第1章__数字信号处理和DSP系统

1、1 课程体系结构 TMS320C55x DSP芯片工作原理：CPU； 存储器；I/O；中断；寻址方式；指令系 统；片上外设（PLL, Timer, EMIF, EHPI, McBSP, GPIO, DMA, I2C, MMC, USB, ADC, RTC, UART） TMS320C55x DSP 应用开发系统：集 成开发环境CCS， 仿真工具， 硬件结 构与设计，程序设计，算法研究 实践 实践 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1010 1.1 数字信号处理及应用概述数字信号处理及应用概述 1.2 实时数字信

2、号处理技术的实现方法实时数字信号处理技术的实现方法 1.3 数字信号处理器的特点数字信号处理器的特点 1.4 德州仪器公司的德州仪器公司的DSP产品产品 1.5 DSP芯片的选择芯片的选择 1.6 定点运算及定点定点运算及定点DSP 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1111 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1212 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原

3、理及应用1313 典型数字信号处理系统典型数字信号处理系统 抗混叠 滤波器 DSP D/A 转换器 重建 滤波器 A/D 转换器 数字 I/O 存储器 通信、 人机 接口 DSP 系统 译码 与时 序、 逻辑 控制 总线 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1515 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1616 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用17

4、17 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1818 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1919 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2020 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2121 X86进行实时信号处理的缺点：进行实时信号处理的缺点： 20212021年年7 7

5、月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2222 通用微处理器的种类多，包括通用微处理器的种类多，包括51系列及其扩展系列，德系列及其扩展系列，德 州仪器公司的州仪器公司的MSP430系列，系列，ARM公司的公司的ARM7、ARM9、 ARM11、ARM Cortex-M0,-M3,-A8,-A9系列，等等，利用系列，等等，利用 通用微处理器进行信号处理的优点如下：通用微处理器进行信号处理的优点如下： 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2323 利用通用微处理

6、器进行信号处理的缺点如下：利用通用微处理器进行信号处理的缺点如下： 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2424 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2525 随着微电子技术的快速发展，FPGA的制作工艺已经进入 到45nm时期，这意味在一片集成电路当中可以集成更多的晶 体管，芯片运行更快，功耗更低。其主要优点如下。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应

7、用2626 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2727 数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）是一种专 门为实时、快速实现各种数字信号处理算法而设计的具有特殊 结构的微处理器。20世纪80年代初，世界上第一片可编程DSP 芯片的诞生为数字信号处理理论的实际应用开辟了道路；随着 低成本数字信号处理器的不断推出，更加促进了这一进程。90 年代以后，DSP芯片的发展突飞猛进。其功能日益强大，性能 价格比不断上升，开发手段不断改进，使DSP芯片迅速成为众 多电子产品的核心器件，DSP

8、系统也被广泛地应用于当今技术 革命的各个领域通信电子、信号处理、自动控制、雷达、 军事、航空航天、医疗、家用电器、电力电子，而且新的应用 领域还在不断地被发现、拓展。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2929 优点：大规模集成性、优点：大规模集成性、 稳定性好稳定性好 精度高精度高 可编程性可编程性 高速性能高速性能 可嵌入性可嵌入性 接口和集成方便接口和集成方便 缺点：成本较单片机高，甚至高于缺点：成本较单片机高，甚至高于PC机机 DSP技术更新速度快，开发和调试工具需要不断完善技术更新速度快，开发和调试工

9、具需要不断完善 ， 不如不如PC机编程和修改方便。机编程和修改方便。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3030 设计者要根据系统的嵌入式、便携性、功耗、速度、 成本、批量、可靠性、使用环境、开发周期等情况选择实 现方式。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3131 GPP的Von.Neumann结构 取指取指 译码译码 读数读数 执行执行 取指取指 译码译码 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DS

10、PTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用 外部外部I/O数据总线数据总线 外部外部I/O地址总线地址总线 数据总线数据总线 数据地址总线数据地址总线 程序数据总线程序数据总线 程序地址总线程序地址总线 并行接口并行接口 取指取指 译码译码 读数读数 执行执行 取指取指 译码译码 读数读数 执行执行 取指取指 译码译码 读数读数 执行执行 取指取指 译码译码 读数读数 执执 取指取指 译码译码 读读 取指取指 译译 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3434 20212021年年7 7月月1212日日T

11、MS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3535 u常用算法 l卷积 l相关 l变换 l级数 N i inxiany 0 )()()( n xy mnynxmR)()()( n fj enyfY 2 )()( i i xiaxF)()( u算法分析 l当用有限N项之和近似代替无穷求和时， DSP常用算法可归纳为： l针对这类N项双操作数相乘后乘积求和的通 用形式，DSP中从硬件结构上采用了多种先 进技术，最终实现了N项乘积和主运算仅需 要N个指令周期。 N i inxiany 0 )()()( 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x D

12、SPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3838 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3939 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4040 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4141 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4242 20212021年年7 7

13、月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4343 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4444 在选择在选择DSP处理器时，要根据目标系统不同要求，综合考虑处理器时，要根据目标系统不同要求，综合考虑 性能、成本、集成度、开发的难易程度及功耗等因素。性能、成本、集成度、开发的难易程度及功耗等因素。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4545 20212021年年7 7月月1212日

14、日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4646 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4747 。 。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4848 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4949 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用5

15、050 。 1.4.5 DSP发展趋势发展趋势 独立的DSP发展 主频速度、特殊功能、并行能力、特定的外设 DSP作为辅助技术 协处理器（或特殊的计算单元） 综合发展 与其他处理器形成混合核，兼顾两者的优点 C1x C2x C2xx C5x C54xx C55xx Future C62xx C64xx 定点定点DSP C3x C4x C67x Future 浮点浮点DSP C8x OMAP C57x Future 多处理器多处理器 lCPU： 双核ARM Cortex A57（最高2GHz）和四核A53内 核，支持64位 lGPU：Adreno 430 GPU lDSP： Hexagon V5

16、6 DSP（最高800MHz）,可让多种应用程序 以超低功耗运行，如音乐播放程序、增强的音频效果应用程序、 计算机视觉处理应用程序以及静止和视频图像增强应用程序 确定系统性能指标确定系统性能指标 核心算法模拟和验证核心算法模拟和验证 选择选择DSP芯片及其他系统组件芯片及其他系统组件 软件设计和调试软件设计和调试硬件设计和调试硬件设计和调试 系统测试、集成系统测试、集成 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用6363 MBPS(Million Bit Per Second) (主要用来衡量DSP数据传输能力，是对总

17、线和I/O口 数据吞吐率的度量，也就是总线和I/O口的带宽) 例：C6000 200MHz时钟 32-bit总线 则总线数据吞吐率为 800Mbyte/s 或 6400MBPS MACS(Multiply-Accumulates Per Scond) 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用6666 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用6767 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x

18、DSP原理及应用原理及应用6868 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用6969 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用7070 -32768，32767 (8000h，7FFFh) -1(FFFFh)，0 + +- - -128，127 (80h，7Fh) -1(FFh)，0 + +- - Q q xx2int Q q xfloatx 2 y xz Q q Q q Q q yxz 222 x yx x Q QQ q Q q yx 222 )( x yx Q QQ qq yx 22 )( )( )( 22 xz yx QQ QQ qqq yxz z Q q z 2= )( 2 yx QQ qq yx q z