DSP 开发与原理 第1章-1

1、课程安排: 讲课:18学时 实验:12学时DSP原理及应用第一章 高速数字信号处理器（DSP）概述1.Microprocessor (P): 一个多IC处理系统的核心器件 2种基本的结构: Von Neumann“- 冯.诺依曼 Harvard“ 哈弗 Von Neumann“: 数据、代码共享内存空间 数据、代码共享内存总线 Example: Intels x86 Pentium Processor family Harvard“: 数据、代码独立存储空间 数据、代码独立存储总线第一部分 TMS320系列芯片和系统 SOC-微控制器 (C) l 用来实现实时控制的核以及输入输出接口都集成在片

2、上l 确保在嵌入式应用中的高的性价比l 几乎能满足各类电子产品对运算能力和外设的要求l 2种 P 结构 (Von Neumann 和Harvard) 广泛应用于 MicrocontrollersDSP-数字信号处理器 类似于微处理器 (p.), 一个计算系统的核 额外的用来加速复杂运算的外设:硬件乘法器(MPY)算术运算单元(ALU)多总线访问机制实现 2n 次乘法/加法运算的硬件移位寄存器数字信号控制器 (DSC) C:带有一个微处理器（P）作为运算单元的单芯片微型计算机 DSC:带有一个数字信号处理器（DSP）作为运算单元的单芯片微型计算机 结合DSP优越的运算能力以及独立数据、程序存储结

3、构和外设，得到最高效的海量运算嵌入式实时控制解决方案 DSC Example: Ti C2000系列DSP2. DSP的主要特点的主要特点优点：大规模集成性 稳定性好，精度高 可编程性 高速性能 可嵌入性 接口和集成方便 缺点：成本较高，高频时钟的高频干扰，功率消耗较大等3. DSP芯片的主要应用芯片的主要应用 硬件实现非实时的数字信号处理 高速实时数字信号处理 高速实时数字控制DSP芯片的主要应用领域4. DSP芯片介绍芯片介绍4.1 DSP芯片的分类芯片的分类 4.2 DSP芯片的性能指标芯片的性能指标指令周期：执行一条指令的时间，如TI 5402100为10ns；MAC时间：即乘加时间，

4、一般为指令周期；FFT时间：信号处理的重要指标；MFLOPS：百万次浮点操作/秒，包括浮点运算和存储等操作 如TMS320C67xx可达1GFLOPS峰值性能；MOPS：百万次操作/秒，用于对DSP的综合描述，包括地址计算、 DMA访问、数据传输、I/O操作等；MIPS：百万条指令/秒；MBPS：百万位/秒，用于衡量DSP的数据传输能力。芯片价格（包括配件），硬件资源，开发工具，功耗，封装形式等因素。4.4 DSP发展历史和主要的供应商发展历史和主要的供应商第一片DSP是1978年由AMI公司发布的S2811;第一片具有乘法器的DSP是NEC公司的PD7720；最成功的DSP为TI公司的五代产

5、品和三大系列，市场分额达到50； AD公司的ADSP2101，ADSP2111, ADSP2171, ADSP21000等系列；Motolora公司的MC56001，MC96002等。完成乘加操作的时间下降到10ns以下，乘法部件占模片区从40下降到5，引脚数从64增加到200以上，重量和体积大大下降，采用低电压，功耗大大下降。5. TMS320系列系列DSP芯片介绍芯片介绍5.1 TMS320系列主要芯片发展系列主要芯片发展5.2 TMS320系列主要芯片一览表系列主要芯片一览表5.3 TMS320系列部分芯片介绍系列部分芯片介绍5.3.1 TMS320C2xx包括C20 x和C24X两个系

6、列处理能力强，指令周期为25ns片内含有较大的闪存，成本低，体积小功耗低。3.3V工作时，每个MIPS消耗1.1mA资源配置灵活，为数字控制系统进行了优化设计5.3.2 TMS320C54x为无线通讯用的高性能价格比的芯片。运算速度快，达到10ns优化的CPU结构。1个算术逻辑单元、2个累加器、2个加法器、1个乘法器和桶型移位器低功耗，可工作在1.8V智能外设，除标准的串行口和时分复用串行口外，还含有自动缓存串行口（2k buffer)和外部处理器并行口HPI5.3.3 TMS320C4x并行浮点处理器。 275mops, 320Mbyte/s数据吞吐量 6个高速通讯接口 6个DMA通道 分开

7、的数据和地址总线，16G连续的程序和数据存储空间 片内分析模块支持高效的并行处理调试 片内程序高速缓冲存储器5.3.4 TMS320C62xTI公司1997年开发的新型定点DSP芯片，用于无线基站，无线PDA，Modem, GPS等。速度快，指令周期为5ns，运算能力为1600MIPS内部结构不同，同时集成有2个乘法器和6个算术运算单元，一个周期内可执行8条32bit指令使用超长指令集，在一个周期内可并行执行几个指令大容量片内存储器（片内有512K程序和数据存储器）和大范围寻址空间多种外设，4个DMA，2个多通道缓存串口，2个计时器5.3.5 TMS320C8x多处理器DSP芯片，用于多媒体，

8、视频图象，保密和雷达等。4个并行DSP芯片，可并行和单独执行，都由高速Cashe和专用数据RAM；通过传输控制器实现400M/s的数据传输；含有32位的RISC主控制器，用以实现高效C语言和作为操作系统的平台存储器Crossbar结构，将50K的SRAM分成小块，通过Crossbar开关机构实现并行访问，速度高达4.5GByte/s视频控制器，用于任何捕获和显示的组合中6 DSP硬件设计若干问题硬件设计若干问题6.1 复位电路复位电路通过电容缓冲，使得系统复位信号/RS保持至少3个周期；增加监视自动复位电路（Watchdog)6.2 状态等待电路状态等待电路可软件实现状态等待；硬件实现时，可以通过查询方式，将片选信号和READY相连；6.3 存储器接口存储器接口需要时加入状态等待；利用/PS, /DS等信号实现8位或16位存储器的片选 6.4 DMA通信通信当HOLD信号为高时，DSP放弃对总线的控制，有外部设备直接对存储器进行读写操作，实现快速内存访问6.5 电源电路电源电路通过专用芯片实现双电压供电I