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數字接收機中基于TMS320C6416的數字下變頻技術(shù)
中頻數字接收機常通過(guò)數字下變頻技術(shù)降低采樣數據率，減輕后續信號處理的壓力。數字下變頻器有多種芯片可供選擇，如Harris公司Gray-Chip公司的產(chǎn)品。然而這些器件無(wú)法滿(mǎn)足雷達對抗偵察數字接收機高多DSP的數字下變頻器。本文以某雷達對抗偵察數字接收機為例，介紹一種基于TI公司的DSP TMS320C6416的數字下變頻器。
1 數字下變頻的基本原理
數字下變頻的基本原理見(jiàn)圖1。
經(jīng)A/D變換后的中頻信號通過(guò)兩個(gè)乘法器構成混頻器，產(chǎn)生I、Q兩種信號再通過(guò)低通濾波、抽取輸出降低了采樣頻率的基帶信號。以某種數字接收機為例，其中頻頻率fc=200MHz，中頻帶寬B=20MHz，中頻采樣頻率fs=500MHz，下變頻時(shí)可以直接將中頻頻率變到0，也就是令圖1中的f0=fc，此時(shí)位于中頻帶寬內對稱(chēng)于中頻頻率的信號頻譜分量將發(fā)生混疊。為避免這種現象可將中頻下變頻到一個(gè)較低的頻率而不是0，設f0=190MHz，則下變頻后的信號位于0～20MHz，通過(guò)低通濾波10倍抽取，相當于對變頻后的信號以50MHz的采樣頻率采樣。
利用DSP實(shí)現數字下變頻的第一步是選擇能滿(mǎn)足上述數據處理要求的DSP。對于混頻運算，由于采樣頻率為？500MHz，為實(shí)現時(shí)處理則要求DSP至少具有500MIPS的處理能力，同時(shí)考慮到后續濾波抽取運算的需要，選用TI公司的高性能DSP芯片TMS320C6416。
2 TMS320C6416芯片的性能特點(diǎn)
TMS320C6416是TI公司最新推出的高性能定點(diǎn)DSP，其時(shí)鐘頻率可達600MHz，最高處理能力為4800MIPS，軟件與C62X完成兼容，采用先進(jìn)的甚長(cháng)指令結構（VLIW)的DSP內核有6個(gè)ALU（32/40bit），每個(gè)時(shí)鐘周期可以執行8條指令，所有指令都可以條件執行。該DSP具有Viterbi譯碼協(xié)處理器（VCP）和Turbo譯碼協(xié)處理器（TCP)；采用兩級緩存結構，一級緩存（L1)由128Kbit的程序緩存和128Kbit的數據緩存組成，二級緩存（L2)為8Mbit；有2個(gè)擴展存儲器接口（EMIF)，一個(gè)為64bit（EMIFA)，一個(gè)為16bit（EMIFA)，可以與異步（SRAM、EPROM)/同步存儲器（SDRAM、SBSRAM、ZBTSRAM、FIFO）無(wú)縫連接，最大可尋址范圍為1280MB；具有擴展的直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)控制器（EDMA），可以提供64條獨立的DMA通道；主機接口（HPI)總線(xiàn)寬度可由用戶(hù)配置（32/16bit），具有32bit/33MHz，3.3V的PCI主/從接口，該接口符合PCI標準2.2版，有3個(gè)多通道串口（McBSPs），每個(gè)McBSPs最多可支持256個(gè)通道，能直接與T1/E1、MVIP、SCSA接口，并且與Motorola的SPI接口兼容，片內還有一個(gè)16針的通用輸入輸出接口（GPIO）。
TMS320C6416與TI公司C6系列其它DSP相比有以下明顯的不同：首先是處理能力顯著(zhù)提高。C6416的最大處理能力為4800MPIS，是1997年推出的C6201處理能力的3倍，執行1024點(diǎn)復數FFT的時(shí)間為10.003μs，比C6201快了6倍多；其次是片內集成外設顯著(zhù)增加，其中VCP和TCP可以顯著(zhù)提高片上的譯碼能力，PCI接口可以方便地與具有PCI總線(xiàn)的主機直接互連，無(wú)需額外的PCI接口芯片；別外原有集成外設性能提高，其EDMA可以提供64條獨立的DMA通道，而C6201僅有4個(gè)DMA通道，其EMIF數據線(xiàn)寬度可選，片內存儲區和McBSPs的數量都有所增加，這使得C6416編程更靈活，使用更方便。
3 數字下變頻在TMS320C6416DSP上的實(shí)現
基于TMS320C6416的數字下變頻器硬件結構比較簡(jiǎn)單，是一個(gè)基于共享存儲區的多DSP處理器。
3.1 數字下變頻器的硬件結構
本文討論的數字下變頻器是基于多DSP的雷達對抗偵察數字接收機的組成部分。數字下變頻是在DSP上由軟件完成的，沒(méi)有單獨的數字下變頻電路，該數字接收機的硬件結構見(jiàn)圖2。
該數字接收機采用主從機方式。多DSP并行處理機作為系統的從處理機主要負責對數據的實(shí)時(shí)處理，主處理機主要完成整機的控制、顯示及其它人機交互功能。ADC的采樣頻率為500MHz，中頻帶寬為20MHz。主處理機選用的高性能的通用微處理器，整機的數據總線(xiàn)可以選擇通用的PCI總線(xiàn)。其特點(diǎn)是傳輸速度快，最高可達132Mbytes/s，開(kāi)發(fā)比較便捷。也可選用CPCI或VME總線(xiàn)，其中CPCI兼有PCI總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)結構堅固，符合軍用標準，也可以采用VME總線(xiàn)結構。以上總線(xiàn)結構可以根據用戶(hù)的需要確定。
該數字接收機的數據處理是由多DSP從處理機完成的，該從處理機的DSP個(gè)數可以根據不同用戶(hù)對算法的要求來(lái)確定，對于I、Q兩通道的數字下變頻運算需要4片C6416芯片。圖3以4片DSP為例給出了該多DSP處理機的硬件框圖。該并行處理機工作在共享存儲區方式下，SDRAM和SBSRAM是全局共享存儲區，AD和DSP之間通過(guò)FIFO按照DMA方式進(jìn)行數據交換，主機不直接與DSP的HPI口連接，而是通過(guò)一個(gè)總線(xiàn)接口電路，采用不同的接口芯片實(shí)現與不同總線(xiàn)結構的主機接口。
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