DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP 指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。

　　对目标进行检测、估计、跟踪是雷达与声纳应用的终目的，其任务是对接收信号进行一定的处理、提取特征、分析识别，以检测目标的存在与否，进而通过对信号的处理与运算估计出目标的方位、距离与速度，实现定位和跟踪。　　水声信号处理的主要目的 ,一是对接收信号通过一定的处理 ,进行特征提取与分析识别 ,进而对目标进行判断、分类 ;二是对信号的特征参数进行运算处理 ,给出目标的状态参量。目前普遍采用的方法有被动方式和主动方式。无论是被动声纳还是主动声纳 ,其信号处理均大量采用FFT技术。例如在被动声纳中进行功率谱分析并构成LOFAR图进行线谱检测和目标运动速度估计 ;在主动声纳中对CW回波信号进行FFT分析 ,并用于信号检测和目标运动速度及方位、距离的估计 ;在FM回波检测中用FFT和IFFT实现频域匹配滤波等。

　　近年来，相继出现了许多重要的目标检测及参数估计算法，如分裂波束测向算法、ARMA法、MUSIC法和ESPRIT法等DOA估计方法，以及LMS算法[7]等自适应信号处理方法。这些算法的实现，大多需要通过一些通用的数学运算以及矩阵运算，并采用如FFT、IFFT等快速算法，而这些运算均可方便地利用TMC2310器件来实现。这里将对TMC2310芯片应用于水下目标的检测与估计进行介绍。

　　1 TMC2310简介

　　TMC2310是美TRW公司生产的高速度、多功能、可编程的专用数字信号处理（DSP）器件，其使用灵活、操作方便、性价比高，可广泛应用于雷达、声纳、通讯及虚拟仪器等领域。

　　1.1 主要特点

　　·可自动或手动地实现浮点块的溢出调整

　　·具有流水线及管道操作两种寻址方式

　　·用户可编程窗函数功能

　　·具有片内系数存储器

　　·具有两个算术运算单元

　　·19bit的运算及输出位宽

　　1.2 主要功能

　　·可快速完成不加窗及加窗（实数窗或复数窗）的FFT及IFFT算法

　　·可同时构成两路并行的FIE滤波器（16~1024阶）

　　·可构成自适应FIR滤波器

　　·可进行实数、复数的乘及乘加运算

　　·可进行复数求模及阵列矢量的平方运算

　　1.3 结构与管脚

　　TMC2310由两个算术单元（AE0、AE1）、片内系数ROM、控制逻辑单元和外部接口电路五个主要部分构成，其逻辑框图见图1.每个算术单元包括一个乘法序列电路和乘-加算术逻辑电路块。该芯片采用了88引脚的PGA封装形式。

　　管脚定义如下：

　　VDDVSS   电源输入引脚，采用单一+5V供电

　　CLK        系统时钟输入引脚

　　读信号，低电平有效

　　写信号，低电平有效

　　SEMSEL     外部存储器选择信号输出引脚

　　SCEN       定标输出允许引脚

　　DONE       系统工作结束标志输出引脚

　　CMD0~CMD1 控制命令输入引脚

　　W0~W16    双功能数据总线，用于输入窗函数、 滤波器系数及输出定标器的移位指数和溢出

　　AD0~AD9   外部数据存储器地址总线

　　RG0~RG18  实部双向数据总线

　　IM0~IM18  虚部双向数据总线

　　1.4 配制寄存器

　　TMC2310片内有两个16bit的配制寄存器（CR1、CR2），用来对TMC2310进行编程设置，其主要用途如下：

　　CR1 用来设定芯片的处理功能、转换长度、输出格式及定标方式；

　　CR2 主要用来设定寻址方式和变换路数（1~64路）。

　　2 电路设计

　　由于TMC2310是可编程的专用DSP器件，我们用一片TMS320C25 DSP器件与之配合，采用主从结构、并行处理方式，加上外围共享存储器阵列对等组成处理模块。TMS320C25除对TMC2310进行编程及控制外，还以并行运算处理的方式完成一些后续处理及辅助运算（如数据抽取、积分等）。整个电路系统采用模块化设计，便于调试及扩展。信号处理模块原理框图如图2所示。

　　在图2中，TMC2310和TMS320C25之间设计了一个以乒乓方式工作的双口RAM阵列，其作用有四：（1）存放待处理的数据（实部数据放在REM块，虚部数据放在IMM块）；（2）存放TMC2310所需的系数或参数（放在WDM块）；（3）存放TMC2310的输出结果并作为TMC2310中间结果缓存；（4）构成TMS320C25的运算内存。为了便于构成系统及满足实时需要，用一片IDT7025双口RAM（8K×16）构成一个TMS320C25与外部共享的RAM区，以便实时地与外部进行数据交换和通讯。这个双口RAM区也以乒乓方式工作，以增强模块的宽容性。

　　电路的乒乓工作方式控制逻辑是由TMS320C25根据系统的节拍时序进行控制的。控制电路确保CAA12与CAB12互斥，CAL12与CAR12互斥。整个电路简单、紧凑、协调有序。由于采用了VLSI器件设计，电路设计大大简化，调试方便、功能强大、性能可靠、吞吐量大（完成1024点FFT的数据通过率为2.343M字/秒）。

　　3 软件设计

　　TMS320C25的主要任务有：（1）根据功能需要对TMC2310进行编程设置及控制管理；（2）与TMC2310进行数据交换；（3）完成部分处理运算（如：抽样、积分、数值及参量计算等）；（4）与系统进行通讯（如数据输入输出及功能、方式的设立等）。我们将这些内容分成不同的子程序按模块进行设计，既便于调试又易于功能扩展。

　　软件主要由一个主程序与若干个子程序模块组成。主要的模块有：TMC2310的设置与控制；与外部的通讯；数据的输出、数据加载、系数加载及十几个运算子模块。由于篇幅有限，以下仅给出主程序流程框图（见图3）。

　　将TMC2310应用于水下目标的检测与估计，具有速度快、功能强、可编程、易操作等特点。我们用其开发研制的信号处理模块，体积小、易扩展。组成的系统能在飞机、舰船等环境下可靠工作。几年来，经水池、湖及海上的多次试验和试用，证明其设计合理、应用成功，已投入小批量生产。此外还可用于雷达、通讯及虚拟仪器等许多领域，具有很好的应用前景。