自主可控小型化數(shù)字信號(hào)處理芯片

　　隨著科技的發(fā)展，信號(hào)的采集和數(shù)字化處理已趨于廣泛化，而數(shù)字信號(hào)處理（DSP）因具有精度高、靈活性高、可靠性強(qiáng)、容易大規(guī)模集成、可獲得高性能指標(biāo)等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于機(jī)載、彈載、發(fā)動(dòng)機(jī)控制等多個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等功能。中航工業(yè)計(jì)算所和翔騰公司研制出兩款多總線接口信號(hào)處理SoC芯片，滿足機(jī)彈載電子系統(tǒng)的小型化、低功耗、高精度和高可靠性的應(yīng)用需求。

　　1　什么是DSP？

　　DSP可以代表數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)(Digital Signal Processing)，也可以代表數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor)，其實(shí)兩者是不可分割的。前者是指數(shù)字信號(hào)處理的理論和計(jì)算方法上的技術(shù)，后者是指實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的通用或?qū)Ｓ每删幊?span>微處理器件(芯片)。DSP是一種利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮和識(shí)別等處理，以得到符合人們需求信號(hào)形式的一種技術(shù)。DSP芯片則是應(yīng)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)興起的一種對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器。其應(yīng)用領(lǐng)域甚為廣泛，涉及機(jī)彈載控制系統(tǒng)、雷達(dá)衛(wèi)星系統(tǒng)、實(shí)時(shí)圖像識(shí)別與處理、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)、智能基站、多媒體系統(tǒng)、移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、醫(yī)學(xué)儀器和家用電器等方面，尤其是在信號(hào)處理、通信、自動(dòng)控制等領(lǐng)域中的應(yīng)用，已經(jīng)形成了一種潮流。

　　2　DSP的特點(diǎn)

　　數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)最重要的特點(diǎn)是處理信號(hào)的速度快，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)處理的要求。所謂實(shí)時(shí)處理就是在信息輸入的時(shí)間內(nèi)，要同時(shí)完成所要求的處理任務(wù)，即處理信息所用的時(shí)間要等于或小于信息輸入所用的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間范圍可以從200ns一直到20或30ms。實(shí)時(shí)信號(hào)處理的核心指標(biāo)之一就是數(shù)據(jù)率可以容忍處理中產(chǎn)生的延遲。

　　與通常的微處理器相比，它是專為數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的，故它具有下面的一些共同特點(diǎn)：

　　a.　與外圍設(shè)備交換數(shù)據(jù)的速度很快，具有優(yōu)先中斷的串行和并行接口，以及多路直接存儲(chǔ)器存取(DMA)；

　　b.　具有一個(gè)或多個(gè)乘法-累加器和相應(yīng)的變址功能，能夠快速完成卷積運(yùn)算；

　　c.　具有位翻轉(zhuǎn)的專用變址功能，能夠快速完成傅里葉變換(FFT)；

　　d.　片內(nèi)有多套總線，如數(shù)據(jù)總線、地址總線和外圍總線，此外，還有片內(nèi)存儲(chǔ)器，便于流水線操作，提高處理速度；

　　e.　片內(nèi)有多種外圍設(shè)備，如多路定時(shí)器、多路直接存儲(chǔ)器存取(DMA)、多個(gè)并行口和串行口等；

　　f.　具有多種高速數(shù)據(jù)傳輸和控制的方式，能夠方便地構(gòu)成DSP并行處理系統(tǒng)。

　　3　實(shí)現(xiàn)小型化的技術(shù)手段

　　SoC（System on Chip，片上系統(tǒng)）設(shè)計(jì)技術(shù)將一個(gè)基于PCB上實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能盡可能的轉(zhuǎn)化為功能、性能高度集成的基于硅的系統(tǒng)級(jí)芯片實(shí)現(xiàn)，從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模擬算法、軟件、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路，直至器件的設(shè)計(jì)都緊密結(jié)合起來(lái)，用一塊芯片實(shí)現(xiàn)以往由多塊芯片組成的一個(gè)電子系統(tǒng)的功能。SoC技術(shù)能綜合并全盤考慮整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)情況，可以盡可能多的集成系統(tǒng)的功能，因此與傳統(tǒng)的多芯片的電路系統(tǒng)相比，在實(shí)現(xiàn)的電路性能相當(dāng)?shù)那闆r下，可以顯著降低電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，從而使得電路成本下降，同時(shí)，在系統(tǒng)集成時(shí)，可以減小系統(tǒng)的體積重量，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試周期，并最終降低系統(tǒng)的制造和生產(chǎn)成本，SoC設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為解決新一代機(jī)彈載電子系統(tǒng)低功耗、高性能、高可靠、超小型化關(guān)鍵技術(shù)。

　　因此，中航工業(yè)計(jì)算所和翔騰公司充分利用自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)和團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，以深厚的SoC研制理論和實(shí)現(xiàn)技術(shù)及能力為基礎(chǔ)，結(jié)合豐富的工程化經(jīng)驗(yàn)，頂層謀劃，合理提取系統(tǒng)需求，先后研制出兩款通用型多總線接口信號(hào)處理SoC芯片，在滿足機(jī)彈載小型化、低功耗、高集成度發(fā)展需求下，創(chuàng)新性的提出了基于國(guó)產(chǎn)DSP IP核為核心、集成多種總線協(xié)議處理和多路ADC、接口的數(shù)?；旌蟂oC芯片體系結(jié)構(gòu)，打破制約我國(guó)數(shù)字信號(hào)處理核心芯片的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的小型化、低功耗、高可靠和核心芯片自主保障。

　　4　多總線接口信號(hào)處理SoC芯片（型號(hào)HKS6713）

　　HKS6713芯片功能及性能指標(biāo)如下：

　　a.　具有雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的DSP，系統(tǒng)應(yīng)用最高性能為1600MIPS（每秒百萬(wàn)條指令）、1200MFLOPS(每秒百萬(wàn)次浮點(diǎn)操作)；

　　b.　具有11路輸入10位精度的ADC，轉(zhuǎn)換時(shí)間10us；

　　c.　具有1553B、429、CAN及UART等總線接口，其功能及性能指標(biāo)如下：

　　1553B總線：

　　1）實(shí)現(xiàn)BC/RT功能；

　　2） 通信速率1Mbps到4Mbps可編程；

　　429總線：

　　1） 兩個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)送器；

　　2） 支持25位、32位字長(zhǎng)；

　　3） 32個(gè)字的發(fā)送、接收緩沖；

　　CAN總線：

　　1） 64字節(jié)的接收緩沖；

　　2） 速率可達(dá)1Mbps；

　　3） 符合CAN2.0B協(xié)議；

　　UART接口：

　　1） 共12路，接收FIFO中有11路為512字節(jié)，1路為1024字節(jié)；

　　2） 波特率可編程，最高支持921600bps；

　　d.　片內(nèi)大容量存儲(chǔ)（256KB片內(nèi)SRAM，64KB雙口存儲(chǔ)器）；

　　e.　質(zhì)量保證等級(jí)：GJB597A規(guī)定的B級(jí)；

　　f.　功耗不大于2W；

　　g.　外型尺寸：40mm×40mm；

　　h.　工作溫度范圍為-55℃~125℃；

　　i.　采用SMIC0.13um工藝、BGA601封裝。

　　5　緊湊型擴(kuò)展信號(hào)處理器（型號(hào)HKSEDSP）