在圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，常常需要對(duì)高速信號(hào)進(jìn)行采集與處理。例如，在光傳感技術(shù)中對(duì)光脈沖散射信號(hào)的測(cè)量，在雷達(dá)工程中對(duì)電磁脈沖信號(hào)的測(cè)量等，都需要對(duì)高速信號(hào)進(jìn)行采集與運(yùn)算，而且此類高速信號(hào)的測(cè)量，往往對(duì)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)提出嚴(yán)格的要求。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于DSP和USB的高速數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，可靠性好，具有一定的通用性，并且可以進(jìn)行多通道擴(kuò)展。
　　
　　1 原理概述
　　基于DSP和USB的高速數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)上電后，DSP、FPGA分別由各自的FLASH加載程序，采集與處理系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。在A/D變換器完成轉(zhuǎn)換后由FPGA向DSP發(fā)送中斷0申請(qǐng)信號(hào)，DSP從A/D FIFO RAM中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行小波變換去噪處理，處理結(jié)束后DSP向USB控制器發(fā)送中斷申請(qǐng)信號(hào)，USB控制器將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)，由主機(jī)應(yīng)用程序顯示數(shù)據(jù)。主機(jī)應(yīng)用程序還可以對(duì)整個(gè)采集、處理系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要設(shè)定三個(gè)功能：接收處理后的數(shù)據(jù)，接收處理前的數(shù)據(jù)，設(shè)定A/D的采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。
　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要分為三大部分：DSP部分、FPGA部分、USB部分。
　　2.1 DSP部分設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)使用的DSP芯片為TI（德州儀器）公司的TMS320VC33，它是TI公司推出的性價(jià)比極高的32位浮點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理芯片，是目前在國(guó)內(nèi)外使用最為廣泛的浮點(diǎn)DSP之一。
　　TMS320VC33具有以下特點(diǎn)：哈佛結(jié)構(gòu)；流水線操作；專用的硬件乘法器；特殊的DSP指令；快速的指令周期。另外，TMS320VC33還具有強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，運(yùn)算速度可達(dá)　　150MFLOPS（每秒百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算），處理能力達(dá)到75MIPS（每秒百萬(wàn)次指令周期）。而且，它還采用3.3V I/O電壓和1.8V處理器核電壓使功耗降低到200mW。
　　DSP部分的電路設(shè)計(jì)主要是為T(mén)MS320VC33的外圍電路設(shè)計(jì)。TMS320VC33的STRB0和引腳分別連接存儲(chǔ)器的片選和使能引腳，實(shí)現(xiàn)程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展；引腳接到高電平，INT2引腳接到低電平，實(shí)現(xiàn)上電后程序自加載；由TMS、TDI、TDO、TCK、、EMU0、EMU1等引腳組成程序下載口，以方便DSP程序調(diào)試。
　　2.2 FPGA部分設(shè)計(jì)
　　因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的邏輯比較復(fù)雜，為了有效地減少硬件的體積、提高硬件系統(tǒng)的可靠性，這里把所有的邏輯控制電路、各種存儲(chǔ)器/寄存器的地址譯碼電路都用一塊超大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列（FPGA）XC3090來(lái)實(shí)現(xiàn)。邏輯控制電路包括：命令寄存器、采樣點(diǎn)數(shù)/采樣頻率設(shè)定寄存器、中斷申請(qǐng)信號(hào)發(fā)生器、將A/D結(jié)果寫(xiě)入FIFO RAM的控制電路、USB及其FIFO和A/D FIFO狀態(tài)檢測(cè)電路。
　　2.3 USB部分設(shè)計(jì)
　　TMS320VC33與USB控制器AN2136SC之間通過(guò)雙向FIFO 交換數(shù)據(jù)，握手信號(hào)使用AN2136SC的PC口。當(dāng)USB為接收緩沖器時(shí)，DSP讀，AN2136SC寫(xiě);當(dāng)USB為發(fā)送緩沖器時(shí)，DSP寫(xiě)，AN2136SC讀。PC（0）～（3）用作二者的讀寫(xiě)通道，方向可編程確定; PC（4）用于TMS320VC33向AN2136SC申請(qǐng)中斷;PC（5）用于AN2136SC復(fù)位USB接收緩沖器;PC（6）用于USB接收器滿標(biāo)志，若接收器已滿則禁止AN2136進(jìn)一步對(duì)USB接收緩沖器寫(xiě)入;PC（7）用于USB發(fā)送緩沖器空標(biāo)志，若緩沖器已空則禁止AN2136SC進(jìn)一步對(duì)USB發(fā)送緩沖器讀出。
　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)軟件主要包括五大部分：DSP程序（用于A/D采樣控制、數(shù)據(jù)處理、DSP與USB總線之間的信息交換）、USB總線驅(qū)動(dòng)程序、USB固件程序（用于PC機(jī)與DSP之間的數(shù)據(jù)交換與處理）、主機(jī)應(yīng)用程序、FPGA中對(duì)地址的譯碼程序和各個(gè)寄存器的實(shí)現(xiàn)程序。