Procesory sygnałowe

Wykład 2

Płyta uruchomieniowa

ADSP 21065L EZ-KIT Lite,

przykłady w języku C

Dr inż. Robert
Wielgat

Tarnów 2014

Opis płyty ADSP 21065L EZ-KIT

Lite

W płycie

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

zaimplementowano

rozwiązania sprzętowe ułatwiające interaktywne
demonstracje. Użytkownik ma do dyspozycji przyciski
oraz programowalne diody LED. Za pomocą kodeka

AD1819A SoundPort® Kodek

jest możliwy dostęp do

wejścia audio (wybieranego za pomocą zwory jako
wejście line lub mikrofonowe) oraz wyjścia audio (wyjście
line). Na płycie EZ-KIT Lite znajduje się

nieulotna pamięć

,

w której zapisano

program monitora

. Program monitora

pozwala użytkownikowi wgrywać, wykonywać oraz
debugować programy. Zastępując pamięć EPROM na
płycie pamięcią EPROM zawierającą kod użytkownika
płyta EZ-KIT Lite staje się samodzielnym urządzeniem
działającym bez pomocy komputera klasy IBM PC.
Dostęp do procesora ADSP-21065L jest możliwy z
poziomu

komputera PC

, który jest połączony z płytą za

pomocą portu szeregowego lub opcjonalnie za pomocą

emulatora JTAG

.

Schemat blokowy płyty

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Layout płyty

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Wejścia/wyjścia na płycie

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Wejście zasilania

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Podstawowym
gniazdem
zamontowanym na
płycie jest wejście
zasilacza. Według
rys. 2. złącze J1.
Zalecane
parametry
używanego
zasilacza są
następujące: 6,5 –
9,0 V 1,2 A. Przy
czym napięcie
doprowadzane jest
do pinu
centralnego, masa
znajduje się na
pierścieniu
okalającym
wejście.

Wejścia/wyjścia audio

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Na płycie znajdują

się złącza stereo mini
jack stereo na rys 2 –
J7, J8. J7 – Line out
pozwala na dołączenie
do układu urządzeń
odbiorczych takich jak
słuchawki
stereofoniczne, daje to
możliwość na ciągłe
śledzenie efektów
przetwarzania lub
generowania dźwięku.
J8 – Mic/ Line in
pozwala na dołączenie
urządzeń typu
mikrofon, zewnętrzne
źródło dźwięku. W celu
korzystania z opisanych
wyprowadzeń
konieczne jest
odpowiedzenie
połączenie zworek
pomiędzy wyjściami, a
układem AD1819A.

Porty rozszerzeń

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Złącza oznaczone J2

J4 to dwa
wyprowadzenia portów
rozszerzeń. Zapewniają
one dostęp do sygnałów
magistrali procesora.
Jedną z możliwości
korzystania z tych złącz
poza debugowaniem
jest kontrola hosta.
Wszystkie przerwania,
sygnały magistrali i
sygnały PWM są
dostępne za
pośrednictwem tego
portu. Obciążanie
portów zewnętrznych
może wpłynąć na
szybkość magistrali oraz
wydajność procesora.

Złącze EMAFE

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Złącze EMAFE -

Enhanced Modular
Analog Front End
dostarcza
standardowego
interfejsu do
podłączenia urządzeń z
wejściami/wyjściami
analogowymi. Złącze
jest oznaczone jako J6,
posiada 96 pinów
ułożonych w trzech
rzędach po 32 piny.
Interfejs obsługuje:

16 linii danych
8 linii adresowych
3 linie sterujące

magistralą równoległą

16 synchronicznych

portów szeregowych

1 wyjście przerwań
1 wejście flagi

Port RS232

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Złącze J3 to

wyprowadzenie
interfejsu UART
służącego do
komunikacji z
zewnętrznymi
urządzeniami w
standardzie RS 232.

Za pomocą tego

portu jest podłączony
min. komputer
nadrzędny, klasy IBM PC.

Złącze JTAG

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Złącze J10 jest

wyprowadzeniem
portu emulatora. Służy
do uruchamiania i
programowania
procesora. Jednym z
najważniejszych
założeń standardu
JTAG jest możliwość
programowania
układu w gotowym
urządzeniu, bez
konieczności
odłączania. W celu
zapewnienia
odpowiedniego
zasilania przy
odłączonym złączu
należy w odpowiedni
sposób zewrzeć
wybrane piny za
pomocą zworek.

Rola przycisków

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Na płycie ewaluacyjnej
zamontowano osiem
przycisków push-button
typu mikro switch.
- Przycisk

RESET

pozwala

zainicjować układ DSP.
Przycisk pomocny jest w
przypadku utraty
komunikacji pomiędzy EZ-
KIT Lite, a komputerem, z
którego uruchamiane są
programy. W celu
nawiązania powtórnej
komunikacji należy wcisnąć
przycisk RESET.
- Przyciski

FLAG 0-3

pozwalają zmienić status
czterech flag na pinach
procesora DSP.
- Przyciski

IRQ 0-2

umożliwiają wysyłanie
zewnętrznego przerwania
do procesora. IRQ0 jest
wspólne z interfejsem
UART, IRQ1 jest wspólne ze
złączem EMAFE.

Diody sygnalizacyjne

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Na płycie znajduje
się sześć diod
LED, które są
sterowane przez
wyjścia procesora
DSP. Są one
oznakowane
zgodnie z
wyjściami flag,
które je
kontrolują.
Ponadto na płycie
zamontowana jest
dioda zasilania
sygnalizująca
podłączenie
zasilacza.

Zwory

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Wybór trybu rozruchu

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Zworka JP6 kontroluje
zachowanie procesora
ADSP, gdy system jest
resetowany
( w wyniku
podłączenia zasilania
lub przyciskiem
RESET).
Kiedy zworka nie jest
podłączona do GND
system ładowany jest
z pamięci EPROM. Jeśli
zworka jest
podłączona do GND,
procesor usiłuje się
uruchomić poprzez
interfejs hosta
(expansion port).

Wybór rozmiaru pamięci

EPROM

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

EZ-KIT Lite obsługuje
pamięci: 128K x 8, 256K x
8, 512K x 8, oraz 1M x 8,
poszczególne z nich
wybierane są poprzez
zwory, JP4 i JP5.
Fabrycznie na płytce jest
montowana pamięć
EPROM 256K x 8, jeżeli
zostanie zastosowana
inna pamięć zwory
powinny zostać
ustawione według
poniższej tabeli:

Wybór ID Procesora

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Podczas typowej pracy na
pokładzie EZ-KIT Lite
znajduje się tylko jeden
procesor. W takim
przypadku należy
sprawdzić ustawienie
zworek JP7 i JP8 dla
zapewnienia poprawności
działania systemu jedno
procesorowego. W
przypadku dołączenia do
układu dodatkowego
procesora poprzez złącze
rozszerzeń zworki
powinny być połączone
według poniższej tabeli:

Wybór funkcji wejścia

Mic/Line in

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Użyte złącze jack jest
wykorzystywane do
podłączenia
zewnętrznych źródeł
dźwięku oraz
mikrofonu. Aby wybrać
czy wejście ma
pracować jako wejście
mikrofonowe, czy też
jako wejście Line
należy ustawić zworki
JP1 i JP2 zgodnie z
poniższą tabelą:

Wybór kodeka AD1819

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Magistrala płytki
dzielona jest pomiędzy
zastosowany kodek a
interfejs EMAFE.
Zworka JP3 wyłącza
dostęp kodeka do
magistrali co
zapobiega błędom w
transmisji pomiędzy
dwoma urządzeniami.
Jeżeli EMAFE nie jest
używane zworę JP3
należy dołączyć do
GND w celu
umożliwienia pracy
układowi AD1819

Najważniejsze podukłady

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Procesor

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Procesor ADSP
21065L jest
zmiennoprzecinkowy
m 32-bitowym
procesorem
I generacji do
wydajnych
i niskobudżetowych
zastosowań w
cyfrowym
przetwarzaniu
sygnałów.

Schemat blokowy procesora

ADSP 21065L

Oscylator

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Zastosowany
oscylator
taktuje
procesor z
częstotliwością

30 MHz.
Wewnątrz
procesora
częstotliwość
ta jest
podwajana,
dzięki temu
procesor jest
taktowany
wewnętrznie z
częstotliwością

60 MHz.

Pamięć SDRAM

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

2 bloki pamięci SDRAM
(Synchroniczna
dynamiczna pamięć
dostępu swobodne-go) o
wielkości 1Mb x 16 bit
są połączone z linią MS3
procesora. ADSP-21065L
używa linii adresowej 13
do wyboru banku.
Dodatkowo ADSP ma
rozłączoną linię
adresową służącą do
od-świeżania pamięci
SDRAM. Magistrala
umożliwia przesył
danych do i z pamięci z
prędkością 2xCLKIN, co
daje prędkość do 240
MB/s. Wszy-stkie wejścia
są próbkowane zegarem
SDCLK. Natomiast
wyjścia można
odczytywać na
narastającym zboczu
impulsów zegara SDCLK.

Pamięć EPROM

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

PAMIEĆ EPROM

(kasowalna

półprzewodnikowa

pamięć stała) o

wielkości do 1Mb x 8 bit

przechowuje programy,

które mogą być

wykorzystane przez

ADSP-21065L. Operacja

wyboru źródła

restartowania

kontrolowana jest przez

wyprowadzenia BMS

(Boot Memory Select) i

BSEL (Boot EPROM).

Pierwsze 256 instrukcji

(1536 bajtów) jest

automatycznie

ładowane przez ADSP-

21065L po kasowaniu.

Układ CPLD

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Programowalny
układ CPLD realizuje
indeksowane
adresowanie
wymagane przez
interfejs EMAFE.
Układ
programowalny
kontroluje
ustawianie adresu,
a także kierunek
przesyłania danych
po magistrali.

Układ UART

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

UART jest układem
używanym do
asynchronicznego
przesyłania danych
z magistrali danych
i adresowej
procesora poprzez
znajdujący się na
płycie port
szeregowy RS232.
UART zawiera
również bufor do
tymczasowego
gromadzenia
danych w przypadku
szybkiej transmisji.

Kodek AD1819

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Kodek zawiera
dwukanałowy
przetwornik Σ∆ AC i
parę dwukanało-wych
przetworników ∑∆ CA.
Wejścia przetwornika
AC mogą zostać
wybrane z czterech par
dwukanałowych
sygnałów
analogowych: LINE1,
LINE2, pomocnicze
("aux”) LINE#1 i
wyjście DAC z
mieszacza.
Kontrolowane
programowo
wzmocnienie pozwala
na niezależne
wzmocnienie dla
każdego kanału
wchodzącego do
przetwornika AC.

Kodek AD1819

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Parametry AD1819
- jednoukładowy zintegrowany 16-bitowy kodek
audio stereo Σ/∆*,
- programowane wzmocnienie i tłumienie,
- wejścia i wyjścia stereo ,
- analogowe i cyfrowe mieszanie sygnałów,
- filtry sygnałowe zintegrowane w układzie
scalonym: cyfrowa interpolacja i decymacja;
filtracja dolnoprzepustowa wyjść analogowych,
- Cyfrowa zmiana częstotliwość próbkowania od
7 kHz do 48 kHz,
- szeregowy cyfrowy interfejs kompatybilny z
rodziną
ADSP-21XX/21XXX,
- zasilanie 5V ( Imax = 140mA).

Układy zasilania

ADSP 21065L EZ-KIT Lite

Większość
układów na płycie
wymaga napięcia
zasilania 3,3V, za
wyjątkiem
Kodeka 1819 oraz
układu UART,
które wymagają
napięcia 5V.
Zatem na płycie
są umieszczone
dwa niezależne
źródła zasilania
dające napięcia
5V oraz 3,3V.

Visual DSP++

Uruchamianie nowej sesji

Okno New Session
pojawia się w
momencie
pierwszego
uruchomienia
programu

Visual DSP++

Środowisko

uruchomieniowe

Środowisko
uruchomieniow
e Visual DSP++
pozwala na
edycję,
kompilację i
uruchamianie
programów na
płycie ADSP
21065L.

Przykłady programów

Program demonstracyjny

„Blink”

Program ten steruje dwoma diodami LED
podłączonymi do flag (6 i 7). Diody te są
zapalane naprzemiennie. W celu uzyskania
ciągłego świecenia diod użyto timera oraz
przerwania generowanego w wyniku
osiągnięcia przez rejestr TCOUNT wartości
umieszczonej w rejestrze TPERIOD.
Procedura obsługująca przerwanie
naprzemiennie ustawia lub zeruje flagi
wyjściowe 6 i 7 w zależności od stanu
poprzedniego. Wyzerowanie flagi powoduje
zapalenie się diody, natomiast ich ustawienie
powoduje wyłączenie. W programie szybkość
migania diód uzyskuje się poprzez zmianę:
define flash_PERIOD 0x0300000 na
0x0900000.

Program „Blink” - kod

#include <def21065l.h>

// dołączenie plików do programu

#include <21065l.h>
#include <signal.h>
#include <macros.h>

------------------------------------------------------------
DEFNICJE MAKR I STAŁYCH
------------------------------------------------------------
#define FLASH_PERIOD 0x5300000

// określenie tempa cyklów

// migania diod

#define SetIOP(addr, val) (*(int*)addr) = (val)

//

definicja

#define GetIOP(addr) (*(int*)addr)

// makr

------------------------------------------------------------

-

DECLARACJE ZMIENNYCH GLOBALNYCH
------------------------------------------------------------
int odd_or_even_flag;

// deklaracja zmiennej flagi

(parzysta,

// nieparzysta)

Program „Blink” - kod

// PROTOTYPY FUNKCJI
//------------------------------------------------------------

void timer_int(int);
void set_timer(int);
void init_timer(void);
void timer_int(int);

//************************************************************
// Definicja funkcji init_timer(): ustawienie priorytetu
// timer a 0 na niski, zapisanie w wektorze przerwań,
// zdjęcie maski i wystartowanie timera.
//************************************************************

void init_timer(void)

// deklaracja funkcji inicjującej timer

{ asm("#include <def21065l.h>");

//dołączenie

pliku<def21065l.h>

asm("bit clr mode2 TIMEN1 | TIMEN0;");

//zatrzymanie timera 1

// i timera 0

interrupt(SIG_TMZ, timer_int);

// wskazanie na podprogram

// obsługi przerwania

asm("bit clr mode2 TIMEN0;

//zatrzymanie timera 0

bit set imask TMZLI;
bit clr mode2 INT_HI0 | INT_HI1;
bit set mode2 PWMOUT0 | TIMEN0;");

//ustawienie trybu PWM dla

//timera 0 i jego wystartowanie

}

Program „Blink” - kod

//***********************************************************
// Definicja funkcji set_timer(). Start timera 0 po
// okresie równym ilości cyklów zegarowych zawartych
// w zmiennej t_period
*************************************************************

void set_timer(int t_period)

//deklaracja funkcji ustawiającej

// i startującej timer 0

{

if (t_period > 1)
{
asm("bit clr mode2 TIMEN0;");

//zatrzymanie timera 0

SetIOP(TPERIOD0, t_period);

// ustawienie cyklu

//timera na wartość zmiennej t_period

SetIOP(TPWIDTH0, 1);

//ustawienie szerokości
//impulsow na 1

asm("bit set mode2 TIMEN0;");

// wystartowanie timera 0

}

}

Program „Blink” - kod

//**********************************************************

*

// Definicja funkcji timer_int(). Podprogram obsługi
// przerwania od timera 0
//**********************************************************

void timer_int( int sig_num )

// deklaracja funkcji

{
sig_num=sig_num;

if (1 & odd_or_even_flag++)

// Jeżeli wartość operandu

// „odd_or_even_flag” nie jest zerem, inkrementuj operand
// i wykonaj:

{
asm("R0 = DM(IOSTAT);
R0 = BCLR R0 BY 2;

// Wyzerowanie flagi nr. 6

DM(IOSTAT) = R0;");

asm("R0 = DM(IOSTAT);
R0 = BSET R0 BY 3;

// Ustawienie flagi nr. 7

DM(IOSTAT) = R0;");
}

...

Program „Blink”

...

else

// Jeżeli warunek (1 & odd_or_even_flag++) nie jest

// spełniony, wykonaj:

{
asm("R0 = DM(IOSTAT);
R0 = BSET R0 BY 2;

// Ustawienie flagi nr. 6

DM(IOSTAT) = R0;");

asm("R0 = DM(IOSTAT);
R0 = BCLR R0 BY 3;

// Wyzerowanie flagi nr. 7

DM(IOSTAT) = R0;");
}

return;

// zakończenie działania funkcji

}

Program „Blink”

//**********************************************************
// Definicja funkcji main(). Główna funkcja. Początkowe
// ustawienie flag, ustawienie i wystartowanie timera,
// przejście w pętle
//**********************************************************

*

void main ( void )

// deklaracja funkcji

{
asm("R0 = DM(IOSTAT);
R0 = BCLR R0 BY 2;

// Wyzerowanie flagi nr. 6

DM(IOSTAT) = R0;");
asm("R0 = DM(IOSTAT);
R0 = BSET R0 BY 3;

// Ustawienie flagi nr. 7

DM(IOSTAT) = R0;");
set_timer(FLASH_PERIOD);

// Wywołanie funkcji „Set_timer” z

// argumentem = wartości zmiennej

„FLASH_PERIOD”

init_timer();

// Wywołanie funkcji “Init_timer”

while( 1 )

// Przejście do nieskończonej pętli

{
idle();

// Zatrzymanie procesora , będzie reagował
// tylko na przerwania

}

}

Generacja przebiegu

sinusoidalnego

ADSP 21065L

#define M_2PI 6.28318530717958647692
#define FS 48000
void main ( void )
{
float output, t, A, f, dt;

A=10000; // Amplituda
f=1000; // Czestotliwosc [Hz]

dt=f/(float)FS;

init_codec();
user_tx_ready = 0;
t=0;
…

Generacja przebiegu

sinusoidalnego

ADSP 21065L – c.d.

…
for(;;)
{
user_rx_ready = 1;
idle();
while (user_tx_ready);
//---------------- Tu wpisz swoj kod -------------------

output=A*sin(M_2PI*t);
t+=dt;
if(t>=1)
t=0;

//------------------------------------------------------
user_tx_buf[RIGHT_CHNL] = output;
user_tx_buf[LEFT_CHANL] = output;
user_tx_buf[TAG] = DOUT_TAG;
user_tx_ready = 1;
};
}

Generacja przebiegu

piłokształtnego narastającego

ADSP 21065L

#define FS 48000
void main ( void )
{
float output, t, A, f, dt;

A=10000; // Amplituda
f=1000; // Częstotliwość [Hz]

dt=2*f/(float)FS;

init_codec();
user_tx_ready = 0;

t=0;
…

Generacja przebiegu

piłokształtnego narastającego

ADSP 21065L – c.d.

…
for(;;)
{
user_rx_ready = 1;
idle();
while (user_tx_ready);
//---------------- Tu wpisz swoj kod -------------------

output=A*t;
t+=dt;
if(t>=1)
t=-1;

//------------------------------------------------------
user_tx_buf[RIGHT_CHNL] = output;
user_tx_buf[LEFT_CHANL] = output;
user_tx_buf[TAG] = DOUT_TAG;
user_tx_ready = 1;
};
}

Generacja figur Lissajou

ADSP 21065L

void Ellipse(float R1, float R2)
{
//---------------- Tu wpisz swoj kod -------------------
static float t=0;

t+=FS_INV1000;
if(t>=1)
t=0;

OutX=R1*sin(M_2PI*t);
OutY=R2*sin(M_2PI*t+M_PI2);
}

Funkcja rysująca

elipsę:

Generacja figur Lissajou

ADSP 21065L – c.d.

void main ( void )
{
float t=0;
float Ax=10000, Ay=10000;
init_codec();
user_tx_ready = 0;
for(;;)
{
user_rx_ready = 1;
idle();
while (user_tx_ready);
//---------------- Tu wpisz swoj kod

-------------------

Ellipse(Ax, Ay);
//-----------------------------------------------

-------

user_tx_buf[RIGHT_CHNL] = OutX;
user_tx_buf[LEFT_CHANL] = OutY;
user_tx_buf[TAG] = DOUT_TAG;
user_tx_ready = 1;
};
}

Program
główny z
wywołaniem
funkcji
rysującej
elipsę:

Generacja echa

Ou

t

+

+

Gain

1

In

+

+

Direct
Signal

Reverb
feedback

FIFO

Gain 2

W schemacie blokowym generacji echa kluczową rolę
odgrywa pamięć FIFO, która opóźnia sygnał bezpośredni o

n

próbek. Poziom sygnału odbicia jednokrotnego i

wielokrotnego kontroluje element wzmacniający Gain2 a
poziom sygnału przy odbiciach wielokrotnych Gain1.
Współczynniki Gain1 i Gain2 są z reguły mniejsze od
jedności.

Generacja echa

float sound_delay(float in, int time, float *buff)
{
float out;
static int n=0;

out=buff[n];
buff[n]=in;

n++;
if(n>=time*48)
n=0;

return out;
}

Generacja echa

void main ( void )
{
int i;

float filter_input;
float filter_output;
float fifo;
float gain1=1.0;
float gain2=0.8;
int delay=100;

for( i=0; i<BUFFSIZE; i++)
buffer[i]=0;
// Initialize some codec registers.
init_codec();

Generacja echa

// Loop forever.

user_tx_ready = 0;
for(;;)
{
user_rx_ready = 1;
idle();
while (user_rx_ready);
while (user_tx_ready);
filter_input = user_rx_buf[RIGHT_CHNL];
fifo=gain2*sound_delay(fifo,100,buffer)+filter_input;
filter_output=filter_input+gain1*fifo;

user_tx_buf[RIGHT_CHNL] = filter_output;
user_tx_buf[LEFT_CHANL] = filter_output;

user_tx_buf[TAG] = DOUT_TAG;
user_tx_ready = 1;
};
}

Efekt Ping-pong

Ga

in

2

Gain

4

Out

L

+

+

Gain

1

In

L

+

+

Direct
Signal

Reverb
feedback

FIFO

Ou

t

R

+

+

In

R

+

+

Dir

ect

Sig

na

l

Rev

erb

feed

ba

ck

FIF

O

Gain

3

Ga

in

2

Gain

4

Out

L

+

+

Gain

1

In

L

+

+

Direct
Signal

Reverb
feedback

FIFO

Ou

t

R

+

+

In

R

+

+

Dir

ect

Sig

na

l

Rev

erb

feed

ba

ck

FIF

O

Gain

3

Koniec