双ADSP-TS201S板开发及其多波束测深算法实现

论文摘要

多波束测深仪是一种高效率、高精度、高分辨率的海底地形测量设备,特别适合大面积的扫海测量作业。随着海洋开发的进展,人们对海底地形测绘精确度有着越来越高的要求。为进一步提升多波束测深系统的分辨率,可以采取增加波束形成的数量的方法,以及引入多子阵技术,相干技术等对测深算法加以改进。无论采用何种方式,都会增加算法的运算量,从而对系统的信号处理能力的要求随之提高。虽然数字信号处理芯片的功能也在提升,然而在某些时候,单DSP系统还是不能满足大运算量的计算和高速的实时信号处理的要求。在这种情况下,往往采用多片DSP并行处理或DSP-FPGA的架构的信号处理平台进行数据处理,从而可以使得处理速度大大提高。本设计涉及两个硬件工作平台：ADSP-TS201S EZ-KIT评估板和DSP-FPGA信号处理平台。在ADSP-TS201S EZ-KIT评估板上的工作重点是对ADSP-TS201S的开发应用,从而对该DSP的运算能力及双DSP并行处理能力进行评估,为将来研究多DSP的复杂拓扑结构奠定了一定的基础；在DSP-FPGA平台上的工作主要是基于多波束测深系统的各项指标要求,完成DSP端在该系统中的信号处理工作。具体来讲,本论文主要完成三方面的工作：首先,对ADI公司提供的ADSP-TS201S EZ-KIT评估板上的硬件资源进行开发：包括FLASH上电加载,外部存储器扩展及双DSP间的链路口通信等。第二,改进幅度检测的多波束测深算法（WMT算法）,并在评估板上应用单DSP和双DSP分别对WMT算法进行实。第三,根据小型化多波束测深系统研制需求,在其核心运算模块DSP-FPGA平台上移植评估板中已实现的技术,完成其中ADSP-TS201S器件的外部存储器扩展,DSP与FPGA间的总线通信及多波束测深算法等工作。通过小型化多波束测深系统在湖北清江水库湖上实际工作测试表明：系统的功能和性能指标均达到了要求,并且具有很高的稳定性,满足了信号处理的实时性要求。最后,论文总结了本设计的主要工作并指出了进一步研究探索的方向和构思。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的背景及意义
• 1.2 多波束测深系统的国内外动态及研究现状
• 1.3 DSP器件选择及多DSP级联技术
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 ADSP-TS201S EZ-KIT评估板的开发及应用
• 2.1 ADSP-TS201S及其评估板简介
• 2.1.1 ADSP-TS201S芯片介绍
• 2.1.2 ADSP-TS201S EZ-KIT评估板简介
• 2.2 ADSP-TS201S的FLASH加载方式实现
• 2.2.1 FLASH的引导程序设计
• 2.2.2 应用FLASH编辑器对FLASH程序烧写
• 2.3 ADSP-TS201S与SDRAM的DMA数据传输
• 2.3.1 对SDRAM编程配置
• 2.3.2 DSP与SDRAM的DMA数据传输
• 2.4 VisualDSP++核（VDK）简介
• 2.4.1 使用VDK开发应用程序的优点
• 2.4.2 基于VDK的DSP配置
• 2.4.3 VDK的分层结构
• 2.5 基于VDK的多处理器通信
• 2.5.1 ADSP-TS201S的差分链路口
• 2.5.2 基于VDK的消息传递机制
• 2.5.3 用于通信的设备驱动程序
• 2.5.4 应用线程与硬件设备的同步
• 2.5.5 通信性能测试
• 2.6 本章小结
• 第3章 WMT算法在ADSP-TS201S评估板并行实现
• 3.1 WMT算法的基本原理
• 3.1.1 多波束测深的基本原理
• 3.1.2 WMT算法原理
• 3.1.3 DFT波束形成方法
• 3.1.4 能量中心法的改进算法
• 3.2 WMT算法在单DSP上的实现
• 3.2.1 WMT算法在单DSP上实现
• 3.2.2 存储器优化配置后的算法实现
• 3.3 WMT算法在DSP上并行实现
• 3.3.1 并行处理技术简介
• 3.3.2 测深算法的并行实现
• 3.3.3 双DSP并行运算与单DSP运算的性能比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于DSP-FPGA平台的信号处理实现
• 4.1 系统的组成及各部分功能
• 4.2 DSP基于总线的通信
• 4.2.1 ADSP-TS201S外部端口的数据传输
• 4.2.2 DSP与FPGA的数据传输协议
• 4.2.3 DSP与FPGA总线通信的实现
• 4.3 基于DSP-FPGA平台的信号处理实现
• 4.3.1 多子阵海底检测法
• 4.3.2 数据缓冲区的建立
• 4.3.3 多波束测深算法的综合实现
• 4.3.4 系统状态及参数复位
• 4.4 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢