一種基于定/浮點處理器的多波束測深聲納信號處理板的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于定/浮點處理器的多波束測深聲納信號處理板。
【背景技術】
[0002]人類對于資源的渴求是永無止境的，尤其是人類現今處于生產力急速發展的時代，更高的能源消耗、更大的人口負擔、更新技術的發展需求每時每刻都在向人類索取資源。隨著資源的不斷開采利用，陸地上的資源逐漸的滿足不了人類的發展需求，人們將目光集中在了廣袤的海洋上。無論進行哪種資源的開發，都要建立在對水下地形地貌充分了解的基礎上。多波束測深聲納系統無疑是現階段的最好選擇之一。
[0003]目前水聲信號處理的理論已經逐漸形成了較為成熟的體系，隨著各種算法的迅速發展，對信號處理系統也提出了更高的要求。新型多波束測深算法需要進行大量的定點、浮點混合運算，這也對信號處理器提出了更新的要求。更高的處理速度、更快的接口傳輸以及嵌入式的設計方式都是現階段的研究熱點。新型多波束聲納對信號處理系統提出的要求是低功耗、高效率、小型化、嵌入化。傳統的多波束聲納測深聲納采用的是FPGA與DSP處理器陣列相互配合的處理器結構，將多片處理器繪制在一塊電路板上，在增強了處理能力的同時也給系統的調試帶來了很大的困難。傳統的多波束聲納測深聲納的DSP處理器采用的是單一的浮點型處理器，處理能力有待提高，并且數據存儲采用SDRAM芯片，存儲速率受到較大限制。隨著處理器技術的發展，新型處理器模塊不斷出現，但是多波束聲納測深聲納中仍然主要采用傳統的EMIF (外部存儲器接口)數據接口形式，并未能有效突破處理器間數據傳輸速率的瓶頸。同時，多波束聲納測深聲納的多種傳輸信號接口，例如定時器輸出、SPI傳輸接口、復位控制器等，并未全部引出，這也限制了系統整體工作的靈活性。
[0004]現有多波束測深聲納多數采用多片處理器布置在一塊電路板上的形式，這種電路形式下的處理器不能夠進行單獨的調試，并且一旦某片處理器出現故障，需要面臨信號處理系統的整體調試維修，這也提高了系統維護的難度。隨著新型處理器的不斷出現，多波束測深聲納的信號處理平臺也面臨著不斷升級，這時上述的電路結構的缺點便暴露出來，采用新的處理器將需要重新繪制整塊電路板，這也加大了系統升級換代的開發成本，阻礙了多波束測深技術的進一步提高。所以，采用信號采集底板配合信號處理板的工作模式為多波束系統的升級、優化就提供了極大地便利。市場上現有的商業信號處理板多用于測深算法的仿真研究，但是并不適合用于實際的聲納系統中。
[0005]首先，現有商用信號處理板采用的都是由下端底板供電的形式，這樣就不能夠脫離底板單獨工作，不利于多波束測深聲納需求的單獨調試的工作需求。其次，現有商用信號處理板大多沒有單獨的JTAG調試接口，也不適合脫離底板單獨工作，這樣就大大地降低了多波束測深聲納系統的開發效率。再次，多波束測深聲納具有處理數據量大、數據傳輸速率要求高等特點，現有的商業信號處理開發板器件數據傳輸速率較低，并且必須使用大量的數據引腳才能夠完成數據的高速傳輸，這也給信號采集底板的設計帶來了困難。所以，針對多波束測深聲納的高處理性能、高傳輸速率、小型化的實際工作需求，設計了一種基于定/ 浮點處理器的多波束測深聲納信號處理板。

【發明內容】

[0006]本發明設計了一種基于定/浮點處理器的多波束測深聲納信號處理板，采用TI(德州儀器)公司新推出的定/浮點系列處理器，能夠自適應定點、浮點處理算法，具有較強的處理能力。該板采用獨立供電和底板供電可選擇的形式，能夠靈活地嵌入多波束測深聲納系統中。該板具有獨立的JTAG調試接口，可以在脫離底板的情況下單獨進行仿真、調試。首次引入uPP (通用并行接口)接口，在節省傳輸引腳的同時提升了系統的數據傳輸速率。經信號阻抗匹配后，將豐富的擴展信號引出至防反插連接器，方便將處理板嵌入至多波束測深聲納系統中。
[0007]本發明的目的是這樣實現的:
基于定/浮點處理器的多波束測深聲納信號處理板包括:電源供應部分(1)、定/浮點DSP處理器芯片(2 )、高速mDDR存儲器(3 )、SPI FLASH芯片(4)、獨立的JTAG調試接口( 5 )、可編程時鐘發生電路(6)、高速外設接口(34)、阻抗匹配電路(16)以及具有防反插設計的B2B連接器A (17)和B2B連接器B (18)。
[0008]電源供應部分(1)采用TI公司TPS系列專用多路LD0線性電源芯片，利用一片芯片即能夠獨立的提供處理板所需的各種電壓，并且完成上電順序控制、電壓監測、復位控制等功能。
[0009]高速mDDR存儲器(3)是一種比DDR2存儲器體積更小、功耗更低的高速存儲器，本設計中使用高速mDDR存儲器(3 )能夠完成高速的數據緩存工作。
[0010]SPI FLASH芯片(4)具有體積小、占用信號線少的優勢，本設計中使用SPI FLASH芯片(4)進行信號處理程序的固化存儲。
[0011]本設計使用高速外設接口(34)中的uPP接口(8)進行高速數據的傳輸，具有數據吞吐率高、占用信號線少的優勢。
[0012]本發明的優點是:
1、針對現有多波束測深聲納中多片處理器布置在一塊電路板上靈活性差、調試困難的不足，設計了能夠脫離底板單獨供電、運行、調試的信號處理處理板。提出了單獨供電與底板供電相結合的設計方案，降低了多波束測深聲納的系統維護成本，并且為處理器升級換代提供了靈活的結構支撐。
[0013]2、本設計中采用的核心DSP處理器芯片是一種定/浮點處理器，內核耦合了 TI公司實現更高系統性能的C64x+內核(定點運算)和精度高、動態范圍大的C67x+內核(浮點運算)，配合設計中的高速數據存儲器mDDR，信號處理能力和數據吞吐率均較現有多波束測深聲納有顯著增強。處理板設計兼顧定點與浮點運算，能夠較好地配合新型多波束測深算法復雜的定點、浮點混合運算的需求，處理靈活性顯著增加。
[0014]3、本設計中的外部數據傳輸接口，除了采用傳統的EMIFA接口外，還提出了使用uPP數據接口進行數據傳輸的方案，配合高速的mDDR存儲器，在節省信號引腳的同時可以實現板間的高速數據傳輸。
[0015]4、此處理板體積小,功耗低,滿足多波束測深聲納系統對信號處理板嵌入水下電子艙的要求。并且可以多塊處理板嵌入同一系統中，配合多波束測深算法進行并行式計算，大大的提高了系統的運算能力以及擴展靈活性。結合新型器件的特性，多數信號管腳采用功能復用模式，不需要工作的外設單獨采用休眠功能，能夠在節省體積的同時進一步降低系統功耗。
【附圖說明】
[0016]圖1信號處理板系統框圖；
圖2信號處理板電源模塊原理框圖；
圖3信號處理板存儲器模塊原理框圖；
圖4信號處理板信號連接器原理框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的具體實施措施進行描述:
結合圖1，信號處理板的定/浮點DSP處理器芯片(2)采用的是TI的一種新型內核架構的定/浮點處理器，該處理器是本發明的處理核心，配合本發明中的其余設計，能夠具有較強的運算能力。由電源供應部分(1)完成對系統的整體供電，包括5V，3.3V，1.8V, 1.2V等多種電壓供應。該部分采用TI公司的專用多路DC-DC (直流電壓轉直流電壓)、LD0 (低壓線性穩壓器)芯片TPS65000系列，使用一片電源芯片即可完成多種電壓的供應過程。可以根據需求，對不需要用到的外部設備進行休眠處理，進一步的降低了系統的功耗。
[0018]可編程時鐘發生電路(6)為DSP處理器