DSP 開(kāi)發(fā)與原理 第1章-1

1、課程安排: 講課:18學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn):12學(xué)時(shí)DSP原理及應(yīng)用第一章 高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）概述 Microprocessor (P): 一個(gè)多IC處理系統(tǒng)的核心器件 2種基本的結(jié)構(gòu): Von Neumann“- 馮.諾依曼 Harvard“ 哈弗 Von Neumann“: 數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存空間 數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存總線 Example: Intels x86 Pentium Processor family Harvard“: 數(shù)據(jù)、代碼獨(dú)立存儲(chǔ)空間 數(shù)據(jù)、代碼獨(dú)立存儲(chǔ)總線第一部分 TMS320系列芯片和系統(tǒng) SOC-微控制器 (C) l 用來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的核以及輸入輸出接口都集成在片上

2、l 確保在嵌入式應(yīng)用中的高的性價(jià)比l 幾乎能滿足各類(lèi)電子產(chǎn)品對(duì)運(yùn)算能力和外設(shè)的要求l 2種 P 結(jié)構(gòu) (Von Neumann 和Harvard) 廣泛應(yīng)用于 MicrocontrollersDSP-數(shù)字信號(hào)處理器 類(lèi)似于微處理器 (p.), 一個(gè)計(jì)算系統(tǒng)的核 額外的用來(lái)加速?gòu)?fù)雜運(yùn)算的外設(shè):硬件乘法器(MPY)算術(shù)運(yùn)算單元(ALU)多總線訪問(wèn)機(jī)制實(shí)現(xiàn) 2n 次乘法/加法運(yùn)算的硬件移位寄存器數(shù)字信號(hào)控制器 (DSC) C:帶有一個(gè)微處理器（P）作為運(yùn)算單元的單芯片微型計(jì)算機(jī) DSC:帶有一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為運(yùn)算單元的單芯片微型計(jì)算機(jī) 結(jié)合DSP優(yōu)越的運(yùn)算能力以及獨(dú)立數(shù)據(jù)、程序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

3、和外設(shè)，得到最高效的海量運(yùn)算嵌入式實(shí)時(shí)控制解決方案 DSC Example: Ti C2000系列DSP2. DSP的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：大規(guī)模集成性 穩(wěn)定性好，精度高 可編程性 高速性能 可嵌入性 接口和集成方便 缺點(diǎn)：成本較高，高頻時(shí)鐘的高頻干擾，功率消耗較大等3. DSP芯片的主要應(yīng)用芯片的主要應(yīng)用 硬件實(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)的數(shù)字信號(hào)處理 高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理 高速實(shí)時(shí)數(shù)字控制DSP芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域4. DSP芯片介紹芯片介紹4.1 DSP芯片的分類(lèi)芯片的分類(lèi) 4.2 DSP芯片的性能指標(biāo)芯片的性能指標(biāo)指令周期：執(zhí)行一條指令的時(shí)間，如TI 5402100為10ns；MAC時(shí)間：即乘加時(shí)間，一

4、般為指令周期；FFT時(shí)間：信號(hào)處理的重要指標(biāo)；MFLOPS：百萬(wàn)次浮點(diǎn)操作/秒，包括浮點(diǎn)運(yùn)算和存儲(chǔ)等操作 如TMS320C67xx可達(dá)1GFLOPS峰值性能；MOPS：百萬(wàn)次操作/秒，用于對(duì)DSP的綜合描述，包括地址計(jì)算、 DMA訪問(wèn)、數(shù)據(jù)傳輸、I/O操作等；MIPS：百萬(wàn)條指令/秒；MBPS：百萬(wàn)位/秒，用于衡量DSP的數(shù)據(jù)傳輸能力。芯片價(jià)格（包括配件），硬件資源，開(kāi)發(fā)工具，功耗，封裝形式等因素。4.4 DSP發(fā)展歷史和主要的供應(yīng)商發(fā)展歷史和主要的供應(yīng)商第一片DSP是1978年由AMI公司發(fā)布的S2811;第一片具有乘法器的DSP是NEC公司的PD7720；最成功的DSP為T(mén)I公司的五代產(chǎn)品

5、和三大系列，市場(chǎng)分額達(dá)到50； AD公司的ADSP2101，ADSP2111, ADSP2171, ADSP21000等系列；Motolora公司的MC56001，MC96002等。完成乘加操作的時(shí)間下降到10ns以下，乘法部件占模片區(qū)從40下降到5，引腳數(shù)從64增加到200以上，重量和體積大大下降，采用低電壓，功耗大大下降。5. TMS320系列系列DSP芯片介紹芯片介紹5.1 TMS320系列主要芯片發(fā)展系列主要芯片發(fā)展5.2 TMS320系列主要芯片一覽表系列主要芯片一覽表5.3 TMS320系列部分芯片介紹系列部分芯片介紹5.3.1 TMS320C2xx包括C20 x和C24X兩個(gè)系列

6、處理能力強(qiáng)，指令周期為25ns片內(nèi)含有較大的閃存，成本低，體積小功耗低。3.3V工作時(shí)，每個(gè)MIPS消耗1.1mA資源配置靈活，為數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)5.3.2 TMS320C54x為無(wú)線通訊用的高性能價(jià)格比的芯片。運(yùn)算速度快，達(dá)到10ns優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)。1個(gè)算術(shù)邏輯單元、2個(gè)累加器、2個(gè)加法器、1個(gè)乘法器和桶型移位器低功耗，可工作在1.8V智能外設(shè)，除標(biāo)準(zhǔn)的串行口和時(shí)分復(fù)用串行口外，還含有自動(dòng)緩存串行口（2k buffer)和外部處理器并行口HPI5.3.3 TMS320C4x并行浮點(diǎn)處理器。 275mops, 320Mbyte/s數(shù)據(jù)吞吐量 6個(gè)高速通訊接口 6個(gè)DMA通道 分開(kāi)的

7、數(shù)據(jù)和地址總線，16G連續(xù)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 片內(nèi)分析模塊支持高效的并行處理調(diào)試 片內(nèi)程序高速緩沖存儲(chǔ)器5.3.4 TMS320C62xTI公司1997年開(kāi)發(fā)的新型定點(diǎn)DSP芯片，用于無(wú)線基站，無(wú)線PDA，Modem, GPS等。速度快，指令周期為5ns，運(yùn)算能力為1600MIPS內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，同時(shí)集成有2個(gè)乘法器和6個(gè)算術(shù)運(yùn)算單元，一個(gè)周期內(nèi)可執(zhí)行8條32bit指令使用超長(zhǎng)指令集，在一個(gè)周期內(nèi)可并行執(zhí)行幾個(gè)指令大容量片內(nèi)存儲(chǔ)器（片內(nèi)有512K程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）和大范圍尋址空間多種外設(shè)，4個(gè)DMA，2個(gè)多通道緩存串口，2個(gè)計(jì)時(shí)器5.3.5 TMS320C8x多處理器DSP芯片，用于多媒體，視

8、頻圖象，保密和雷達(dá)等。4個(gè)并行DSP芯片，可并行和單獨(dú)執(zhí)行，都由高速Cashe和專(zhuān)用數(shù)據(jù)RAM；通過(guò)傳輸控制器實(shí)現(xiàn)400M/s的數(shù)據(jù)傳輸；含有32位的RISC主控制器，用以實(shí)現(xiàn)高效C語(yǔ)言和作為操作系統(tǒng)的平臺(tái)存儲(chǔ)器Crossbar結(jié)構(gòu)，將50K的SRAM分成小塊，通過(guò)Crossbar開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行訪問(wèn)，速度高達(dá)4.5GByte/s視頻控制器，用于任何捕獲和顯示的組合中6 DSP硬件設(shè)計(jì)若干問(wèn)題硬件設(shè)計(jì)若干問(wèn)題6.1 復(fù)位電路復(fù)位電路通過(guò)電容緩沖，使得系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)/RS保持至少3個(gè)周期；增加監(jiān)視自動(dòng)復(fù)位電路（Watchdog)6.2 狀態(tài)等待電路狀態(tài)等待電路可軟件實(shí)現(xiàn)狀態(tài)等待；硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以通過(guò)查詢方式，將片選信號(hào)和READY相連；6.3 存儲(chǔ)器接口存儲(chǔ)器接口需要時(shí)加入狀態(tài)等待；利用/PS, /DS等信號(hào)實(shí)現(xiàn)8位或16位存儲(chǔ)器的片選 6.4 DMA通信通信當(dāng)HOLD信號(hào)為高時(shí)，DSP放棄對(duì)總線的控制，有外部設(shè)備直接對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)快速內(nèi)存訪問(wèn)6.5 電源電路電源電路通過(guò)專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)雙電壓供電I