一種數(shù)字語(yǔ)音通信系統(tǒng)的DSP實(shí)現(xiàn)

 摘要：介紹了一種甚低頻低碼率數(shù)字通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，該方案中的軟件采用混合編程的方法，硬件則用DSP實(shí)現(xiàn)，文章給出了整個(gè)系統(tǒng)的DSP軟硬件調(diào)試方法，并通過(guò)調(diào)試結(jié)果表明該方案具有很好的可行性和實(shí)時(shí)性。

    關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電；DSP；混合編程

１　引言

現(xiàn)代通信系統(tǒng)已不斷由模擬體制向數(shù)字化體制過(guò)渡，并越來(lái)越傾向于采用“軟件無(wú)線電”的設(shè)計(jì)方案。即通過(guò)構(gòu)造通用的硬件平臺(tái)，以使各種相關(guān)的通信任務(wù)能夠用軟件完成，從而構(gòu)成一個(gè)具有高度靈活性、開(kāi)放性的通信系統(tǒng)。現(xiàn)代的ＤＳＰ通用處理器為實(shí)現(xiàn)這一方案提供了極大的便利。

軟件無(wú)線電的設(shè)計(jì)思想是：用一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托，然后通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各種功能，從而取代基于硬件、面向用途的電臺(tái)設(shè)計(jì)方法。功能的軟件化實(shí)現(xiàn)勢(shì)必要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，并把數(shù)字化處理?Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ?盡量靠近天線。軟件無(wú)線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性和全面可編程性。它通過(guò)軟件的更新來(lái)改變硬件的配置結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)新的功能。軟件無(wú)線電一般采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開(kāi)放式總線結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)利于硬件模塊地不斷升級(jí)和擴(kuò)展。

    本文介紹一種利用ＴＭＳ３２０Ｃ３１浮點(diǎn)型ＤＳＰ芯片為核心來(lái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)甚低頻低碼率數(shù)字化語(yǔ)音通信系統(tǒng)的方法。這種通信系統(tǒng)是以ＤＳＰ硬件為平臺(tái)，并用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的外圍功能，而用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)核心部分的數(shù)字化處理，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的正常通信工作。

２?。模樱杏布脚_(tái)

本通信系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的數(shù)字化傳輸，其系統(tǒng)功能圖如圖１所示。具體工作過(guò)程如下：

整個(gè)通信系統(tǒng)分為兩大部分，其工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換由外附的ＭＣＵ控制。在發(fā)送時(shí)，語(yǔ)音通過(guò)克麥風(fēng)之后進(jìn)入語(yǔ)音壓縮板進(jìn)行采樣量化及數(shù)字化壓縮，壓縮后的比特流從串口送入ＤＳＰ內(nèi)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信號(hào)依次通過(guò)信道ＤＡＣ、平滑濾波和功放，然后發(fā)送出去；在接收時(shí)，前置放大部分送來(lái)的信號(hào)再經(jīng)過(guò)一次放大之后送往信道ＡＤ轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)ＦＩＦＯ通過(guò)中斷方式送給ＤＳＰ進(jìn)行解調(diào)，在ＤＳＰ內(nèi)解調(diào)之后的數(shù)據(jù)仍然通過(guò)串口送往語(yǔ)音壓縮板解壓后經(jīng)揚(yáng)聲器輸出。

    根據(jù)系統(tǒng)要求，本設(shè)計(jì)選定的ＤＳＰ是ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ３１。信道ＡＤ轉(zhuǎn)換器件選用ＡＮＡＬＯＧ ＤＥ-ＶＩＣＥ公司的ＡＤ７８７０，它是一個(gè)１２ｂｉｔ的ＡＤＣ，具有２μｓ的片上信號(hào)放大時(shí)間和８μｓ的轉(zhuǎn)換時(shí)間，最高轉(zhuǎn)換速率為１００ｋＨｚ，可以提供三種輸出接口方式?１２ｂｉｔ并行方式、字節(jié)方式和串行方式?。信道ＤＡＣ選用的是ＴＩ公司的ＴＬＶ５６１９，這是一種１２ｂｉｔ單通道電壓型ＤＡ轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)中的ＡＤＣ和ＤＡＣ轉(zhuǎn)換器都以并行１２ｂｉｔ方式直接和ＦＩＦＯ相連。ＦＩＦＯ?Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ?采用的是雙端口ＲＡＭ構(gòu)架，其讀指針和寫(xiě)指針是完全分開(kāi)的，可實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)操作的完全獨(dú)立，因此，這里選用ＣＹＰＲＥＳＳ公司的ＣＹ７Ｃ４２５。

３　軟件實(shí)現(xiàn)

本通信系統(tǒng)中的軟件采用Ｃ語(yǔ)言和混合編程，其中主程序和一部分子程序用Ｃ語(yǔ)言編寫(xiě)，而一些運(yùn)算量比較大的算法子程序則用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，這樣，既容易進(jìn)行調(diào)試，又可以提高軟件的執(zhí)行效率，可達(dá)到最佳利用ＤＳＰ芯片的軟硬件資源之目的。

整個(gè)軟件的主程序由發(fā)送部分程序段和接收部分段兩部分組成，主程序流程圖見(jiàn)圖２所示，每個(gè)程序段又分別是一個(gè)獨(dú)立的程序體，可以獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的發(fā)送和接收功能。

由于要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)完成通信任務(wù)，故相應(yīng)的程序須和硬件相互配合，它們各操作之間的同步協(xié)調(diào)要求很高。而本系統(tǒng)可充分利用ＤＳＰ芯片所提供的中斷和定時(shí)器資源來(lái)很好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

串行口發(fā)送／接收中斷子程序用于完成ＤＳＰ對(duì)串口的發(fā)送和接收任務(wù)，發(fā)送定時(shí)器中斷子程序流程圖如圖３所示，圖４所示是串口接收中斷子程序的流程圖。

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，由于采用了混合編程，并對(duì)運(yùn)算量比較大的算法用匯編程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，在對(duì)１２８點(diǎn)ＦＦＴ算法采用匯編語(yǔ)言編程后，可經(jīng)ＣＣＳ仿真進(jìn)行測(cè)試。匯編程序的執(zhí)行時(shí)間為１１１１１３個(gè)時(shí)鐘周期?２．７８ｍｓ?，可在一幀時(shí)間內(nèi)?３０ｍｓ?完成５次ＦＦＴ和ＩＦＦＴ的幀同步算法，而用Ｃ語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)時(shí)的程序執(zhí)行時(shí)間為１８１２４０９個(gè)時(shí)鐘周期?４５．３ｍｓ??？梢?jiàn)，用匯編程序的執(zhí)行效率有明顯的提高。

４　結(jié)束語(yǔ)

ＤＳＰ軟硬件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)是應(yīng)用ＴＭＳ３２０Ｃ３１芯片進(jìn)行的，這一方案在運(yùn)用仿真器進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試時(shí)取得了很好的效果，由此可見(jiàn)，在硬件設(shè)計(jì)合理的情況下，將Ｃ語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言很好的結(jié)合，可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，從而達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。