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一种基于 DSP 和 MCU 的双CPU 数据处理系统设计 马 俊, 陈学煌, 严桂林 摘 要 为了在完成实时数据采集处理的同时还能进行各种控制,设计了一种基于 DSP 和 MCU 的双 CPU 数据采集处理系统。阐述了该系统中高速 A/D 转换器与 DSP 接口、FLASH 自举引导 加载以及单片机与 DSP 通过主机接口(HPI)通信的具体实现方法。通过运行数据采集程序及 处理程序,表明该系统工作稳定可靠。 关键词：DSP ，MCU ，主机接口，FLASH 在嵌入式控制系统中经常需要对现场物理量进行数据采集与实时处理,且要求系统具有良好 的人机交互功能,这时仅采用 DSP 处理器往往不能满足要求。本文选择以单片机为主处理单 元(主要完成各种控制和接口功能) 、DSP 芯片为从处理单元(主要完成数据运算和处理) 的系 统结构方案,该系统可独立使用,也可与上位 PC 机进行通信。 1 数据处理系统硬件总体设计方案 该数据处理系统是为一种信号检测设备设计[1-2]的,能快速采集两路传感器的信号并进行实 时处理。系统由 MCU 处理器、DSP 处理器、8 位高速 A/D 转换器以及 FLASH 存储器等部 分组成,传感器的信号送入高速 A/D 转换器进行模数转换,结果送入 DSP 中。这里DSP 芯片 采用了TI 公司具有高速数据运算和处理能力的TMS320VC5402,运算结果通过HPI 传送到单 片机,利用单片机方便的接口电路和控制功能,输出并显示结果或送入 PC 机做进一步处理。 图 1 为该系统的结构框图,其中 FLASH 用于存放自举引导程序。 2 数据处理系统硬件接口设计 2.1 A/D 接口电路设计 该数据处理系统首要的任务是将传感器的信号经过调理后进行 A/D 转换。为了实现高速、 实时的数据采集转换和处理,系统中 A/D 转换模块采用了 TI 公司的 8 位并行 A/D 器件 TLC5510A[3-4],最高频率可达 20MHz,能实现实时的数据采集。该模块采用单一+4V 电源供 电, 正常工作时的最大功耗为 150mW,适合便携式仪器仪表使用。传感器的信号通过 TLC5510A 的模拟量输入引脚送入,利用DSP 内部定时器来控制A/D 采样率,在每次产生定时 器中断时对数据进行读取,这样可通过设置定时器的初始值来改变采样率。图 2 为 A/D 转换 接口电路图,其中 为片选端,低电平有效,时钟由DSP 内部时钟提供,送入A/D 芯片的CLK 引脚。转换后的 8 位数字量经电平转换(A/D 转换器和 DSP 工作电压不同)后直接送入 DSP 中,结合相关算法进行数据处理。 2.2 数据处理系统 FLASH 引导加载[5] 由于系统用于便携式仪器中,加电后要有独立运行的能力,而所使用的 DSP 芯片内无永久性 存储器,所以系统运行时需进行自举引导。DSP 为脱机运行提供了五种引导模式,分别是:主机 端口(HPI)引导模式;串行EEPROM 引导模式;并行引导模式;标准串行口引导模式;I/O 引导模 式。其中并行引导方式在这里被认为是最佳的,因为HPI 端口引导方式、串口引导方式、I/O 引导方式只适用于由其他处理器为 DSP TMS320VC5402 提供运行代码的多处理器系统 中,SPI 串行EEPROM 引导方式和并行引导方式虽然都适用于以TMS320VC5402 为核心的独 立系统,但是 SPI EEPROM 引导方式价格偏高,而并行引导方式则可以采用 FLASH, 因为 FLASH 种类很多且价格较低,可以充分体现系统的性价比优势,故该系统中采用并行引导方 式实现程序的自举引导加载。 2.2.1 自举引导过程 TMS320VC5402 DSP 的引导加载选择过程如图 3 所示。系统上电或硬件复位后,首先判断芯 片的 引脚。如果该引脚为高电平,则选择微处理器模式,片内 ROM 从程序空间移 去,DSP 执行 FF80H 处的跳转命令,跳转到 F800H 处的引导程序段并实现代码移植功能,最后 再次跳转到加载的用户程序起始地址并执行应用程序;如果 引脚为低电平,则选择 微计算机模式,片内ROM