DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP 指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。

　　對目標(biāo)進行檢測、估計、跟蹤是雷達與聲納應(yīng)用的終目的，其任務(wù)是對接收信號進行一定的處理、提取特征、分析識別，以檢測目標(biāo)的存在與否，進而通過對信號的處理與運算估計出目標(biāo)的方位、距離與速度，實現(xiàn)定位和跟蹤?！　∷曅盘柼幚淼闹饕康?,一是對接收信號通過一定的處理 ,進行特征提取與分析識別 ,進而對目標(biāo)進行判斷、分類 ;二是對信號的特征參數(shù)進行運算處理 ,給出目標(biāo)的狀態(tài)參量。目前普遍采用的方法有被動方式和主動方式。無論是被動聲納還是主動聲納 ,其信號處理均大量采用FFT技術(shù)。例如在被動聲納中進行功率譜分析并構(gòu)成LOFAR圖進行線譜檢測和目標(biāo)運動速度估計 ;在主動聲納中對CW回波信號進行FFT分析 ,并用于信號檢測和目標(biāo)運動速度及方位、距離的估計 ;在FM回波檢測中用FFT和IFFT實現(xiàn)頻域匹配濾波等。

　　近年來，相繼出現(xiàn)了許多重要的目標(biāo)檢測及參數(shù)估計算法，如分裂波束測向算法、ARMA法、MUSIC法和ESPRIT法等DOA估計方法，以及LMS算法[7]等自適應(yīng)信號處理方法。這些算法的實現(xiàn)，大多需要通過一些通用的數(shù)學(xué)運算以及矩陣運算，并采用如FFT、IFFT等快速算法，而這些運算均可方便地利用TMC2310器件來實現(xiàn)。這里將對TMC2310芯片應(yīng)用于水下目標(biāo)的檢測與估計進行介紹。

　　1 TMC2310簡介

　　TMC2310是美TRW公司生產(chǎn)的高速度、多功能、可編程的專用數(shù)字信號處理（DSP）器件，其使用靈活、操作方便、性價比高，可廣泛應(yīng)用于雷達、聲納、通訊及虛擬儀器等領(lǐng)域。

　　1.1 主要特點

　　·可自動或手動地實現(xiàn)浮點塊的溢出調(diào)整

　　·具有流水線及管道操作兩種尋址方式

　　·用戶可編程窗函數(shù)功能

　　·具有片內(nèi)系數(shù)存儲器

　　·具有兩個算術(shù)運算單元

　　·19bit的運算及輸出位寬

　　1.2 主要功能

　　·可快速完成不加窗及加窗（實數(shù)窗或復(fù)數(shù)窗）的FFT及IFFT算法

　　·可同時構(gòu)成兩路并行的FIE濾波器（16~1024階）

　　·可構(gòu)成自適應(yīng)FIR濾波器

　　·可進行實數(shù)、復(fù)數(shù)的乘及乘加運算

　　·可進行復(fù)數(shù)求模及陣列矢量的平方運算

　　1.3 結(jié)構(gòu)與管腳

　　TMC2310由兩個算術(shù)單元（AE0、AE1）、片內(nèi)系數(shù)ROM、控制邏輯單元和外部接口電路五個主要部分構(gòu)成，其邏輯框圖見圖1.每個算術(shù)單元包括一個乘法序列電路和乘-加算術(shù)邏輯電路塊。該芯片采用了88引腳的PGA封裝形式。

　　管腳定義如下：

　　VDDVSS   電源輸入引腳，采用單一+5V供電

　　CLK        系統(tǒng)時鐘輸入引腳

　　讀信號，低電平有效

　　寫信號，低電平有效

　　SEMSEL     外部存儲器選擇信號輸出引腳

　　SCEN       定標(biāo)輸出允許引腳

　　DONE       系統(tǒng)工作結(jié)束標(biāo)志輸出引腳

　　CMD0~CMD1 控制命令輸入引腳

　　W0~W16    雙功能數(shù)據(jù)總線，用于輸入窗函數(shù)、 濾波器系數(shù)及輸出定標(biāo)器的移位指數(shù)和溢出

　　AD0~AD9   外部數(shù)據(jù)存儲器地址總線

　　RG0~RG18  實部雙向數(shù)據(jù)總線

　　IM0~IM18  虛部雙向數(shù)據(jù)總線

　　1.4 配制寄存器

　　TMC2310片內(nèi)有兩個16bit的配制寄存器（CR1、CR2），用來對TMC2310進行編程設(shè)置，其主要用途如下：

　　CR1 用來設(shè)定芯片的處理功能、轉(zhuǎn)換長度、輸出格式及定標(biāo)方式；

　　CR2 主要用來設(shè)定尋址方式和變換路數(shù)（1~64路）。

　　2 電路設(shè)計

　　由于TMC2310是可編程的專用DSP器件，我們用一片TMS320C25 DSP器件與之配合，采用主從結(jié)構(gòu)、并行處理方式，加上外圍共享存儲器陣列對等組成處理模塊。TMS320C25除對TMC2310進行編程及控制外，還以并行運算處理的方式完成一些后續(xù)處理及輔助運算（如數(shù)據(jù)抽取、積分等）。整個電路系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，便于調(diào)試及擴展。信號處理模塊原理框圖如圖2所示。

　　在圖2中，TMC2310和TMS320C25之間設(shè)計了一個以乒乓方式工作的雙口RAM陣列，其作用有四：（1）存放待處理的數(shù)據(jù)（實部數(shù)據(jù)放在REM塊，虛部數(shù)據(jù)放在IMM塊）；（2）存放TMC2310所需的系數(shù)或參數(shù)（放在WDM塊）；（3）存放TMC2310的輸出結(jié)果并作為TMC2310中間結(jié)果緩存；（4）構(gòu)成TMS320C25的運算內(nèi)存。為了便于構(gòu)成系統(tǒng)及滿足實時需要，用一片IDT7025雙口RAM（8K×16）構(gòu)成一個TMS320C25與外部共享的RAM區(qū)，以便實時地與外部進行數(shù)據(jù)交換和通訊。這個雙口RAM區(qū)也以乒乓方式工作，以增強模塊的寬容性。

　　電路的乒乓工作方式控制邏輯是由TMS320C25根據(jù)系統(tǒng)的節(jié)拍時序進行控制的?？刂齐娐反_保CAA12與CAB12互斥，CAL12與CAR12互斥。整個電路簡單、緊湊、協(xié)調(diào)有序。由于采用了VLSI器件設(shè)計，電路設(shè)計大大簡化，調(diào)試方便、功能強大、性能可靠、吞吐量大（完成1024點FFT的數(shù)據(jù)通過率為2.343M字/秒）。

　　3 軟件設(shè)計

　　TMS320C25的主要任務(wù)有：（1）根據(jù)功能需要對TMC2310進行編程設(shè)置及控制管理；（2）與TMC2310進行數(shù)據(jù)交換；（3）完成部分處理運算（如：抽樣、積分、數(shù)值及參量計算等）；（4）與系統(tǒng)進行通訊（如數(shù)據(jù)輸入輸出及功能、方式的設(shè)立等）。我們將這些內(nèi)容分成不同的子程序按模塊進行設(shè)計，既便于調(diào)試又易于功能擴展。

　　軟件主要由一個主程序與若干個子程序模塊組成。主要的模塊有：TMC2310的設(shè)置與控制；與外部的通訊；數(shù)據(jù)的輸出、數(shù)據(jù)加載、系數(shù)加載及十幾個運算子模塊。由于篇幅有限，以下僅給出主程序流程框圖（見圖3）。

　　將TMC2310應(yīng)用于水下目標(biāo)的檢測與估計，具有速度快、功能強、可編程、易操作等特點。我們用其開發(fā)研制的信號處理模塊，體積小、易擴展。組成的系統(tǒng)能在飛機、艦船等環(huán)境下可靠工作。幾年來，經(jīng)水池、湖及海上的多次試驗和試用，證明其設(shè)計合理、應(yīng)用成功，已投入小批量生產(chǎn)。此外還可用于雷達、通訊及虛擬儀器等許多領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景。