ADSP2189M在船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了ADSP2189M芯片在AIS船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用。分析了ADSP2189M芯片的外部硬件連接和內(nèi)部軟件的設(shè)置，以及各種片上資源的應(yīng)用，針對(duì)不同的通訊方式采用不同的連接模式，并實(shí)現(xiàn)了IDMA方式與上位機(jī)完成啟動(dòng)和通訊。
關(guān)鍵詞： ADSP2189M ；AIS系統(tǒng)；ITU-R M.1371協(xié)議

引言
    AIS系統(tǒng)是海上移動(dòng)VHF波段采用TDMA技術(shù)交換數(shù)據(jù)的一種避碰系統(tǒng)，是國(guó)際海事組織規(guī)定每條船只必須安裝的設(shè)備之一，產(chǎn)品開發(fā)基于國(guó)際海事組織頒布的ITU-R M1371協(xié)議。在開發(fā)中采用ADSP2189M作為其數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，完成各種數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)換，時(shí)隙的劃分，網(wǎng)絡(luò)登陸和維護(hù)等算法，實(shí)現(xiàn)其大部分的主要功能。系統(tǒng)的模式如圖1所示。

    由電臺(tái)在161.975MHz和162.025MHz的兩個(gè)頻點(diǎn)上接收GMSK信號(hào),經(jīng)GMSK調(diào)制解調(diào)芯片把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),數(shù)據(jù)流通過(guò)上位機(jī)完成對(duì)正確數(shù)據(jù)的判定,并且刪去數(shù)據(jù)段的起始、填充和結(jié)束位,把數(shù)據(jù)通過(guò)并行口發(fā)往DSP,DSP完成對(duì)接收到數(shù)據(jù)的處理與分析,建立整個(gè)海域的時(shí)隙表,完成TDMA的網(wǎng)絡(luò)登陸、維護(hù),把相關(guān)的數(shù)據(jù)再以不同格式發(fā)送到不同的串口輸出,按照ITU-R M.1371協(xié)議,以ITDMA(增量時(shí)分多址)方式接入網(wǎng)絡(luò),以SOTDMA(自控時(shí)分多址)方式連續(xù)運(yùn)行,從而達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的TDMA完整性。因此,信號(hào)處理單元在系統(tǒng)中處于重要的位置。

圖1  DSP與外部設(shè)備接口

ADSP2189M芯片
    ADSP2189M芯片是一種定點(diǎn)DSP，其指令周期為13.3ns,運(yùn)行速度可達(dá)75MIPS。處理器包括算術(shù)/邏輯單元(ALU)，乘法/累加器(MAC)和桶狀移位器。存儲(chǔ)器采用哈佛結(jié)構(gòu)，有48K的PRAM和32K的DRAM。兩個(gè)SPORT同步串口,一個(gè)定時(shí)器以及主機(jī)接口可以和主機(jī)處理器直接相連。DMA接口包括內(nèi)部DMA接口(IDMA)和字節(jié)DMA接口(BDMA)。

AIS系統(tǒng)中2189M的硬件設(shè)計(jì)
   部分電路如圖2所示。
·芯片外接33M的晶體，其內(nèi)部自動(dòng)倍頻到66M；
·一個(gè)同步串口SPORT與外部的MCU相連，引腳要接上拉電阻；
·把SPORT1設(shè)置成第二種工作模式，并用軟件把I/O口模擬UART，與MAX232芯片連接，數(shù)據(jù)送往簡(jiǎn)易顯示；
·采用IDMA方式與MCU相連，16條并口線連接，啟動(dòng)模式設(shè)置為IDMA方式，其4個(gè)MODEA~D設(shè)置分別為1，0，1，0；
·完成IDMA引導(dǎo)裝載的步驟如下；
 PWD、EBR、BR、ERSET四個(gè)調(diào)試引腳必須外接上拉電阻；
 最后寫PM(0X0000)的值，程序開始自動(dòng)執(zhí)行。

圖2 AIS系統(tǒng)的部分電路圖 

圖3 串口接收時(shí)序圖

圖4 時(shí)隙劃分圖

ADSP2189M接口的軟件設(shè)計(jì)
Sport0的設(shè)置
采用同步串口與MCU通訊

    DM(0X3FF6)—串口控制寄存器設(shè)置如表1所示。

    表1中0~3：接收發(fā)送字長(zhǎng)，我們定義為16位字長(zhǎng)，設(shè)置為1111。6~7：幀同步信號(hào)電平，為0，高電平有效。8~9:幀同步信號(hào)源，為1，內(nèi)部產(chǎn)生幀同步信號(hào)。

    10~11:成幀方式，為1，第二成幀方式。12~13:幀同步，為0，發(fā)起通訊必須要幀同步信號(hào)，以后不再考慮幀同步信號(hào)。14:SCLK的產(chǎn)生方式，為1，內(nèi)部產(chǎn)生串行時(shí)鐘。

    DM(0X3FF5)—串口時(shí)鐘分頻系數(shù)寄存器dm(sclkdiv)
    在ADSP2189芯片中，采樣率與分頻數(shù)之間的關(guān)系如下式F(sclk)=f(clkout)/(sclkdiv+1)/2

    其中，F(xiàn)(sclk)表示運(yùn)行時(shí)鐘，F(xiàn)(clkout)表示外接晶振的輸出時(shí)鐘，sclkdiv表示分頻數(shù)，即存儲(chǔ)器應(yīng)該賦予的值。

    當(dāng)控制寄存器設(shè)置好以后，串口接收時(shí)序如圖3所示，接收到的數(shù)據(jù)放在接收緩存區(qū)，每接收完一組數(shù)據(jù)，寫一次接收標(biāo)志位，主程序定期檢測(cè)標(biāo)志位，當(dāng)檢測(cè)到標(biāo)志位變化時(shí)，調(diào)用接收處理子程序。

Sport1和timer的設(shè)置
     由于DSP要輸出數(shù)據(jù)到簡(jiǎn)易顯示，通過(guò)UART口相連接，因此把Sport1設(shè)置為第二種工作模式(如表2所示)。

    DM(0X3FFF)—系統(tǒng)控制寄存器(如表3所示)。

    表3中，12：SPORT0的使能，設(shè)置為1。11：SPORT1的使能，設(shè)置為1。10：SPOER1的功能選擇，設(shè)置為0。

    用I/O口模擬UART，以9600波特率采樣，內(nèi)部定時(shí)中斷產(chǎn)生速率為3×9600，在一個(gè)電平跳變中產(chǎn)生3次采樣，取中間的采樣值有效。

DM(0X3FFD)—定時(shí)周期寄存器
DM(0X3FFC)—定時(shí)計(jì)數(shù)寄存器
外接33M晶體，寄存器存放的數(shù)值為：
period=frequence×2/(3×9600)-1=2314

    芯片以28800波特率產(chǎn)生中斷，每次中斷程序檢測(cè)UART的標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位有變化時(shí)，每3次中斷設(shè)置一次I/O的輸出，直到發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束。
部分代碼設(shè)置如下：
ax0 = 2314;      //定時(shí)器設(shè)置
 dm(0x3ffc) = ax0;
 dm(0x3ffd) = ax0;
 ax0 = 0;
 dm(0x3ffb) = ax0;    //控制寄存器的設(shè)置
 ax0 = b#0001100000000000;
 ax0=b#0111111000001111;
 dm(0x3ff6)=ax0;    //sport0設(shè)置
 ax0=0x001f;
 dm(0x3ff5)=ax0;    //SCLKDIV0
 mstat = 0x10;           
// 乘法器設(shè)置
 ifc=b#0000000001100001;   imask=b#0000100001;   //中斷開啟 
 ena timer;                
//開啟定時(shí)

主體軟件流程
    系統(tǒng)采用自主式時(shí)分復(fù)用，把時(shí)間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時(shí)隙(無(wú)論幀或時(shí)隙都是互不重疊的)，每個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)通信信道，分配給一個(gè)用戶。系統(tǒng)根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向?qū)Ψ桨l(fā)射信號(hào)(突發(fā)信號(hào))，在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)而互不干擾。

    在寄存器中劃分兩個(gè)信道的空間作為海域的時(shí)隙表，如圖4所示。

    網(wǎng)絡(luò)登陸采用概率持續(xù)算法(當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)候選時(shí)間段時(shí)，臺(tái)站在0到100之間隨機(jī)選取一個(gè)概率值LME.RTP1，該值與一個(gè)0到10的概率LME.RTP2比較，如果LME.RTP1小于或等于LME.RTP2，則選擇這個(gè)時(shí)間段，反之，LME.RTP2加上一個(gè)概率增量與下一個(gè)候選時(shí)間段比較)。在2250個(gè)時(shí)間段上隨機(jī)選擇一個(gè)空閑時(shí)隙作為網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，然后以ITDMA方式接入。這種方式是一種先報(bào)告先占用的形式，在當(dāng)前發(fā)射的數(shù)據(jù)中指明下一個(gè)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)隙號(hào)，從而達(dá)到預(yù)先通知其它臺(tái)站自身所占用的時(shí)隙號(hào)，確定在60秒中需要占用的空間。在以后的連續(xù)階段，移動(dòng)臺(tái)以SOTDMA方式完成網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和時(shí)隙的重新劃分。由于協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式中最大只能預(yù)知到7分鐘的占用情況，所以每隔7分鐘，需要在一定范圍內(nèi)重新選擇一個(gè)新的空閑時(shí)隙發(fā)送，以次類推，一直以這種連續(xù)的狀態(tài)運(yùn)行下去。

    當(dāng)速度發(fā)生改變的時(shí)候，系統(tǒng)重新以ITDMA的方式完成新的速率下的網(wǎng)絡(luò)登陸。

結(jié)語(yǔ)
     本文提出的設(shè)計(jì)方案，充分利用了DSP的高性能數(shù)據(jù)處理功能和嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)穩(wěn)定的特點(diǎn)，采用時(shí)分復(fù)用的算法，進(jìn)行一個(gè)海域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)劃分和聯(lián)接功能。這種DSP信號(hào)處理與嵌入式操作系統(tǒng)相結(jié)合的模式，可以廣泛應(yīng)用于通訊領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)
1 吳敏淵.ADSP系列數(shù)字信號(hào)處理器原理. 電子工業(yè)出版社    
2 蘇濤.吳順君.廖曉群.高性能數(shù)字信號(hào)處理器與高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理. 西安電子科技大學(xué)出版社 
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