《DSP技術及應用》精品課程第二章

1、1DSPDSP技術及應用技術及應用信息工程學通信工程系信息工程學通信工程系2第一章第一章 DSPDSP技術概述技術概述第二章第二章 DSPDSP芯片結構介紹芯片結構介紹 第三章第三章 DSPDSP指令系統(tǒng)及特點指令系統(tǒng)及特點 第四章第四章 DSPDSP軟件開發(fā)過程軟件開發(fā)過程 第五章第五章 匯編語言編程舉例匯編語言編程舉例 主要內容主要內容3第三節(jié)第三節(jié) DSPDSP芯片的選擇芯片的選擇第一節(jié)第一節(jié) DSPDSP系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述第四節(jié)第四節(jié) DSPDSP芯片的主要優(yōu)點與應用領域芯片的主要優(yōu)點與應用領域 第五節(jié)第五節(jié) DSPDSP應用系統(tǒng)的開發(fā)工具應用系統(tǒng)的開發(fā)工具第二節(jié)第二節(jié) DSPDSP芯片

2、技術的發(fā)展芯片技術的發(fā)展 4第一節(jié)第一節(jié) DSPDSP系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng)數(shù)字信號數(shù)字信號模擬信號模擬信號運算過程運算過程強調控制強調控制實時處理實時處理FPGA/CPLDDSP芯片模擬器件5一、一、DSPDSP系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點 1. 1. 精度高精度高模擬網(wǎng)絡元件模擬網(wǎng)絡元件（R R、L L、C C等）等）精度精度1010-3-3模擬網(wǎng)絡系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡系統(tǒng)難難數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)1717位字長位字長DSPDSP、D/AD/A精度精度1010-3-362.2.可靠性強可靠性強放大器放大器A放大器放大器B計算機計算機A計算機計算機BA、B結果結果可能不同可能不同A、

3、B結果結果果相同果相同只要誤差不超過只要誤差不超過0、1判決電平判決電平73.3.集成度高集成度高 DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)表面貼裝表面貼裝ASICASIC芯片芯片DSPDSPCPLDCPLDFPGAFPGA開發(fā)開發(fā)壓縮體積壓縮體積降低成本降低成本84. 4. 接口方便接口方便 以現(xiàn)代數(shù)字技術為基礎的系統(tǒng)或設備都是兼以現(xiàn)代數(shù)字技術為基礎的系統(tǒng)或設備都是兼容的，系統(tǒng)接口方便。容的，系統(tǒng)接口方便。5.5.靈活性好靈活性好 DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)DSPDSPCPLDCPLDFPGAFPGA可編程可編程可編程可編程可編程可編程不同的功能不同的功能硬件更簡單硬件更簡單DSPDSP系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)周期大大縮短周

4、期大大縮短96.6.保密性好保密性好 DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)DSPDSPCPLDCPLDFPGAFPGA可編可編程程可編可編程程保密保密性好性好隱蔽內部總線地址變化隱蔽內部總線地址變化做成做成ASICASIC保密保密性能性能幾乎幾乎無懈無懈可擊可擊107.7.時分復用時分復用 信號的采樣信號的采樣頻率與頻率與DSPDSP系統(tǒng)的運算系統(tǒng)的運算速度相比較速度相比較低的場合。低的場合。系統(tǒng)系統(tǒng)n n信道信道1 1信道信道2 2信道信道n n實時性要求不實時性要求不高的場合。高的場合。 應應用用場場合合DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)2 2系統(tǒng)系統(tǒng)1 111二、二、DSPDSP系統(tǒng)的設計思路系統(tǒng)的設計思路輸

5、輸入入 抗混疊濾波器A/DD/ADSP芯片平滑濾波器輸輸出出典型的典型的DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)121.1.總體方案設計總體方案設計 DSP應用應用定義系統(tǒng)性能指標定義系統(tǒng)性能指標選擇選擇DSP芯片芯片軟件編程軟件編程硬件設計硬件設計軟件調試軟件調試硬件調試硬件調試系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試DSPDSP系統(tǒng)設計前：系統(tǒng)設計前：明確設計任務明確設計任務 給出設計任務書給出設計任務書 功能描述準確功能描述準確 功能描述清楚功能描述清楚 描述的方式描述的方式 人工語言人工語言 流程圖流程圖 算法描述算法描述 將設計任務書轉化為量化的技術指標。將設計任務書轉化為量化的技術指標。 13技術指標的確定技

6、術指標的確定 系統(tǒng)采樣系統(tǒng)采樣頻率頻率 信號信號頻率頻率 最復雜的算法最復雜的算法所需最大時間所需最大時間 對實時程對實時程度的要求度的要求 片內、外片內、外RAMRAM的容量的容量 數(shù)量及程序數(shù)量及程序的長短的長短1616、3232位位定點、浮點運算定點、浮點運算 系統(tǒng)所要求的精度系統(tǒng)所要求的精度輸入輸出輸入輸出端口要求端口要求計算、控制計算、控制選定選定DSPDSP芯片芯片型號型號 14成本成本供貨能力供貨能力技術支持技術支持開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)體積體積功耗功耗工作環(huán)境溫度工作環(huán)境溫度DSPDSPA/DA/DD/AD/ARAMRAM性能指標性能指標其它因素的考慮其它因素的考慮15總體設計總體設

7、計 算法算法仿真仿真高級語言高級語言MatlabMatlab最佳算法最佳算法初步參數(shù)初步參數(shù)軟件軟件系統(tǒng)初步分工系統(tǒng)初步分工硬件硬件162. 2. 軟件設計階段軟件設計階段 源程序源程序匯編器匯編匯編器匯編目標文件目標文件鏈接器連接鏈接器連接 調試器調試調試器調試代碼轉換代碼轉換C C語言語言匯編語言匯編語言混合語言混合語言代碼寫入代碼寫入EEPROMEEPROM可執(zhí)行文件可執(zhí)行文件軟件仿真軟件仿真反反復復 173. 3. 硬件設計階段硬件設計階段 硬件實現(xiàn)方案硬件實現(xiàn)方案確定最優(yōu)硬件實現(xiàn)方案確定最優(yōu)硬件實現(xiàn)方案畫出硬件系統(tǒng)框圖畫出硬件系統(tǒng)框圖性能指標性能指標工期工期成本等成本等器件的選型器件

8、的選型DSPDSP芯片、芯片、A/DA/DD/AD/A、內存、電、內存、電源、邏輯控制、源、邏輯控制、通信、人機接通信、人機接口、總線等口、總線等18DSPDSP芯片芯片 根據(jù)是用于控制還是計根據(jù)是用于控制還是計算目的，選擇：算目的，選擇：不同的廠商不同的廠商不同系列不同系列不同工作頻率不同工作頻率不同工作電壓不同工作電壓不同工作溫度不同工作溫度采用定點或浮點型芯片采用定點或浮點型芯片 器件的選型原則器件的選型原則19A/DA/D變換變換 根據(jù)采樣頻率、精度根據(jù)采樣頻率、精度：確定確定A/DA/D型號型號是否要求片上自帶采樣是否要求片上自帶采樣保持器保持器多路器多路器基準電源等。基準電源等。

9、器件的選型原則器件的選型原則D/AD/A變換變換根據(jù)信號頻率、精度根據(jù)信號頻率、精度： 是否要求基準電源是否要求基準電源多路器多路器輸出運放等。輸出運放等。 20存儲器存儲器RAMRAM、EPROMEPROM（或（或EEPROMEEPROM、Flash MemoryFlash Memory），主要考慮：），主要考慮：工作頻率工作頻率內存容量位長（內存容量位長（8 8位位/16/16位位/32/32位）位）接口方式（串行接口方式（串行/ /并行）、并行）、工作電壓（工作電壓（5V/3.3V5V/3.3V或其他）?；蚱渌?。器件的選型原則器件的選型原則21邏輯控制邏輯控制先確定所用器件，如先確定所

10、用器件，如PLDPLD、EPLDEPLD或或FPGAFPGA；再根據(jù)自己的特長和公司芯片再根據(jù)自己的特長和公司芯片的特點決定采用哪家公司的哪一的特點決定采用哪家公司的哪一系列產品；系列產品；最后根據(jù)最后根據(jù)DSPDSP芯片的頻率決定芯片的頻率決定芯片的工作頻率，并以此來確定芯片的工作頻率，并以此來確定使用的芯片。使用的芯片。 器件的選型原則器件的選型原則22通信接口通信接口根據(jù)與其他根據(jù)與其他系統(tǒng)通信的速系統(tǒng)通信的速率決定采用的率決定采用的通信方式：通信方式：串口串口并口并口總線總線器件的選型原則器件的選型原則23總線選擇總線選擇根據(jù)使用場合、數(shù)據(jù)根據(jù)使用場合、數(shù)據(jù)傳輸速率的高低（總線傳輸速率

11、的高低（總線寬度、頻率高低、同步寬度、頻率高低、同步方式等）選擇：方式等）選擇：PCIPCIISAISA現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線器件的選型原則器件的選型原則24人機接口人機接口可以通過單片機構成可以通過單片機構成通信，也可在通信，也可在DSPDSP的基的基礎上直接構成。礎上直接構成。鍵盤鍵盤顯示器等顯示器等 器件的選型原則器件的選型原則電源選取電源選取主要考慮電壓的高低主要考慮電壓的高低和電壓的大小。和電壓的大小。電壓高低要匹配電壓高低要匹配電流容量要足夠電流容量要足夠25必須清楚了解器件的使用和系統(tǒng)的開發(fā)，必須清楚了解器件的使用和系統(tǒng)的開發(fā)，對于關鍵環(huán)節(jié)要做仿真。對于關鍵環(huán)節(jié)要做仿真。 原理圖設計原

12、理圖設計 PCBPCB板設計板設計 要求要求DSPDSP系統(tǒng)設計人員既要熟悉系統(tǒng)工作系統(tǒng)設計人員既要熟悉系統(tǒng)工作原理，又要清楚布線工藝和系統(tǒng)結構設計。原理，又要清楚布線工藝和系統(tǒng)結構設計。 軟、硬件調試軟、硬件調試 借助仿真工具或開發(fā)工具進行軟、硬件仿借助仿真工具或開發(fā)工具進行軟、硬件仿真調試時，往往要反復多次調試。真調試時，往往要反復多次調試。264. 4. 系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成 系統(tǒng)集成：系統(tǒng)集成：是將軟硬件結合起來，并是將軟硬件結合起來，并組合成樣機，在實際系統(tǒng)中運行，進行組合成樣機，在實際系統(tǒng)中運行，進行系統(tǒng)測試。系統(tǒng)測試。如果系統(tǒng)測試結果符合設計指標，則如果系統(tǒng)測試結果符合設計指標，則樣

13、機設計完畢。樣機設計完畢。但由于在軟硬件調試階段調試的環(huán)境但由于在軟硬件調試階段調試的環(huán)境是模擬的，因此在系統(tǒng)測試時往往會出是模擬的，因此在系統(tǒng)測試時往往會出現(xiàn)一些問題，應找出原因，不斷改進?，F(xiàn)一些問題，應找出原因，不斷改進。 27第二節(jié)第二節(jié) DSPDSP芯片技術的發(fā)展芯片技術的發(fā)展19781978年，年，AMIAMI公司公司生產的生產的S2811S2811；19791979年美國年美國IntelIntel公司公司的商用可編程器件的商用可編程器件29202920；這兩種是這兩種是DSPDSP芯片的一個主要里程碑。芯片的一個主要里程碑。特點：沒有現(xiàn)代特點：沒有現(xiàn)代DSPDSP芯片所必須有的單周

14、期芯片所必須有的單周期乘法器。乘法器。19801980年，日本年，日本NECNEC公司公司推出推出PD7720PD7720。特點：是第一片具有乘法器的商用特點：是第一片具有乘法器的商用DSPDSP芯片。芯片。2819821982年，美國年，美國德州儀器公司德州儀器公司（Texas Texas InstrumentsTIInstrumentsTI）推出第一代）推出第一代DSP DSP TMS320010TMS320010及其系列產品，目前已發(fā)展到及其系列產品，目前已發(fā)展到第六代。第六代。TITI公司的系列公司的系列DSPDSP產品已經成為了當今產品已經成為了當今世界最有影響的世界最有影響的DSP

15、DSP芯片，其芯片，其DSPDSP市場占有市場占有量占全世界份額的近量占全世界份額的近50%50%，成為世界上最，成為世界上最大的大的DSPDSP芯片供應商。芯片供應商。2919821982年，年，日本東芝公司日本東芝公司推出浮點推出浮點DSPDSP芯片。芯片。 19841984年，年，AT&TAT&T公司公司推出推出DSP32DSP32，是較早的，是較早的具備較高性能的浮點具備較高性能的浮點DSPDSP芯片。芯片。19861986年，年，MotorolaMotorola公司公司推出了定點推出了定點DSP DSP MC56001MC56001。19901990年，推出了與年，推出了與IEEEI

16、EEE浮點格式浮點格式兼容的浮點兼容的浮點DSPDSP芯片芯片MC96002MC96002。美國美國模擬器件公司模擬器件公司（Analog DevicesADAnalog DevicesAD）相繼推出了定點相繼推出了定點DSPDSP芯片芯片ADSP21xxADSP21xx系列，浮系列，浮點點DSPDSP芯片芯片ADSP210 xxADSP210 xx系列。系列。302020多年來，多年來，DSPDSP芯片得到了迅猛芯片得到了迅猛發(fā)展，主要體現(xiàn)在如下方面：發(fā)展，主要體現(xiàn)在如下方面：1. 1. 在生產工藝上在生產工藝上 采用采用1m1m以下的以下的CMOSCMOS制制造工藝技術和砷化鎵集成電路制造

17、技術，造工藝技術和砷化鎵集成電路制造技術，使集成度更高，功耗更低，從而使高頻、使集成度更高，功耗更低，從而使高頻、高速的高速的DSPDSP處理器得到更大的發(fā)展。處理器得到更大的發(fā)展。2.2.基本結構上基本結構上 以以RISCRISC結構、單片并行計結構、單片并行計算機結構為主導，脈沖陣列和數(shù)據(jù)流陣列算機結構為主導，脈沖陣列和數(shù)據(jù)流陣列也將成為并行處理器的主要體系結構。設也將成為并行處理器的主要體系結構。設計、測試簡單，易模塊化，易于實現(xiàn)流水計、測試簡單，易模塊化，易于實現(xiàn)流水線操作和多處理器結構。線操作和多處理器結構。 313. 3. 模擬模擬/ /數(shù)字混合上數(shù)字混合上 集濾波、集濾波、A/D

18、A/D、D/AD/A及及DSPDSP處理于一體，將成為處理于一體，將成為DSPDSP發(fā)展的主要方向，發(fā)展的主要方向，是是DSPDSP廠商的主要增長點。廠商的主要增長點。4. DSP4. DSP技術與技術與ASICASIC技術融合上技術融合上 在在DSPDSP芯片中芯片中嵌入嵌入ASICASIC模塊，進一步擴大模塊，進一步擴大DSPDSP邏輯控制功能。邏輯控制功能。5. 5. 代碼兼容性上代碼兼容性上 將推出更新的、更強大的將推出更新的、更強大的優(yōu)化優(yōu)化C C編譯器來適應不同型號的編譯器來適應不同型號的DSPDSP代碼生成，代碼生成，各種各種DSPDSP的開發(fā)、加速、并行處理插件板也將的開發(fā)、加

19、速、并行處理插件板也將大量涌現(xiàn)。大量涌現(xiàn)。32第三節(jié)第三節(jié) DSPDSP芯片的選擇芯片的選擇設計設計DSPDSP應用系統(tǒng)，選擇應用系統(tǒng)，選擇DSPDSP芯片是非常芯片是非常重要的一個環(huán)節(jié)。重要的一個環(huán)節(jié)。只有選定了只有選定了DSPDSP芯片才能進一步設計其外芯片才能進一步設計其外圍電路及系統(tǒng)的其它電路。圍電路及系統(tǒng)的其它電路。選擇原則：選擇原則：根據(jù)實際應用系統(tǒng)需要、應根據(jù)實際應用系統(tǒng)需要、應用場合、目的，用場合、目的，選擇滿足所需功能、成本低、選擇滿足所需功能、成本低、耗電小、使用方便、有技術支持、升級方便耗電小、使用方便、有技術支持、升級方便的芯片。的芯片。331 1TITI公司的公司的D

20、SPDSP芯片芯片 TITI公司常用的公司常用的DSPDSP芯片可以歸納為三大系列：芯片可以歸納為三大系列：（1 1）TMS320C2000TMS320C2000系列系列，稱為，稱為DSPDSP控制器，集控制器，集成了成了flashflash存儲器、高速存儲器、高速A/DA/D轉換器以及可靠的轉換器以及可靠的CANCAN模塊及數(shù)字馬達控制的外圍模塊，適用于三相電動模塊及數(shù)字馬達控制的外圍模塊，適用于三相電動機、變頻器等高速實時工控產品等需要數(shù)字化的控機、變頻器等高速實時工控產品等需要數(shù)字化的控制領域。制領域。（2 2）TMS320C5000TMS320C5000系列系列，這是，這是1616位定

21、點位定點DSPDSP。主要用于通信領域，如主要用于通信領域，如IPIP電話機和電話機和IPIP電話網(wǎng)關、數(shù)電話網(wǎng)關、數(shù)字式助聽器、便攜式聲音字式助聽器、便攜式聲音/ /數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)/ /視頻產品、調制解視頻產品、調制解調器、手機和移動電話基站、語音服務器、數(shù)字無調器、手機和移動電話基站、語音服務器、數(shù)字無線電、小型辦公室和家庭辦公室的語音和數(shù)據(jù)系統(tǒng)。線電、小型辦公室和家庭辦公室的語音和數(shù)據(jù)系統(tǒng)。一、主要的一、主要的DSPDSP芯片種類芯片種類34（3 3）TMS320C6000TMS320C6000系列系列DSPDSP 采用新的超采用新的超長指令字結構設計芯片。其中長指令字結構設計芯片。其中200

22、02000年以后推年以后推出的出的C64xC64x，在時鐘頻率為，在時鐘頻率為1.1GHz1.1GHz時，可達到時，可達到8800MIPS8800MIPS以上，即每秒執(zhí)行以上，即每秒執(zhí)行9090億條指令。其億條指令。其主要應用領域為：主要應用領域為：1 1）數(shù)字通信）數(shù)字通信 完成完成FFTFFT、信道和噪聲估、信道和噪聲估計、信道糾錯、干擾估計和檢測等。計、信道糾錯、干擾估計和檢測等。2 2）圖像處理）圖像處理 完成圖像壓縮、圖像傳輸、完成圖像壓縮、圖像傳輸、模式及光學特性識別、加密模式及光學特性識別、加密/ /解密、圖像增解密、圖像增強等。強等。352 2ADAD公司的公司的DSPDSP芯

23、片芯片 特點：系統(tǒng)時鐘一般不經分頻直接使用。特點：系統(tǒng)時鐘一般不經分頻直接使用。定點定點DSPDSP芯片的程序字長為芯片的程序字長為2424位，數(shù)據(jù)字位，數(shù)據(jù)字長為長為1616位。位。一般具有一般具有2 2個串行口、個串行口、1 1個內部定個內部定時器和時器和3 3個以上的外部中斷源，此外還提供個以上的外部中斷源，此外還提供8 8位位EPROMEPROM程序引導方式。程序引導方式。浮點浮點DSPDSP芯片，程序存儲器為芯片，程序存儲器為4848位，數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)存儲器為存儲器為4040位，位，支持支持3232位單精度和位單精度和4040位擴展位擴展精度的精度的IEEEIEEE浮點格式，內部具有浮

24、點格式，內部具有32324848位的位的程序程序CacheCache，有，有3 3至至4 4個外部中斷源。個外部中斷源。36AD的的BLACKFIN ADSP-21535373 3AT&TAT&T公司的公司的DSPDSP芯片芯片 定點定點DSPDSP芯片芯片的程序和數(shù)據(jù)字長均為的程序和數(shù)據(jù)字長均為1616位，位，有有2 2個精度為個精度為3636位的累加器，具有位的累加器，具有1 1個深度為個深度為1515字的指令字的指令CacheCache，片內具有，片內具有2K2K字的程序字的程序ROMROM和和512512字的數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)RAMRAM。 浮點浮點DSPDSP芯片芯片，80/100ns80

25、/100ns的指令周期，片的指令周期，片內具有內具有3 3個個512512字的字的RAMRAM塊，或塊，或2 2個個512512字的字的RAMRAM塊加塊加1 1個個4K4K字的字的ROMROM塊?？梢詫ぶ穳K?？梢詫ぶ?M4M字的外部字的外部存儲器。具有存儲器。具有4 4個個4040位精度的累加器和位精度的累加器和2222個個通用寄存器。通用寄存器。38LUCENT用用STARCORE開發(fā)的新開發(fā)的新DSP394 4MotorolaMotorola公司的公司的DSPDSP芯片芯片定點定點DSPDSP芯片芯片程序和數(shù)據(jù)字長為程序和數(shù)據(jù)字長為2424位，有位，有2 2個精度為個精度為3636位的累

26、加器。位的累加器。 浮點浮點DSPDSP芯片芯片，累加器精度達，累加器精度達9696位，可位，可支持雙精度浮點數(shù)，該芯片的指令周期為支持雙精度浮點數(shù)，該芯片的指令周期為50/60/74ns50/60/74ns。內部具有。內部具有1010個個9696位或位或3232位基于位基于寄存器的累加器。寄存器的累加器。適合于自適應濾波的專用定點適合于自適應濾波的專用定點DSPDSP芯片，芯片，程序字長和數(shù)據(jù)字長分別為程序字長和數(shù)據(jù)字長分別為2424位和位和1616位，累位，累加器精度為加器精度為4040位。位。40M MSemiconductor Products Sector1.55 of CORE +

27、 DSPCORE + DSPDSP56652 DSP56652 - - DUAL CORE INTEGRATEDDUAL CORE INTEGRATEDCELLULAR BASEBAND PROCESSORCELLULAR BASEBAND PROCESSORDSPDebugBasebandSerial PortAudioSerial PortSmartcardInterfaceExternalBusInterfaceDSP/MCUInterface1024 x 16PRAM512 x 24Clocks/PLLMCORERISCMCU coreMCORERISCMCU coreCDebugJT

28、AGUARTMUXRAM512 x 32ROM4K x 32KeypadInterfaceGPTTDMATimerData RAM13k x 16Timer/PITWatchdogQSPISerial PortData ROM20k x 16PROM48K x 2456600DSP core56600DSP coreTarget Application (目目標標應應用用) Digital Communications(數(shù)數(shù)字字通通信信)Dual Cores (雙雙核核心心) M56600 16-bit DSP core M200 32-bit RISC coreVoltage (電電源源電電

29、壓壓) 2.0V +/- 0.2VFrequency (工工作作頻頻率率) DC-60Mhz DSP DC-20Mhz MCOREPower Dissipation (功功耗耗) 0.9 mW/MHz DSP 0.28 mW/MHz MCORETemperature (溫溫度度范范圍圍) -40 to 85C (Industrial)Packaging (封封裝裝形形式式) 196-pin PBGATechnology (工工藝藝) 0.32 (1Q98)990407415 5其他公司其他公司NECNEC公司的公司的PD77C25PD77C25、PD77220PD77220定點定點DSPDSP

30、芯片和芯片和PD77240PD77240浮點浮點DSPDSP芯片等。芯片等。LUCENTLUCENT的的DSP1600DSP1600等，等，INTELINTEL也有自己的也有自己的DSPDSP產品。產品。 INTEL&AD 的新的新DSP CORE421 1DSPDSP芯片的運算速度芯片的運算速度 MACMAC時間：時間：一次乘法和一次加法的時間。大部一次乘法和一次加法的時間。大部分分DSPDSP芯片可在一個指令周期內完成一次乘法和一芯片可在一個指令周期內完成一次乘法和一次加法操作。次加法操作。FFTFFT執(zhí)行時間：執(zhí)行時間：運行一個運行一個N N點點FFTFFT程序所需時間。程序所需時間。由

31、于由于FFTFFT運算在數(shù)字信號處理中很有代表性，因此運算在數(shù)字信號處理中很有代表性，因此FFTFFT運算時間常作為衡量運算時間常作為衡量DSPDSP芯片運算能力的一個指芯片運算能力的一個指標。標。MIPSMIPS：每秒執(zhí)行百萬條指令。每秒執(zhí)行百萬條指令。MOPSMOPS：每秒執(zhí)行百萬次操作。每秒執(zhí)行百萬次操作。MFLOPSMFLOPS：每秒執(zhí)行百萬次浮點操作。每秒執(zhí)行百萬次浮點操作。BOPSBOPS：每秒執(zhí)行十億次操作。每秒執(zhí)行十億次操作。二、選擇芯片考慮的因素二、選擇芯片考慮的因素432 2DSPDSP芯片的價格芯片的價格 如果采用價格昂貴的如果采用價格昂貴的DSPDSP芯片，即使性能再芯

32、片，即使性能再好，其應用范圍也受到一定限制，尤其是民好，其應用范圍也受到一定限制，尤其是民用產品。用產品。 3 3DSPDSP芯片的硬件資源芯片的硬件資源 不同不同DSPDSP芯片所提供的硬件資源不同，如片芯片所提供的硬件資源不同，如片內內RAMRAM、ROMROM的數(shù)量，外部可擴展的程序和數(shù)的數(shù)量，外部可擴展的程序和數(shù)據(jù)空間，總線接口、據(jù)空間，總線接口、I/OI/O接口等。接口等。 4 4DSPDSP芯片的運算精度芯片的運算精度 一般的定點一般的定點DSPDSP芯片字長為芯片字長為1616位，少數(shù)位，少數(shù)2424位。浮點芯片的字長一般為位。浮點芯片的字長一般為3232位，累加器為位，累加器為

33、4040位。位。445 5DSPDSP芯片的開發(fā)工具芯片的開發(fā)工具 在在DSPDSP系統(tǒng)的開發(fā)過程中，如果沒有開系統(tǒng)的開發(fā)過程中，如果沒有開發(fā)工具的支持，要想開發(fā)一個復雜的發(fā)工具的支持，要想開發(fā)一個復雜的DSPDSP系統(tǒng)幾乎是不可能的。功能強大的開發(fā)工系統(tǒng)幾乎是不可能的。功能強大的開發(fā)工具，可使開發(fā)時間大大縮短。具，可使開發(fā)時間大大縮短。6 6DSPDSP芯片的功耗芯片的功耗 便攜式的便攜式的DSPDSP設備、手持設備、野外應設備、手持設備、野外應用的用的DSPDSP設備等對功耗有特殊的要求。設備等對功耗有特殊的要求。7 7其他因素其他因素 除了上述因素外，還要考慮到封裝形除了上述因素外，還要

34、考慮到封裝形式、質量標準、供貨情況、生命周期等。式、質量標準、供貨情況、生命周期等。45一般地講：一般地講：定點定點DSPDSP芯片的價格較便宜，功耗較低，芯片的價格較便宜，功耗較低，但運算精度稍低。但運算精度稍低。浮點浮點DSPDSP芯片的優(yōu)點是運算精度高，用芯片的優(yōu)點是運算精度高，用C C語言編程調試方便，但價格稍高，功耗較大。語言編程調試方便，但價格稍高，功耗較大。DSPDSP應用系統(tǒng)的運算量是確定選用應用系統(tǒng)的運算量是確定選用DSPDSP芯芯片處理能力的基礎。運算量小，則可選用處片處理能力的基礎。運算量小，則可選用處理能力不是很強的理能力不是很強的DSPDSP芯片，降低系統(tǒng)成本。芯片，

35、降低系統(tǒng)成本。如果單片如果單片DSPDSP芯片達不到要求，則需選用芯片達不到要求，則需選用多個多個DSPDSP芯片并行處理。芯片并行處理。46第四節(jié)第四節(jié) DSPDSP芯片的芯片的主要優(yōu)點與應用領域主要優(yōu)點與應用領域 一、一、 DSPDSP芯片的優(yōu)點芯片的優(yōu)點 1 1哈佛結構哈佛結構2 2多總線結構和多處理單元多總線結構和多處理單元 3. 3. 流水線技術流水線技術4 4特殊的特殊的DSPDSP指令指令5 5指令周期短指令周期短 6. 6. 運算精度高運算精度高 7. 7. 硬件配置強硬件配置強8. 8. 耗電省耗電省 47二、二、DSPDSP芯片的主要應用領域芯片的主要應用領域 據(jù)預測，據(jù)預

36、測，2007年年MPU/MCU/DSP總計銷售額總計銷售額達到達到564億美元，預計億美元，預計2011年達到年達到845億美元億美元規(guī)模規(guī)模 。2007年年MCU單元出貨量預計大幅增長單元出貨量預計大幅增長21%，銷售收入將達銷售收入將達140億美元，比億美元，比2006年的年的124億億美元增加美元增加13%。2008年，預計年，預計MCU銷售將再銷售將再次增長次增長13%，達到，達到158億美元。數(shù)字信號處億美元。數(shù)字信號處理器，預計年增長率為理器，預計年增長率為9%，DSP銷售額為銷售額為79億美元，預計億美元，預計2008年年DSP市場規(guī)模達到市場規(guī)模達到89億億美元，增長率達到美元

37、，增長率達到13%。484950二、二、DSPDSP芯片的主要應用領域芯片的主要應用領域 目前目前DSPDSP的應用主要包括如下方面：的應用主要包括如下方面： （1 1）信號處理）信號處理 如數(shù)字濾波、自適應如數(shù)字濾波、自適應濾波、快速傅里葉變換、希爾伯特變換、濾波、快速傅里葉變換、希爾伯特變換、小波變換、相關運算、譜分析、卷積、小波變換、相關運算、譜分析、卷積、模式匹配、加窗、波形產生等。模式匹配、加窗、波形產生等。51（2 2）通信）通信 如調制解調器、自適應均如調制解調器、自適應均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復用、傳真、擴頻通信、糾錯、多路復用、

38、傳真、擴頻通信、糾錯編碼、可視電話、個人通信系統(tǒng)、移編碼、可視電話、個人通信系統(tǒng)、移動通信、個人數(shù)字助手（動通信、個人數(shù)字助手（PDAPDA）、）、X.25X.25分組交換開關等。分組交換開關等。（3 3）語音）語音 如語音編碼、語音合成、如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨認、語音識別、語音增強、說話人辨認、說話人確認、語音郵件、語音存儲、說話人確認、語音郵件、語音存儲、揚聲器檢驗、文本轉語音等。揚聲器檢驗、文本轉語音等。52消費電子正在全面數(shù)字化，現(xiàn)在音頻廣消費電子正在全面數(shù)字化，現(xiàn)在音頻廣播，電視廣播也在向數(shù)字化邁進，播，電視廣播也在向數(shù)字化邁進，HDTV接收機、接收機、S

39、DTV電視機、機頂盒及數(shù)字廣電視機、機頂盒及數(shù)字廣播收音機等已經或都將進入市場。播收音機等已經或都將進入市場。MP3播播放機方興未艾。在國外，電子產品約占整放機方興未艾。在國外，電子產品約占整車費用的車費用的30%，在中國目前只占到整車費，在中國目前只占到整車費用的用的15%-20%。汽車電子包括汽車上的娛。汽車電子包括汽車上的娛樂裝置，遠程信息處理和自動控制裝置，樂裝置，遠程信息處理和自動控制裝置，這些設備都離不開這些設備都離不開DSP。 53（4 4）軍事）軍事 如保密通信、雷達處理、如保密通信、雷達處理、聲納處理、圖像處理、射頻調制解調聲納處理、圖像處理、射頻調制解調、導航、導彈制導等。

40、、導航、導彈制導等。（5 5）圖形與圖像）圖形與圖像 如二維和三維圖形如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、動畫與數(shù)字地圖、機器人視覺、模式動畫與數(shù)字地圖、機器人視覺、模式識別、工作站等。識別、工作站等。（6 6）儀器儀表）儀器儀表 如頻譜分析、函數(shù)發(fā)如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)、地震處理、數(shù)字濾波、生、鎖相環(huán)、地震處理、數(shù)字濾波、模式匹配、暫態(tài)分析等。模式匹配、暫態(tài)分析等。54（7 7）自動控制）自動控制 如引擎控制、聲控、機如引擎控制、聲控、機器人控制、磁盤控制器、激光打印機控制器人控制、磁盤控制器、激光打印機控制、電動機控制等。、電動機控制等。（

41、8 8）醫(yī)療）醫(yī)療 助聽器、超聲設備、診斷工具助聽器、超聲設備、診斷工具、病人監(jiān)護、胎兒監(jiān)控、修復手術等。、病人監(jiān)護、胎兒監(jiān)控、修復手術等。（9 9）家用電器）家用電器 如高保真音響、音樂合如高保真音響、音樂合成、音調控制、玩具與游戲、數(shù)字電話與成、音調控制、玩具與游戲、數(shù)字電話與電視、電動工具、固態(tài)應答機等。電視、電動工具、固態(tài)應答機等。（1010）汽車）汽車 如自適應駕駛控制、防滑制如自適應駕駛控制、防滑制動器、發(fā)動機控制、導航及全球定位、振動器、發(fā)動機控制、導航及全球定位、振動分析、防撞雷達等。動分析、防撞雷達等。55DSP產業(yè)鏈產業(yè)鏈 DSP的發(fā)展己有的發(fā)展己有25年歷史了，年歷史了，

42、DSP芯片己芯片己達到相當高的水平，現(xiàn)在國際上已形成包括達到相當高的水平，現(xiàn)在國際上已形成包括DSP芯片設計、制造，芯片設計、制造，DSP開發(fā)工具研制生產、開發(fā)工具研制生產、應用和咨詢共同組成的產業(yè)鏈。應用和咨詢共同組成的產業(yè)鏈。全球有全球有5萬多客戶選用萬多客戶選用TI定制的軟件開發(fā)環(huán)定制的軟件開發(fā)環(huán)境，使他們能非常容易地將境，使他們能非常容易地將DSP結合到他們的結合到他們的系統(tǒng)中去。圍繞系統(tǒng)中去。圍繞DSP周邊的業(yè)務就由許許多多周邊的業(yè)務就由許許多多的稱為第三方的稱為第三方(T hird Party ) 的小公司承擔，的小公司承擔，TI的的 Third Party 有有650多家公司，他

43、們生產多家公司，他們生產數(shù)千種基于數(shù)千種基于DSP的產品。的產品。56DSP產業(yè)鏈產業(yè)鏈圍繞圍繞DSP芯片產業(yè)化可以成立公司的業(yè)務很多，芯片產業(yè)化可以成立公司的業(yè)務很多，概括起來有以下一些：概括起來有以下一些：DSP開發(fā)工具：開發(fā)工具：如各種仿真軟件、調試軟件、硬如各種仿真軟件、調試軟件、硬件仿真器、評估板、初學者實驗套件、教學套件等。件仿真器、評估板、初學者實驗套件、教學套件等。DSP應用軟件：應用軟件：符合各種國際和區(qū)域性標準的語符合各種國際和區(qū)域性標準的語音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)通信等音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)通信等DSP軟件。例如不少公軟件。例如不少公司從事司從事 ITU - T G.系列語音壓

44、縮編碼標準的系列語音壓縮編碼標準的DSP編程，編程，如如 G.711 、 G.722 、 G.726 、 G.728 、 G.723 、 G.729 等。音頻編碼有等。音頻編碼有MPEG1，2，4的的MP3、AAC， Dolb y 的的AC-3等。圖像編碼有等。圖像編碼有JPEG、J PEG2000 、 H.261 、 H.263 、 H.264 。數(shù)據(jù)通信，如各種傳輸速。數(shù)據(jù)通信，如各種傳輸速率的率的 Modem 、xDSL、 Cable Modem ，回聲抵消、，回聲抵消、DTMF等都有很大的市場。等都有很大的市場。 57DSP產業(yè)鏈產業(yè)鏈DSP電路板卡電路板卡：在實際應用中需要專門的：在

45、實際應用中需要專門的DSP硬硬件電路板卡，利用這些板卡可以進行二次應用開發(fā)。件電路板卡，利用這些板卡可以進行二次應用開發(fā)。例如很多語音信箱供應商就是購買例如很多語音信箱供應商就是購買DSP語音壓縮卡做語音壓縮卡做的產品，很多為廣播電臺提供音頻工作站的供應商就的產品，很多為廣播電臺提供音頻工作站的供應商就要購買要購買DSP音頻壓縮卡，如做視頻監(jiān)控系統(tǒng)的就必須音頻壓縮卡，如做視頻監(jiān)控系統(tǒng)的就必須購買購買DSP圖像壓縮卡等等。圖像壓縮卡等等。DSP應用系統(tǒng)開發(fā)：應用系統(tǒng)開發(fā)：GSM手機、手機、MP3播放機、播放機、數(shù)碼相機、空調、無線局域網(wǎng)、藍牙、數(shù)碼相機、空調、無線局域網(wǎng)、藍牙、PDA等。等。DS

46、P咨詢：咨詢：國外有一些國外有一些DSP的咨詢公司，他的咨詢公司，他們起到們起到DSP用戶和用戶和DSP芯片供應商、芯片供應商、DSP第三方之間第三方之間的橋梁作用，也會為客戶提供設計、提供軟件和硬件的橋梁作用，也會為客戶提供設計、提供軟件和硬件及出版資料圖書，有些還辦培訓班。及出版資料圖書，有些還辦培訓班。58DSP產業(yè)鏈產業(yè)鏈中國電子信息產品市場對中國電子信息產品市場對DSP的需求穩(wěn)定增長，的需求穩(wěn)定增長，今后五年我國今后五年我國DSP市場銷售額仍會保持年平均市場銷售額仍會保持年平均28%以以上的復合增長率，中國已成為了上的復合增長率，中國已成為了DSP芯片的最大市場，芯片的最大市場，數(shù)碼

47、相機、數(shù)碼相機、IP電話和手持電子設備的熱銷帶來了對電話和手持電子設備的熱銷帶來了對DSP芯片的巨大需求。芯片的巨大需求。目前，中國目前，中國DSP市場的主要應用集中在移動電話市場的主要應用集中在移動電話領域，然而隨著領域，然而隨著DSP對數(shù)字信號高速運算與同步處理對數(shù)字信號高速運算與同步處理能力的提高，能力的提高，DSP的應用領域將逐漸擴展到新型數(shù)字的應用領域將逐漸擴展到新型數(shù)字消費類產品領域。消費類產品領域。DSP芯片在數(shù)字消費類產品中主要芯片在數(shù)字消費類產品中主要從事圖像壓縮與傳輸?shù)葓D像信號的處理，語音的編碼、從事圖像壓縮與傳輸?shù)葓D像信號的處理，語音的編碼、合成、識別及高保真等語音信號的

48、處理及通信信號的合成、識別及高保真等語音信號的處理及通信信號的調制解調、加密、多路復用、擴頻、糾錯編碼等處理。調制解調、加密、多路復用、擴頻、糾錯編碼等處理。 59第五節(jié)第五節(jié) DSPDSP應用系統(tǒng)的開發(fā)工具應用系統(tǒng)的開發(fā)工具 開發(fā)工具的好壞對代碼的長度、代碼的執(zhí)開發(fā)工具的好壞對代碼的長度、代碼的執(zhí)行速度起著關鍵的作用，開發(fā)工具的功能行速度起著關鍵的作用，開發(fā)工具的功能是否齊全，使用是否方便，在很大程度上是否齊全，使用是否方便，在很大程度上將影響將影響DSPDSP系統(tǒng)的開發(fā)周期以及產品上市系統(tǒng)的開發(fā)周期以及產品上市時間。時間。由于不同廠商、不同系列的由于不同廠商、不同系列的DSPDSP都有自己

49、都有自己的開發(fā)工具，因此開發(fā)工具的選擇也是重的開發(fā)工具，因此開發(fā)工具的選擇也是重要的一環(huán)。要的一環(huán)。60代碼產生工具代碼產生工具 對用戶開發(fā)的高級語言或匯對用戶開發(fā)的高級語言或匯編語言源代碼進行編譯，生成可以在目標編語言源代碼進行編譯，生成可以在目標DSPDSP上運行的可執(zhí)行代碼。上運行的可執(zhí)行代碼。代碼調試工具代碼調試工具 根據(jù)調試者的命令觀察根據(jù)調試者的命令觀察DSPDSP的的狀態(tài)，控制狀態(tài)，控制DSPDSP代碼的執(zhí)行，進行結果顯示，代碼的執(zhí)行，進行結果顯示，對用戶的代碼進行調試或性能測試。對用戶的代碼進行調試或性能測試。DSPDSP的開發(fā)工具的開發(fā)工具611. 1. 代碼產生工具代碼產生

50、工具 （1 1）TMS320TMS320優(yōu)化優(yōu)化C C編譯器編譯器（Optimizing ANSI Optimizing ANSI C CompilersC Compilers） C C編譯器的輸入是編譯器的輸入是C C語言源代語言源代碼，輸出為碼，輸出為TMS320TMS320匯編代碼，它用于把符合匯編代碼，它用于把符合ANSIANSI標準的標準的C C代碼轉換為目標代碼轉換為目標DSPDSP匯編代碼，匯編代碼，使用戶可以用使用戶可以用C C語言編寫代碼。并且，配套的語言編寫代碼。并且，配套的代碼調試工具支持代碼調試工具支持C C代碼的源碼調試。代碼的源碼調試。TITI公司公司的編譯器支持除的編譯器支持除TMS320C1xTMS320C1x外的所有外的所有DSPDSP產品。產品。TITI公司的開發(fā)工具公司的開發(fā)工具62（2 2）TMS320TMS320匯編器、連接器（匯編器、連接器（AssemblerAssembler、LinkerLinker） 匯編器和連接器用于把匯編代碼轉匯編器和連接器用于把匯編代碼轉換為可在目標換為可在目標DSPDSP上運行的可執(zhí)行目標代碼。上運行的可執(zhí)行目標代碼。支持宏匯編和目標庫，產生的目標代碼可重新支持宏匯編和目標庫，產生的目標代碼可重新定位，在程序地址空間中的具體地址可變。定位，在程