基于AIS系統中2189M的硬件設計

AIS系統是海上移動VHF波段采用TDMA技術交換數據的一種避碰系統，是國際海事組織規定每條船只必須安裝的設備之一，產品開發基于國際海事組織頒布的ITU-R M1371協議。在開發中采用ADSP2189M作為其數據處理平臺，完成各種數據處理，轉換，時隙的劃分，網絡登陸和維護等算法，實現其大部分的主要功能。系統的模式如圖1所示。

由電臺在161.975MHz和162.025MHz的兩個頻點上接收GMSK信號，經GMSK調制解調芯片把模擬數據轉換成數字信號，數據流通過上位機完成對正確數據的判定，并且刪去數據段的起始、填充和結束位，把數據通過并行口發往DSP，DSP完成對接收到數據的處理與分析，建立整個海域的時隙表，完成TDMA的網絡登陸、維護，把相關的數據再以不同格式發送到不同的串口輸出，按照ITU-R M.1371協議，以ITDMA（增量時分多址）方式接入網絡，以SOTDMA（自控時分多址）方式連續運行，從而達到整個網絡的TDMA完整性。因此，信號處理單元在系統中處于重要的位置。

圖1 DSP與外部設備接口

ADSP2189M芯片

ADSP2189M芯片是一種定點DSP，其指令周期為13.3ns，運行速度可達75MIPS。處理器包括算術/邏輯單元（ALU），乘法/累加器（MAC）和桶狀移位器。存儲器采用哈佛結構，有48K的PRAM和32K的DRAM。兩個SPORT同步串口，一個定時器以及主機接口可以和主機處理器直接相連。DMA接口包括內部DMA接口（IDMA）和字節DMA接口（BDMA）。

AIS系統中2189M的硬件設計

部分電路如圖2所示。

·芯片外接33M的晶體，其內部自動倍頻到66M；

·一個同步串口SPORT與外部的MCU相連，引腳要接上拉電阻；

·把SPORT1設置成第二種工作模式，并用軟件把I/O口模擬UART，與MAX232芯片連接，數據送往簡易顯示；

·采用IDMA方式與MCU相連，16條并口線連接，啟動模式設置為IDMA方式，其4個MODEA~D設置分別為1，0，1，0；

·完成IDMA引導裝載的步驟如下；

PWD、EBR、BR、ERSET四個調試引腳必須外接上拉電阻；

最后寫PM（0X0000）的值，程序開始自動執行。

圖2 AIS系統的部分電路圖

圖3 串口接收時序圖

圖4 時隙劃分圖

ADSP2189M接口的軟件設計

Sport0的設置

采用同步串口與MCU通訊

DM（0X3FF6）—串口控制寄存器設置如表1所示。

表1中0~3：接收發送字長，我們定義為16位字長，設置為1111。6~7：幀同步信號電平，為0，高電平有效。8~9：幀同步信號源，為1，內部產生幀同步信號。

10~11：成幀方式，為1，第二成幀方式。12~13：幀同步，為0，發起通訊必須要幀同步信號，以后不再考慮幀同步信號。14:SCLK的產生方式，為1，內部產生串行時鐘。

DM（0X3FF5）—串口時鐘分頻系數寄存器dm（sclkdiv）

在ADSP2189芯片中，采樣率與分頻數之間的關系如下式F（sclk）=f（clkout）/（sclkdiv+1）/2

其中，F（sclk）表示運行時鐘，F（clkout）表示外接晶振的輸出時鐘，sclkdiv表示分頻數，即存儲器應該賦予的值。

當控制寄存器設置好以后，串口接收時序如圖3所示，接收到的數據放在接收緩存區，每接收完一組數據，寫一次接收標志位，主程序定期檢測標志位，當檢測到標志位變化時，調用接收處理子程序。

Sport1和timer的設置

由于DSP要輸出數據到簡易顯示，通過UART口相連接，因此把Sport1設置為第二種工作模式（如表2所示）。

DM（0X3FFF）—系統控制寄存器（如表3所示）。

表3中，12：SPORT0的使能，設置為1。11：SPORT1的使能，設置為1。10：SPOER1的功能選擇，設置為0。

用I/O口模擬UART，以9600波特率采樣，內部定時中斷產生速率為3×9600，在一個電平跳變中產生3次采樣，取中間的采樣值有效。

DM（0X3FFD）—定時周期寄存器

DM（0X3FFC）—定時計數寄存器

外接33M晶體，寄存器存放的數值為：

period=frequence×2/（3×9600）-1=2314

芯片以28800波特率產生中斷，每次中斷程序檢測UART的標志位，當標志位有變化時，每3次中斷設置一次I/O的輸出，直到發送數據結束。

部分代碼設置如下：

ax0 = 2314; 　　　//定時器設置

dm（0x3ffc） = ax0;

dm（0x3ffd） = ax0;

ax0 = 0;

dm（0x3ffb） = ax0;　　//控制寄存器的設置

ax0 = b#0001100000000000;

ax0=b#0111111000001111;

dm（0x3ff6）=ax0;　　//sport0設置

ax0=0x001f;

dm（0x3ff5）=ax0;　　//SCLKDIV0

mstat = 0x10;　　// 乘法器設置

ifc=b#0000000001100001;　　imask=b#0000100001;　　//中斷開啟

ena timer;

//開啟定時

主體軟件流程

系統采用自主式時分復用，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙（無論幀或時隙都是互不重疊的），每個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶。系統根據一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內只能按指定的時隙向對方發射信號（突發信號），在滿足定時和同步的條件下，基站可以在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不干擾。

在寄存器中劃分兩個信道的空間作為海域的時隙表，如圖4所示。

網絡登陸采用概率持續算法（當發現一個候選時間段時，臺站在0到100之間隨機選取一個概率值LME.RTP1，該值與一個0到10的概率LME.RTP2比較，如果LME.RTP1小于或等于LME.RTP2，則選擇這個時間段，反之，LME.RTP2加上一個概率增量與下一個候選時間段比較）。在2250個時間段上隨機選擇一個空閑時隙作為網絡的接入點，然后以ITDMA方式接入。這種方式是一種先報告先占用的形式，在當前發射的數據中指明下一個需要發送數據的時隙號，從而達到預先通知其它臺站自身所占用的時隙號，確定在60秒中需要占用的空間。在以后的連續階段，移動臺以SOTDMA方式完成網絡的維護和時隙的重新劃分。由于協議規定的數據格式中最大只能預知到7分鐘的占用情況，所以每隔7分鐘，需要在一定范圍內重新選擇一個新的空閑時隙發送，以次類推，一直以這種連續的狀態運行下去。

當速度發生改變的時候，系統重新以ITDMA的方式完成新的速率下的網絡登陸。