒng)的各種輸入信號,從而方便了系統(tǒng)調試。可以利用現有儀器模擬這些信號,也可以設計專門的模擬器。這兩種方法各有特點：儀器模擬省去了模擬器的設計和調試過程,比較方便;但有時現有儀器并不能完全滿足系統(tǒng)測試的要求,另外有些儀器的價格相當昂貴（專用的信道仿真設備一般在24000到500000美元之間[1]）。因此,在信號模擬的方法上應視實際情況而定：對于ADC這樣輸入信號比較簡單的的系統(tǒng),可以利用任意波形發(fā)生器這些測試儀器進行測試;而對需要多輸入或輸入信號種類比較多的系統(tǒng)一般需要設計專用的模擬器。一般來說,能用容易得到儀器完成的信號模擬不需要設計專用模擬器。

　　近年來,隨著電子技術的飛速發(fā)展,DSP、FPGA的性能得到很大提高的同時,其價格也在下降。因而,使DSP、FPGA得到了廣泛的應用。另外,支持即插即用的USB總線技術,可以方便地完成與計算機的連接。本文利用DSP、FPGA完成了一個基于USB總線的可編程信號模擬器,該模擬器可以應用到雷達、通信等領域,尤其是無線個人網（WPAN）方面。

　　本文首先介紹模擬器所能完成的功能;接下來將對該模擬器的系統(tǒng)結構進行介紹;在第三部分,詳細介紹各部分硬件的功能;在第四部分,介紹各部分軟件結構;最后各該模擬系統(tǒng)的性能指標,以及模擬WPAN信號的方法。

1 模擬器的系統(tǒng)結構和功能

　　本模擬器的核心處理芯片采用TI的TMS320VC5402,該芯片是一款性價比較高的16bits定點DSP處理器。系統(tǒng)結構如圖1所示。 　

　　該模擬器由4個外部接口：USB接口、雙路模擬輸出接口、數字量輸出接口、用戶可編程輸出接口等。其中USB接口負責模擬器與計算機之間的通信,接收PC發(fā)送來的命令,向PC發(fā)送模擬器狀態(tài)等;雙路模擬/數字量輸出接口以不同的方式將模擬結果送出系統(tǒng);用戶可根據自己的需要編程產生一些自定義數字量/PWM等信號經過用戶可編程接口輸出。該模擬器可以由PC機控制,產生I/Q兩路信號進行模擬和數字量輸出。預留有用戶可編程接口,方便用戶和其它系統(tǒng)進行無縫連接,如：RF模塊等。

2 模擬器硬件組成

2.1 DSP處理器

　　該模擬器用到2個DSP處理器（TMS320VC5402）,其處理能力可達100MIPS。其中DSP1負責控制USB接口芯片,與PC進行通信。并將接收到的數據和命令進行處理后,經FIFO或多緩沖同步串口（McBSP）與DSP2進行通信。DSP2進行最后的處理,產生相應的波形送給FIFO;同時向FPGA發(fā)送相應命令。FPGA根據命令控制DAC、及各輸出接口,將波形數據輸出。從而實時產生模擬數據和波形。

　　TMS320VC5402片內有16K16bitsDARAM可以滿足一般系統(tǒng)的處理要求,但考慮到系統(tǒng)擴展,在本系統(tǒng)中預留有外部RAM。該外部RAM可以分配為數據空間或程序空間,進行不同空間的大小擴展。

　　從系統(tǒng)結構圖中可以看出,模擬器的數據流是單向的。DSP的數據總線為16bits寬,利用兩片8bits異步單向FIFO（IDT72v01）進行寬度擴展,組成一個16bits的單向FIFO進行數據傳輸。可以將數據從DSP1傳送到DSP2,由DSP2傳送到各輸出接口。另外,我們利用兩個DSP的McBSP進行一些關鍵參數、及需要進行雙向傳輸的數據進行通信傳輸。FIFO通信時,將其空/滿標志經過譯碼連接到對應DSP的READY信號上。這樣DSP在進行FIFO讀寫時,不會出現空讀、和漏讀現象。從而可以保證數據傳輸的可靠性和實時性。