第一章DSP_TMS320LF240x概述

1、DSP控制器及其应用第第1章：章： TMS系列系列DSP概述概述1.1 DSP概况概况1.2 TMS320LF芯片概述芯片概述1.3 TMS320LF240 x DSP CPU控制器的功能结控制器的功能结构图构图1.4 TMS320LF240 x DSP 存储器映射图存储器映射图 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况数字信号处理系统框图数字信号处理系统框图 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况1. DSP与与DSP技术技术DSP(Digital Signal Processing)-数字信号数字信号处理的理论和方法。处理的理论和方

2、法。DSP(Digital Signal Processor)-用于数字用于数字信号处理的可编程微处理器。信号处理的可编程微处理器。DSP技术技术(Digital Signal Process)-是利用是利用专门或通用数字信号处理芯片，通过数字计专门或通用数字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进处理的方法与技术。算的方法对信号进处理的方法与技术。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况2. CPU、MCU、DSP区别与联系区别与联系 20世纪世纪70年代微处理器问世以来，一直沿着年代微处理器问世以来，一直沿着3个方向个方向发展。这三类微处理器各有其特点。虽然在

3、技术上不发展。这三类微处理器各有其特点。虽然在技术上不断借鉴和交融，但又有各自不同的应用领域。断借鉴和交融，但又有各自不同的应用领域。 CPU：微型计算机中央处理器。（如：奔腾等）：微型计算机中央处理器。（如：奔腾等） MCU：单片微型计算机（如：单片微型计算机（如MCS-51，MCS-96等）等） DSP：可编程的数字信号处理器。：可编程的数字信号处理器。 谐波检测谐波检测有源滤波有源滤波雅克比矩阵雅克比矩阵654321654321654321654321654321654321654321666666666666666666666666666666666666666666dqdqdqdqd

4、qdqdddddddddddddddddddddzTzTzTzTzTzTyTyTyTyTyTyTxTxTxTxTxTxTzTzTzTzTzTzTyTyTyTyTyTyTxTxTxTxTxTxTzTyTxTzTyTxTn机器人控制机器人控制1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 DSP芯片的应用芯片的应用通用数字信号处理通用数字信号处理语音识别与处理语音识别与处理图形图形 / 图像处理图像处理仪器仪表仪器仪表 自动控制自动控制医学工程医学工程家用电器家用电器通信通信计算机计算机国防军事国防军事 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况3.

5、 DSP技术发展的两个领域技术发展的两个领域理论理论：数字信号处理的理论和方法近年来得到迅速：数字信号处理的理论和方法近年来得到迅速的发展，为各种实时处理的应用提供了方法基础。的发展，为各种实时处理的应用提供了方法基础。如：声音图像压缩编码，加密解密，调制解调，智如：声音图像压缩编码，加密解密，调制解调，智能天线。能天线。应用应用：为了满足市场需求，随着微电子科学与技术：为了满足市场需求，随着微电子科学与技术的进步，的进步，DSP的性能在迅速提高。如：时钟频率达的性能在迅速提高。如：时钟频率达到到1.1GHZ；处理速度每秒；处理速度每秒90亿次，亿次，32位浮点运算，位浮点运算，吞吐率达到吞吐

6、率达到2Gbit/s两者关系两者关系：理论推动了应用，应用促进理论的发展。：理论推动了应用，应用促进理论的发展。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况4. DSP的理论基础的理论基础它以众多的它以众多的经典理论体系经典理论体系作为自己的理论基作为自己的理论基础，同时它又是础，同时它又是新兴学科新兴学科理论基础。理论基础。经典理论体系：微积分，概率统计，随机过经典理论体系：微积分，概率统计，随机过程，数值分析，网络理论，通信理论，控制程，数值分析，网络理论，通信理论，控制论。论。新兴学科：人工智能，模拟识别，神经网络。新兴学科：人工智能，模拟识别，神经网络。 1.

7、1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况5. DSP的实现方法的实现方法PC机软件实现。机软件实现。PC机机+专用处理机。专用处理机。通用单片机（通用单片机（51、96系列等）系列等）专用专用DSP芯片。芯片。通用可编程通用可编程DSP芯片。芯片。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况6. DSP系统的特点（与模拟信号处理系系统的特点（与模拟信号处理系统相比）统相比）接口简单、方便接口简单、方便精度高、抗干扰能力强，稳定性好精度高、抗干扰能力强，稳定性好编程方便、易于实现复杂算法编程方便、易于实现复杂算法可程控可程控集成方便集成方便DSP

8、外观与封装外观与封装1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况7. DSP芯片的结构特点芯片的结构特点 （1） 改进的哈佛结构改进的哈佛结构 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 （2）多总线结构）多总线结构 多总线结构可以保证在一个机器周期内多多总线结构可以保证在一个机器周期内多次访问程序空间和数据空间。次访问程序空间和数据空间。 DSPDSP指令执行有指令执行有P、T、D、E 四阶段（由四阶段（由6 6条数据条数据/ /地址总线并行实现地址总线并行实现)，可以在一个机器，可以在一个机器周期内从程序存储器取周期内从程序存储器取1条指令

9、、从数据存储条指令、从数据存储器读器读2 2个操作数和向数据存储器写个操作数和向数据存储器写1个操作数，个操作数，大大提高了大大提高了DSP的运行速度。的运行速度。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 （3） 流水线技术流水线技术(pipeline) DSP DSP处理器流水线技术是将各指令的各个步骤重处理器流水线技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不是一条指令执行完成之后，才叠起来执行，而不是一条指令执行完成之后，才开始执行下一条指令。开始执行下一条指令。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 （4）多处理单元）多处理单元 D

10、SP内部一般包括多个处理单元，如算术内部一般包括多个处理单元，如算术逻辑运算单元逻辑运算单元(ALU)、辅助寄存器运算单元、辅助寄存器运算单元(ARAU)、累加器、累加器(ACC)及硬件乘法器及硬件乘法器(MUL)等。它们可以在一个指令周期内同时进行运算。等。它们可以在一个指令周期内同时进行运算。 多处理单元结构，特别多处理单元结构，特别适用于大量乘加操适用于大量乘加操作的矩阵运算、滤波、作的矩阵运算、滤波、FFTFFT、ViterbiViterbi译码等。译码等。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 （5）指令周期短、功能强）指令周期短、功能强 采用采用4m

11、NMOS制造工艺，早期制造工艺，早期DSP的指令周期约的指令周期约400ns，运算速度为，运算速度为5MIPS。 采用高性能采用高性能CMOS制造工艺，其运行速度更快。制造工艺，其运行速度更快。TMS320LF240 x运行速度可达运行速度可达30MIPS，使得指令周期，使得指令周期缩短到缩短到30MHz。TMS320C54x运行速度可达运行速度可达100MIPS。TMS320C6203的时钟为的时钟为300MHz，运行速度达到，运行速度达到2400MIPS。 DSP指令功能强大，一条特殊指令可完成十分复杂指令功能强大，一条特殊指令可完成十分复杂的功能。如：的功能。如：TMS320C54x中的

12、中的FIRS和和LMS指令，分指令，分别用于系数对称的别用于系数对称的FIR滤波器和滤波器和LMS算法算法。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 （6） 运算精度高运算精度高 早期早期DSP的字长为的字长为8位，后来逐步提高到位，后来逐步提高到16位、位、24位、位、32位。为防止运算过程中溢出，有位。为防止运算过程中溢出，有的累加器达到的累加器达到40位。位。 浮 点浮 点 D S P 提 供 了 更 大 的 动 态 范 围 ， 如提 供 了 更 大 的 动 态 范 围 ， 如TMS320C3x、TMS320C4x等。等。 1.1 TMS3201.1 TMS

13、320系列系列DSPDSP概况概况 （7）丰富的外设）丰富的外设 片内具有主机接口片内具有主机接口(HPI) 直接存储器访问控制器直接存储器访问控制器(DMAC) 外部存储器扩展口外部存储器扩展口 串行通信口串行通信口 中断处理器中断处理器 锁相环时钟产生器锁相环时钟产生器 测绘访问口（实现符合测绘访问口（实现符合IEEE 1149.1标准在片标准在片 仿真）仿真）1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 （8）功耗低）功耗低 一般一般DSPDSP芯片功耗为芯片功耗为0.54W。 采用低功耗技术的采用低功耗技术的DSP芯片只有芯片只有0.1W，（电，（电池供电）池供

14、电） 如：如：TMS3205510仅仅0.25mW，特别适用于便，特别适用于便携式数字终端。携式数字终端。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况DSP最重要的特点：最重要的特点：特殊的特殊的内部结构内部结构、强大的、强大的信息处理能力信息处理能力及较高的及较高的运运行速度行速度。DSP芯片是高性能系统的核心芯片是高性能系统的核心:DSP能实时处理大量数据，特别是在能实时处理大量数据，特别是在声音、图像声音、图像等等不允许时间延迟领域的应用十分理想。不允许时间延迟领域的应用十分理想。如：如：DSP已成了全球已成了全球70%数字电话的数字电话的“心脏心脏”，同，同时

15、时DSP在网络领域也有广泛的应用。在网络领域也有广泛的应用。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况8. DSP芯片的分类芯片的分类（1） 按用途分类按用途分类 通用型通用型DSPDSP芯片芯片（本课程主要讨论的芯片）本课程主要讨论的芯片） 一般指可以用指令编程的一般指可以用指令编程的DSPDSP芯片，适合普通的芯片，适合普通的DSPDSP应用，如应用，如TITI公司的一系列公司的一系列DSPDSP芯片属于通用型芯片属于通用型DSPDSP芯片。芯片。 专用型专用型DSPDSP芯片芯片 为特定的为特定的DSPDSP运算而设计，如数字滤波、卷积和运算而设计，如数字滤波、

16、卷积和FFTFFT等，通过加载数据、控制参数或在管脚上加控等，通过加载数据、控制参数或在管脚上加控制信号的方法使其具有有限的可编程能力。如制信号的方法使其具有有限的可编程能力。如MotorolaMotorola公司的公司的DSP56200DSP56200。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况（2） 按数据格式分按数据格式分定点定点 DSP 数据以定点格式工作的数据以定点格式工作的DSP芯片称为定点芯片称为定点DSP芯芯片，该芯片简单、成本较低。两种基本表示方法：片，该芯片简单、成本较低。两种基本表示方法： 主要用于控制操作、地址计算主要用于控制操作、地址计算和

17、其他非信号处理的应用。和其他非信号处理的应用。 主要用于数字和各种信号处理主要用于数字和各种信号处理算法的计算中。算法的计算中。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况（2） 按数据格式分按数据格式分浮点浮点 DSP 数据以浮点格式工作的数据以浮点格式工作的DSP芯片称为浮点芯片称为浮点DSP芯片，该芯片运算精度高、运行速度快。芯片，该芯片运算精度高、运行速度快。 浮点数在运算中，表示数的范围由于其指浮点数在运算中，表示数的范围由于其指数可自动调节，因此可避免数的规格化和溢数可自动调节，因此可避免数的规格化和溢出等问题。但浮点出等问题。但浮点DSP一般比定点一般比定

18、点DSP复杂，复杂，成本较高。成本较高。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况9. DSP芯片芯片的发展及趋势的发展及趋势 （1） DSP芯片的发展历程芯片的发展历程 1978年年 第一片第一片DSP诞生诞生S2811(Microsystems公司公司AMI子公司子公司) 1986年以来得到突飞猛进的发展。年以来得到突飞猛进的发展。 现今：生产现今：生产DSP厂家厂家80多个，品种多个，品种300多种。多种。TI公司市场份额：公司市场份额：60%；AD公司市场份额：公司市场份额：15%；Motorola市场份额：市场份额：10%；Lucent市场份额：市场份额：5

19、%； 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况（2） TI公司公司DSP芯片简介芯片简介 第一代第一代：TMS32010及其系列产品（及其系列产品（1982年）年） 第二代：第二代：TMS32020、TMS320C25/C26/C28 第三代：第三代：TMS320C30/C31/C32， 第四代第四代：TMS320C40/C44， 第五代第五代：TMS320C50/C51/C52/C53/C54和集多个和集多个DSP于一体的高性能于一体的高性能DSP芯片芯片TMS320C80/C82等等 第六代第六代：TMS320C62x/C67x等。等。 1.1 TMS3201.

20、1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况（3）国内国内DSP的发展的发展概况概况 19831983年引进（年引进（TMS32010TMS32010） 我国我国DSPDSP产品主要来自海外。产品主要来自海外。TITI公司的产品约占国内公司的产品约占国内DSPDSP市场的市场的90%90%，其余为，其余为LucentLucent、ADAD、MotorolaMotorola、ZSPZSP和和NECNEC等公司。等公司。 现状：现状：DSPDSP开发工具开发工具 / DSP/ DSP硬件平台开发硬件平台开发 / DSP/ DSP应用软应用软件开发件开发 国内较知名的公司：北京国内较知名的公司：北京

21、“闻亭闻亭”、“合众达合众达”等。等。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况11. TMS320系列系列DSP发展历程发展历程1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况1. C1x1. C1x系列简介系列简介 C1x是是TMS320系列系列DSP的首要成员，包括的首要成员，包括C10、C14、C15、C16和和C17五个版本。五个版本。 C1x是市场上最便宜的是市场上最便宜的DSP之一，主要应用之一，主要应用于于防抱死制动防抱死制动、音乐器材音乐器材、能量测量能量测量、马达控马达控制制和和数字无磁带应答机数字无磁带应答机等领域。等领域。

22、1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况2. C2x2. C2x系列简介系列简介 C2x系列系列DSP控制器，具有很好的性能，集成控制器，具有很好的性能，集成了了Flash存储器、高速存储器、高速A/D、CAN模块等。模块等。 C2x系列系列DSP芯片价格低，具有较高的性能和芯片价格低，具有较高的性能和适用于数字化控制领域的功能。因此在适用于数字化控制领域的功能。因此在工业自动工业自动化化、电动机控制电动机控制、家用电器家用电器和和消费电子消费电子等领域得等领域得到广泛应用。到广泛应用。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况3. C2x

23、x3. C2xx系列简介系列简介 TMS320C2xx系列系列DSP是是C2x的一个升级版本，的一个升级版本，它的指令周期缩减到它的指令周期缩减到2550ns，增加了基于，增加了基于JTAG的仿真，有多达的仿真，有多达4.5K的片内数据的片内数据/程序程序RAM。 主要面向主要面向计算机计算机、工业工业、用户终端用户终端和和电话电话等等新的新的DSP应用。应用。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况4. C5x4. C5x系列简介系列简介 C5x系列系列DSP芯片包括芯片包括C54x和和C55x两大类两大类 具有高度的操作灵活性和运行速度。其具有高度的操作灵活性和

24、运行速度。其结构采用改进的哈佛结构，具有专用硬件逻辑的结构采用改进的哈佛结构，具有专用硬件逻辑的CPU，片内存储器，片内外设，以及一个效率很，片内存储器，片内外设，以及一个效率很高的指令集。高的指令集。 16位定点位定点DSP，适应远程通信等实时嵌入式应，适应远程通信等实时嵌入式应用的需要。用的需要。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 C55x：是是C5000系列系列DSP中的子系列，是从中的子系列，是从C54x发展起来的，并与之原代码兼容。发展起来的，并与之原代码兼容。 C55x工作在工作在0.9V时，功耗低至时，功耗低至0.005mW/MIPS。 工作在工

25、作在400MHz钟频时，可达钟频时，可达800MIPS。和。和120MHz的的C54相比，相比，300MHz的的C55x性能提高性能提高5倍，功耗为倍，功耗为C54系列的系列的1/6。 因此，因此，C55x非常适合个人的和便携式的应用，非常适合个人的和便携式的应用，以及数字通信设施的应用。以及数字通信设施的应用。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况5. C6x5. C6x系列简介系列简介 TMS320C6xTMS320C6x系列是系列是TITI公司从公司从19971997年推出。采用年推出。采用TITI的专利技术的专利技术VeloiTIVeloiTI和新的超长

26、指令字结构，性能和新的超长指令字结构，性能达到很高的水平。达到很高的水平。 第一款芯片第一款芯片C6201，在，在200MHz钟频时，达到钟频时，达到1600MIPS。 2000年以后推出的年以后推出的C64x，在钟频，在钟频1.1GHz时，时，可以达到可以达到8800MIPS以上，即每秒执行近以上，即每秒执行近90亿条指亿条指令。片内令。片内DMA引擎和引擎和64个独立的通道，使其个独立的通道，使其I/O带带宽达到宽达到2GB/s。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 C6x C6x推出了推出了C62x/C67x/C64xC62x/C67x/C64x等等3

27、3个子系列个子系列。 C62xC62x是是TITI公司于公司于19971997年开发的一种新型定点年开发的一种新型定点DSPDSP芯片。芯片。可同时执行可同时执行8 8条指令，其运算能力可达条指令，其运算能力可达2400MIPS2400MIPS。 C67xC67x是一种新型浮点是一种新型浮点DSPDSP芯片。可同时执行芯片。可同时执行8 8条指令，条指令，其运算能力可达其运算能力可达1G FLOPS1G FLOPS。 C64xC64x是是C6000C6000系列中最新的高性能定点系列中最新的高性能定点DSPDSP芯片，可以芯片，可以提供超过提供超过2GB/s2GB/s的持续带宽。与的持续带宽。

28、与C62xC62x相比，相比，C64xC64x的总性的总性能提高了能提高了1010倍。倍。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况TMS320C6xTMS320C6x系列主要应用系列主要应用 1) 1) 数字通信数字通信 适合于适合于FFT/IFFTFFT/IFFT，Read-SolomonRead-Solomon编解码，循环回编解码，循环回声综合滤波器，星座编解码，卷积编码，声综合滤波器，星座编解码，卷积编码，ViterbiViterbi解码等信号处理算法的实时实现。解码等信号处理算法的实时实现。 如如 ADSL( ADSL(非对称数字用户线非对称数字用户线)

29、)， 线缆调制解调器线缆调制解调器(cable modem)(cable modem) 移动通信移动通信 （移动电话基站、（移动电话基站、3G3G基站里的收发器、基站里的收发器、智能天线、智能天线、 ）1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 2) 2) 图像处理图像处理 C6x系列系列DSP广泛地应用在图像处理领域。广泛地应用在图像处理领域。例如，数字电视、数字照相机与摄像机、例如，数字电视、数字照相机与摄像机、打印机、数字扫描仪、雷达打印机、数字扫描仪、雷达/声呐及医用图声呐及医用图像处理等，在这些应用中，像处理等，在这些应用中，DSP用来做图用来做图像压缩、图

30、像传输、模式及光学特性识别、像压缩、图像传输、模式及光学特性识别、加密加密/解密及图像增强等。解密及图像增强等。 1.2 TMS320LF240 x1.2 TMS320LF240 x芯片概述芯片概述TMS320LF240 x系列是系列是TMS320C2x家族中最新、家族中最新、功能强大的功能强大的DSP芯片，是为了满足控制应用而设芯片，是为了满足控制应用而设计的。计的。高性能、高速度高性能、高速度：集成了高性能的：集成了高性能的DSP内核和微内核和微处理器的片内外设；每秒处理器的片内外设；每秒3000万条指令万条指令(30MIPS)的处理速度。的处理速度。高可靠性、可编程性高可靠性、可编程性：LF240 x DSP的的16位定点位定点DSP内核为模拟系统的设计者提供了一个不牺牲内核为模拟系统的设计者提供了一个不牺牲系统精度和性能的数字解决方案。系统精度和性能的数字解决方案。1.2 TMS320LF240 x1.2 TMS320LF240 x芯片概述芯片概述两个事件管理器模