数字信号处理器(DSP)原理与应用ppt资料

1、数字(shz)信号处理器（DSP）原理与应用傅星xingfu17-31327406941共二百九十一页参考书与相关(xinggun)网址数字信号微处理器的原理与开发，天津大学出版社，2004 DSP芯片的原理与开发应用（第2版），张雄伟(xingwi)，曹铁勇编著，电子工业出版社，2000DSP基础与应用系统设计，王念旭编著，北京航空航天大学出版社，2001共二百九十一页主要(zhyo)内容一、DSP的一般概念二、DSP系统构成及设计方法三、DSP 芯片的基本结构和特征四、定点DSP及定点运算五、浮点DSP及浮点运算六、TMS320系列DSP芯片的工作原理(yunl)七、DSP系统软硬件设计八

2、、DSP应用实例共二百九十一页一、DSP的一般(ybn)概念数字信号处理（Digital Signal Processing） 以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估 值、增强、压缩、识别等处理数字信号处理器（Digital Signal Processor）DSP芯片 是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理 器，其主要应用是实时快速地实现各种( zhn)数字信号处理 算法 1、一般概念共二百九十一页数字信号处理的实现(shxin)方法 在通用(tngyng)的计算机（如PC机）上用软件（如Fortran、C语言）实现 ；速度慢在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；应用受限制用通

3、用的单片机（如MCS-51、96系列等）实现 ；仅限于简单算法用通用的可编程DSP芯片实现 ；广泛应用用专用的DSP芯片实现 ；应用受限制共二百九十一页数字信号处理的实现(shxin)方法 复杂(fz)算法复杂算法简单算法复杂算法复杂算法适应性好嵌入式较快专用指令通用DSP中等嵌入式快硬件专用指令专用DSP较好嵌入式慢汇编语言编程单片机中等非嵌入式快硬件专用指令PC机高速处理较好非嵌入式中等高级语言编程PC机性价比应用场合速度实现方法共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的主要应用领域（1）信号处理（2）图像处理（3）仪器(yq)（4）声音/语言（5）控制（6）军事应用（7）电信（8）无线电

4、共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的主要应用领域（1）信号处理（2）图像处理（3）仪器（4）声音/语言（5）控制（6）军事(jnsh)应用（7）电信（8）无线电数字滤波卷积相关希尔伯特变换FFT自适应滤波加窗波形产生共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的主要应用领域（1）信号处理（2）图像处理（3）仪器（4）声音/语言（5）控制（6）军事应用(yngyng)（7）电信（8）无线电三维旋转机器人视觉图像传输/压缩同态处理模式识别工作站动画/数字地图共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的主要应用领域（1）信号处理（2）图像处理（3）仪器（4）声音/语言（5）控制（6）军事应用(yng

5、yng)（7）电信（8）无线电频谱分析函数发生器模式匹配地震信号处理数字滤波锁相环共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的主要应用领域（1）信号处理（2）图像处理（3）仪器（4）声音/语言(yyn)（5）控制（6）军事应用（7）电信（8）无线电声码器语音识别语音增强语音合成共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的主要应用领域（1）信号处理(xn ho ch l)（2）图像处理（3）仪器（4）声音/语言（5）控制（6）军事应用（7）电信（8）无线电磁盘控制数值控制声控伺服控制机器人控制激光打印机控制发动机控制自适应驾驶共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的主要应用领域（1）信号处理(xn

6、 ho ch l)（2）图像处理（3）仪器（4）声音/语言（5）控制（6）军事应用（7）电信（8）无线电雷达处理声纳处理图像处理导航导弹制导高频调制解调器保密通讯共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的主要应用领域（1）信号处理（2）图像处理（3）仪器（4）声音/语言(yyn)（5）控制（6）军事应用（7）电信（8）无线电回声对消ADPCM代码转换器数字交换机线路转发器解调器通道多路复用1200至19200bps调制自适应均衡传真扩频通讯共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的主要应用领域（1）信号处理（2）图像处理（3）仪器（4）声音/语言（5）控制（6）军事应用(yngyng)（7）电

7、信（8）无线电全球定位导航数字无线电/TV共二百九十一页血压计共二百九十一页DSP系统基本(jbn)构成抗混叠滤波(lb)A/DD/ADSP平滑滤波输入输出存储器共二百九十一页视频会议系统(xtng)共二百九十一页数字式家庭影院共二百九十一页电机(dinj)控制器共二百九十一页POS机共二百九十一页雷达(lid)共二百九十一页医学(yxu)图像监视系统共二百九十一页数码相机(sh m xin j)共二百九十一页MPEG-4压缩(y su)共二百九十一页系统(xtng)设计的一般方法需求(xqi)分析系统结构选择系统总体构成软硬件设计系统调试试运行交付使用共二百九十一页2、DSP芯片(xn pi

8、n)主要特点 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据 片内具有快速 RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问具有低开销或无开销循环(xnhun)及跳转的硬件支持 快速的中断处理和硬件I/O支持具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器可以并行执行多个操作 支持流水线操作，使取指、译码和执行操作可以重叠执行 共二百九十一页DSP的优缺点优点：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 DSP技术更新速度快，开发和调试工具(gngj)不尽完善 共二百九十一页3、DS

9、P芯片(xn pin)的发展历史 世界上第一个单片 DSP 芯片应当是1978年 AMI公司(n s)发布的 S2811 1980 年，日本 NEC 公司推出的PD7720是第一个具有乘法器的商用 DSP 芯片 美国德州仪器（Texas Instruments）公司为世界上最大的 DSP 芯片供应商，其DSP市场份额占全世界份额近 50，AD公司的ADSP2101，ADSP2111, ADSP2171, ADSP21000等系列；Motolora公司的MC56001，MC96002等共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的发展（续）完成(wn chng)乘加操作的时间下降到10ns以下乘法部

10、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，功耗大大下降共二百九十一页TI DSP 芯片(xn pin)发展比较表 500K50K集成晶体管数0.45mW/MIPS12.5mW/MIPS250mW/MIPS功耗$5.00$25.00$ 15.00$150.00价格16K字4K字1.5K字内部ROM32K字1K字144字内部RAM100MHz80MHz20MHzMHz100MIPS40MIPS5MIPSMIPS0.3m CMOS0.8m CMOS4m NMOS制造工艺1999年1992年1982年年份共二百九十一页TMS320系列(xli)主要芯片发展共二百

11、九十一页4、DSP分类(fn li)通用(tngyng)专用定点（Fixed）浮点（Floating）按基础特性：按数据格式：按用途：静态一致性（兼容性）共二百九十一页运算速度DSP芯片的价格 DSP芯片的硬件资源DSP芯片的运算精度(jn d) DSP芯片的开发工具 DSP芯片的功耗 其它：5、DSP的性能指标 共二百九十一页DSP芯片的运算(yn sun)速度 指令周期：即执行一条指令所需的时间 MAC时间：即一次乘法加上一次加法的时间 FFT执行时间：即运行一个N点FFT程序所需的时间 MIPS：即每秒执行百万条指令 MOPS：即每秒执行百万次操作 MFLOPS：即每秒执行百万次浮点操作

12、 BOPS：即每秒执行十亿次操作 MIPS(Million Instruction per second)是一种评估DSP速度的一个指标。DSP运行频率(pnl)也是评估DSP的一个指标，他们二者之间的联系需要考虑到DSP体系结构（是否多路并行结构、是执行定点还是浮点运算）。 共二百九十一页价格 商业级 ：一般应用；适用于实验室等环境较好场合；工业级 ：可靠性好；适用于工业现场等环境恶劣场合；军品 ：可靠性高；适用于各种恶劣( li)场合；航空级 ：可靠性很高；适用于特殊场合；商业级工业级军品航空级价格趋势共二百九十一页硬件资源 内存：RAM、ROM、Flash等 寄存器：通用、特殊功能I/O

13、数量：单向、双向寻址能力：直接、间接(jin ji)定时器、计数器：通讯接口：内置功能单元：A/D、D/A等共二百九十一页运算精度 CALU：寄存器：硬件乘法器：片内RAM：开发工具功耗其它(qt)封装的形式：质量标准：供货情况：生命周期： 一般而言，定点(dn din)DSP芯片的价格较便宜，功耗较低，但运算精度稍低。而浮点DSP芯片的优点是运算精度高，且C语言编程调试方便，但价格稍贵，功耗也较大。 共二百九十一页运算量是DSP芯片处理(chl)能力的标志 按样点处理(chl)一个采用LMS（Least Mean Square）算法的256 抽头的自适应FIR（Finite Impulse

14、Response）滤波器假定：3个MAC/抽头则：2563768个MAC周期设：采样频率为8kHz，即样点之间的间隔为125s；采样频率为44.1kHz，即样点之间的间隔为22.7s共二百九十一页应用领域采样率(kHz)采样周期(s)运算量(MAC)MAC周期200ns指令数MAC周期 50ns指令数MAC周期 25ns指令数语音812576862525005000声频44.122.7768113453907用DSP芯片(xn pin)实现数字滤波共二百九十一页应用领域采样率(kHz)采样周期(s)运算量(MAC)MAC周期200ns指令数MAC周期 50ns指令数MAC周期 25ns指令数语

15、音812576862525005000声频44.122.7768113453907用DSP芯片(xn pin)实现数字滤波共二百九十一页 中低速语音编码算法：10ms或20ms为一帧，每隔10ms或20ms语音编码算法循环一次。选择DSP芯片时应该比较一帧内DSP芯片的处理能力和DSP算法的运算量。假设：DSP芯片的指令周期为 p（ns），一帧的时间(shjin)为 （ns）则：在一帧内所能提供的最大运算量为 /p条指令。如：TMS320LC549-80的指令周期为12.5ns，设帧长为20ms，则一帧内所能提供的最大运算量为160万条指令 按帧处理(chl)共二百九十一页二、DSP系统构成(

16、guchng)及设计方法输入信号(xnho)处理A/DD/ADSP输出信号处理输入输出存储器通讯及人机接口共二百九十一页DSP系统设计(shj)方法功能(gngnng)及指标软件结构用户接口硬件结构外输入接口自上而下自下而上从使用者看从设计者看共二百九十一页DSP系统(xtng)设计方法功能(gngnng)及指标软件结构用户接口硬件结构外输入接口从中间开始软硬件交界面从使用者看从设计者看共二百九十一页DSP总体设计框图(kungt)系统(xtng)需求说明书定义技术指标选择DSP芯片及外围芯片软件设计说明书硬件设计说明书软件编程与测试硬件电路与调试系 统 集 成系统测试，样机、中试与产品共二百

17、九十一页编写(binxi)C语言源程序优化ANSI C编译器汇编语言(hu bin y yn)汇编器生成目标文件链接器生成TMS320汇编文件编写TMS320汇编源程序宏汇编源文件文档管理器宏汇编库输出执行文件调试器TMS320目标系统写EEPROM软件仿真软件开发系统评测模块EVM系统仿真XDS软件系统设计框图共二百九十一页确定硬件(yn jin)方案器件(qjin)选型原理图设计PCB板设计硬件调试硬件系统设计框图A/D，D/A内存，逻辑控制通信，总线人机接口共二百九十一页存储器CPU数据传输接口(ji ku)网络接口银行锁系统(xtng)设计实例磁卡音频键盘显示打印机POS机共二百九十一

18、页显示器CPU存储器多路通用(tngyng)接口电源(dinyun)系统设计实例L/R音箱D/AD/A低音家庭影院家庭网络共二百九十一页视频(shpn)接口CPU时钟(shzhng)网络接口1394系统设计实例存储器音频接口电源专用接口PCI总线视频会议系统共二百九十一页功率(gngl)因数校正I/V测量(cling)CPU稳压源电源系统设计实例存储器功率转换电机驱动器传感器电机控制器共二百九十一页存储器主CPU内部(nib)测量数据(shj)转换信号调理系统设计实例专用电路通讯接口控制器D/A电机雷达从CPU存储专用电路共二百九十一页系统设计(shj)实例医学(yxu)图像监视系统存储器主C

19、PU视频存储数据转换信号调理专用电路从CPU从CPU显示驱动显示器从CPU控制通讯接口专用电路图像处理输入输出共二百九十一页三、DSP芯片(xn pin)的基本结构和特征 DSP芯片的基本(jbn)结构 哈佛结构 流水线操作 专用的硬件乘法器 特殊的DSP指令快速的指令周期 共二百九十一页冯诺曼（Van Neuman）结构(jigu) CPU程序(chngx)存储器数据存储器控制命令地址线数据线共二百九十一页哈佛结构(jigu) CPU程序(chngx)存储器控制命令地址线程序总线数据存储器控制命令地址线数据总线共二百九十一页流水线 流水线深度从26级不等多个(du )指令重叠进行，理想情况下

20、，K 段流水能在 K+N-1个周期内，处理 N 条指令共二百九十一页专用(zhunyng)的硬件乘法器 在通用的微处理器中，乘法指令是由一系列加法来实现的，故需许多个指令周期来完成(wn chng) DSP具有专用的硬件乘法器，乘法可在一个指令周期内完成 共二百九十一页特殊(tsh)的DSP指令 DMOV延迟操作(cozu)LTDLT、DMOV、APACMACD LT、DMOV、MPY、APACRPTK重复执行共二百九十一页TMS320系列(xli)主要芯片一览表共二百九十一页TMS320系列部分(b fen)芯片介绍TMS320C2xxC20 x系列处理能力强，指令周期为25ns，运算能力达

21、40MIPS 片内含有较大的内存（4.5KB）成本低（$718）功耗低。3.3V工作时，每个MIPS消耗1.1mA资源配置灵活，现有10多种具有(jyu)不同资源配置的芯片，为数字控制系统进行了优化设计共二百九十一页TMS320C20X系列芯片(xn pin)的资源配置 TMS320C20X指令周期（ns）片内ROM（字）片内RAM（字）片内FLM（字）同步串行口异步串行口LC2035054411LC2062532K4.5K11C20325/35/5054411C2062532K4.5K11F206504.5K32K11C209354K4.5K共二百九十一页C24x系列(xli)共二百九十一页

22、TMS320系列部分芯片(xn pin)介绍TMS320C2xxC24x（C240 x）系列处理能力强，指令周期为25ns，运算能力达40MIPS 片内含有较大的内存（2.5K）和闪存（64KB）成本低（$89）功耗低。3.3V工作(gngzu)时，每个MIPS消耗1.1mA内置A/D转换器较多的并行口（40）及多种接口设计（CAN、SCI、SPI等）共二百九十一页TMS320C240X系列芯片(xn pin)的资源配置 TMS320C240X指令周期（ns）片内ROM（字）片内RAM（字）片内FLM（字）A/DA/D转换时间LF2407255K64K16ch/10bit500nsLF2406

23、255K64K16ch/10bit500nsLF2403252K32K8ch/10bit500nsLF2402252K16K8ch/10bit500nsLF2401252K16K5ch/10bit500nsLC24062564K5K16ch/10bit375ns共二百九十一页C28x系列(xli)共二百九十一页TMS320系列部分芯片(xn pin)介绍TMS320C2xxC28X系列处理能力强（32bit），指令周期为6.67ns片内含有较大的内存（20KB）和闪存（128KB）成本低（$915）功耗低。内核1.8V，外围(wiwi)3.3V12bit/16ch的A/D转换器较多的并行口（5

24、6）及多种接口设计（CAN、SCI、SPI等）共二百九十一页TMS320C28X系列(xli)芯片的资源配置 TMS320C28X指令周期（ns）片内RAM（字）片内FLM（字）12bitA/D串行口PWMR28126.6720K16ch216R28116.6720K16ch216F28126.6718K128K16ch216F28116.6718K128K16ch216F28106.6718K64K16ch216F28081018K64K16ch216共二百九十一页TMS320系列(xli)部分芯片介绍TMS320C5xC54X系列处理能力强（32bit），指令周期为6.25ns片内含有较大

25、(jio d)的内存（640KB）和ROM（16KB）存储器空间达到8M功耗低。内核1.8V，外围3.3V24ch的DMA较多的并行口（56）及多种接口设计（CAN、SCI、SPI等）共二百九十一页TMS320C54X的资源配置(z yun pi zh) TMS320C54X指令周期（ns）工作电压（V）片内RAM（字）片内ROM（字）串行口BSPC5498.333.3/2.532K16K32C54417.53.3/1.6640K312C5421103.3/1.8256K 4K36C5420103.3/1.8192K36C54166.253.3/1.6128K16K33C54106.253.3

26、/1.564K168K33C54096.253.3/1.632K162K33C54078.333.3/1.540K1284K33共二百九十一页TMS320系列部分(b fen)芯片介绍TMS320C5xRISCC5471集成54xCPU和ARM7TDMI RISC MCU16bitDSP，100MHz时钟，72K16bit片内RAM2K16bit的共享RAM，做为DSP与MCU的接口47.5MHz的MCU，16KB片内RAM10/100Mb/s IEEE803.2以太网控制器及UART36个通用(tngyng)I/O接口、2个通用(tngyng)定时器、可编程锁相环（PLL）时钟产生器其它接口

27、共二百九十一页TMS320系列(xli)部分芯片介绍54xDSP共享RAMMCUTMS320VC5471结构(jigu)示意图共二百九十一页共二百九十一页DSP部分(b fen)共享RAM共二百九十一页MCU部分(b fen)共二百九十一页TMS320系列(xli)部分芯片介绍TMS320C6xC62xC64xC67x共二百九十一页TMS320系列部分芯片(xn pin)介绍TMS320C6xC62X系列处理(chl)能力强（8条32bit指令/周期），指令周期为6ns，1333MIPS，6个40bit运算单元，2个32bit乘法器RAM：4KB程序、4KB数据、64KB通用总存储器空间达到5

28、12M功耗低。内核1.8/1.5V，外围3.3V16ch的增强型DMA2个McBSP、2个32bit定时器及PLL共二百九十一页TMS320系列(xli)部分芯片介绍TMS320C6xC64X系列时钟(shzhng)频率600MHz，指令周期为1.67ns，（8条32bit指令/周期），4800MIPS，6个40bit运算单元，2个32bit乘法器RAM：16KB程序、16KB数据、256KB通用总存储器空间达到1024M功耗低。内核1.2V，外围3.3V64ch的增强型DMA2个视频接口、1个McASP、1个McBSP、3个32bit定时器、16个通用I/O及PLL共二百九十一页TMS320

29、系列部分(b fen)芯片介绍TMS320C6xC67X系列处理能力强（8条/周期），指令(zhlng)周期为3.3ns，2400MIPS，1800MFLOPS，2个浮点运算单元，2个浮点/定点运算单元，4个浮点/定点乘法器RAM：4KB程序、4KB数据、256KB通用总存储器空间达到512M功耗低。内核1.4V，外围3.3V16ch的增强型DMA2个McASP、 2个McBSP、2个32bit定时器及PLL共二百九十一页多处理器DSP TMS320C8x多处理器DSP芯片，用于多媒体，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(zhunyng)数据

30、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 共二百九十一页共二百九十一页TI公司目前比较流行的定点DSP芯片是TMS320C2XX、TMS320C54X、TMS320C62X、 TMS320C64X等流行的浮点DSP芯片是TMS320C3X、 TMS320C4X、 TMS320C67X等即使是同一系列的DSP芯片，某些芯片也已过时，因而建议(jiny)不要使

31、用3.16、DSP芯片(xn pin)的基本结构和特征 共二百九十一页四、定点(dn din)运算及定点(dn din)DSP1、数据格式2、运算方法3、定点(dn din)DSP芯片共二百九十一页1、数据格式 在定点DSP芯片中，采用定点数进行数值运算，其操作数一般采用整型数来表示 DSP芯片的数以2的补码形式表示 数的定标：Q表示法和S表示法 对定点数而言，数值范围与精度是一对矛盾，一个变量要想能够表示比较大的数值范围，必须以牺牲(xshng)精度为代价共二百九十一页0000000000000100Q0表示(biosh)为8192Q15表示(biosh)为0.25Q表示法16进制数2000

32、H小数点的位置0000000000000100小数点的位置符号位共二百九十一页浮点数与定点数的转换(zhunhun)关系 浮点数转换(zhunhun)为定点数定点数转换为浮点数浮点数 x=0.5，定标 Q15， 则定点数0.5*32768=16384 共二百九十一页Q表示S表示十进制数表示范围Q15S0.15-1X0.9999695Q14S1.14-2X1.9999390.Q1S14.1-16384X16383.5Q0S15.0-32768X32767共二百九十一页加法/减法运算(yn sun)的C语言定点模拟 float x,y,z; z=x+y; 两个操作数的定标值一样(yyng) 如果加

33、法/减法的结果超出16位的表示范围，则必须保留32位结果，以保证运算的精度zx+y 共二百九十一页定点(dn din)加法 描述： int x,y,z; long temp;/*临时(ln sh)变量*/ tempy(QxQz), 若QxQz z(int)(temp(QzQx), 若QxQz 共二百九十一页例子： 设x0.5，y3.1，则浮点运算结果为zx+y0.5+3.13.6; Qx15，Qy13，Qz13，则定点(dn din)加法为： x16384；y25395; temp253952)29491; 验算：z29491/81923.6定点(dn din)加法 共二百九十一页定点(dn

34、din)减法 设x3.0，y3.1，则浮点运算结果(ji gu)为zx-y3.0-3.1-0.1; Qx13，Qy13，Qz15，则定点减法为： x24576；y25395； temp25395; tempx-temp24576-25395-819; 因为QxQz，故 z(int)(-819Qy，加法(jif)结果z的定标值为Qz,则定点加法(jif)为：int x，y； long temp，z； tempy(Qx-Qz)，若QxQz ztemp32767; Qx1，Qy0，Qz0，则定点加法为： x30000；y20000; temp20000135000; 结果超过16位的定点(dn di

35、n)加法 共二百九十一页乘法(chngf)运算的C语言定点模拟 float x,y,z; z = xy;int x,y,z; long temp; temp = (long)x; z = (tempy) (Qx+Qy-Qz); z = xy = =共二百九十一页定点(dn din)乘法 设x = 18.4，y = 36.8，则浮点运算值为z =18.436.8 = 677.12;Qx = 10，Qy = 9，Qz = 5，所以x = 18841；y = 18841； temp = 18841L; z = (18841L*18841)(10+9-5) = 354983281L 14 = 2166

36、6;因为(yn wi)z的定标值为5，故定点 z = 21666即为浮点的 z = 21666/32 = 677.08 共二百九十一页除法(chf)运算的C语言定点模拟 float x,y,z; z = x/y; int x,y,z; long temp; temp = (long)x; z = (temp(Qz-Qx+Qy)/y; z = x/y = 共二百九十一页定点(dn din)除法 设x = 18.4，y = 36.8，浮点运算值为z = x/y = 18.4/36.8 = 0.5;Qx = 10，Qy = 9，Qz = 15；所以(suy)有x = 18841, y = 18841

37、; temp = (long)18841; z = (18841L(15-10+9)/18841 = 308690944L/18841 = 16384;因为商z的定标值为15，所以定点z = 16384即为浮点 z = 16384/32768= 0.5 共二百九十一页程序变量(binling)的Q值确定 确定变量的Q值实际上就是确定变量的动态(dngti)范围。设变量的绝对值的最大值为| max |，取整数n，使其满足 如果某变量的值在-1至1之间，即7，可利用硬件READY接口分区转换逻辑（分区转换控制寄存器BSCR）允许在外部存储器分区之间切换时不需要外部为存储器插等待周期跨越分区界线寻址

38、时自动插入一个周期外部总线接口时序存储器寻址时序I/O寻址时序共二百九十一页复位和IDLE3省电工作模式IDLE1和IDLE2模式下，CPU和外围电路的时钟仍工作保持方式允许外部设备控制片外的程序、数据和I/O空间，以便进行DMA操作HOLD（保持请求(qngqi)信号）和HOLDA（保持响应信号）两种工作方式正常保持方式DMA操作方式共二百九十一页TMS320C54X的资源配置(z yun pi zh) TMS320C54X指令周期（ns）工作电压（V）片内RAM（字）片内ROM（字）串行口BSPHPIC54120/255/3.3/3.05K28K2个标准口C54220/255/3.3/3.

39、010K 2K1个TDM口11C54320/253.3/3.010K2K1个TDM口1C54520/253.3/3.06K48K1个标准口11C54620/253.3/3.06K48K1个标准口1C54815/20/253.3/3.032K2K1个TDM口21LC/VC54910/12.5/153.3/2.532K16K1个TDM口21VC5402103.3/1.816K4K21共二百九十一页指令系统(zh ln x tn)算术(sunsh)运算指令逻辑运算指令程序控制指令加载和存储指令共二百九十一页指令(zhlng)的表示方法由操作码和操作数两部分组成标号(bioho)： 助记符 操作数 ；

40、注释ADD Xmem, Ymem, dst指令系统中的符号和记号共二百九十一页数据(shj)形式二进制 111000b 或 111000B八进制 456q 或 456Q十进制 789十六进制(sh li jn zh) A4h 或 A4H 或 0 xA4字符 F字符串 “string”共二百九十一页常用的汇编(hubin)命令.title 一段程序代码的标题.end 程序结尾.text 文本段指示.data 原代码的数据(shj)段起始指示.int 16bit整型量.word 16bit整型量.bss 为变量保留空间.sect 命名一个段.usect 为未初始化的变量保留段共二百九十一页例子(l

41、 zi) .datacoeff .word 011h,022,033 .bss var,1 .bss buffer,10ptr .word 0123h .textadd: LD 10, AR1 LD 0, R1aloop: ADD *AR0+,R1 DBNZ AR1, aloop ST R1, var1 .dataivals .word 0AAh, 0BBh, 0CChvar2 .usect newvars? 1inbuf .usect newvars? 7 .textmyp: LD 10, AR1 LD 0, R1mloop: MPY *AR0+, R1 DBNZ AR!, mloop ST

42、 R1, VAR2 .sect”vectors” .word add mpy共二百九十一页汇编语言(hu bin y yn)的优势与硬件(yn jin)紧密结合执行效率高指令代码短应用场合对空间敏感对运算速度要求很高的场合定时器的应用中断处理程序串口的应用共二百九十一页指令集的特点(tdin) 单指令重复或块重复 块存储器移动(ydng) 操作数可达32位长 2或3个操作数同时读取（DARAM/SARAM） 算法与存取并行条件存储快速的中断返回 共二百九十一页单指令重复(chngf)共二百九十一页块重复(chngf)共二百九十一页存储(cn ch)块移动MOVE_DD: STM # 4000h

43、，AR2 ；源地址 STM #100h，AR3 ；目的(md)地址 RPT #（10241） ；移动数量 MVDD *AR2+1，*AR3+1 ；移动共二百九十一页存储(cn ch)块移动共二百九十一页程序寻址程序计数器跳转调用返回条件操作(cozu)单一指令重复块重复指令复位中断共二百九十一页数据(shj)寻址 七类寻址方式 立即数寻址绝对地址寻址累加器寻址 直接(zhji)寻址间接寻址内存映象寄存器寻址堆栈寻址共二百九十一页绝对(judu)地址寻址 数据存储器dmad寻址 用一标号标记数据空间地址 MVKD SAMPLE,*AR5程序(chngx)存储器pmad寻址 用一标号标记程序空间地

44、址 MVPD TABLE,*AR7- 口地址PA寻址 用一标号标记外部I/O口地址 PORTR FIFO,*AR5 *(lk)寻址 用标号标记数据空间地址 LD *(BUFFER),A 共二百九十一页直接(zhji)寻址 指令中的地址标号构成dmad的低7位（DP方式(fngsh)）或作为正向偏移量（SP方式(fngsh)）。所以指令中地址标号不得超过7位，采用DP或SP方式(fngsh)，由ST1中CPL位决定。CPL0，采用DP方式(fngsh)；CPL1，采用SP方式(fngsh) DP方式 DP中内容作为dmad地址高9位，指令中地址标号作为低7位构成dmad地址 SP方式 以SP中内

45、容作为dmad基地址，指令中地址标号作为正向偏移量，二者相加构成dmad地址 共二百九十一页DP方式(fngsh)共二百九十一页DP方式(fngsh)（续）共二百九十一页间接(jin ji)寻址 指dmad由辅助寄存器AR0AR7内容构成 不仅在于一条(y tio)指令完成读或写数据存储区（单操作数），还在于一条(y tio)指令可以完成两个不同存储区的读操作，或两个不同存储区的写操作，或对两个不同位置的一读一写操作 对SARAM的访问 对SARAM访问使用寄存器AR0AR7，其中AR0为变址寄存器 对DARAM的访问 对DARAM访问使用辅助寄存器AR2AR5 共二百九十一页部分(b fen

46、)变址寄存器用法语 法功 能描 述*ARxdmad=ARxARx包含dmad*ARx-dmad=ARxARx=ARx-1访问后，ARx中地址内容减1*ARx+dmad=ARxARx=ARx+1访问后，ARx中地址内容加1*+ARxdmad=ARx+1ARx=ARx+1访问前，ARx中地址内容加1*ARx-0Bdmad=ARxARx=B(ARx-AR0)访问后，ARx中内容减去AR0中内容，并产生反向借位翻转（用于FFT算法）*ARx-0dmad=ARxARx=ARx-AR0访问后，ARx中内容减去AR0中内容*ARx+0dmad=ARxARx=ARx+AR0访问后，ARx中内容加上AR0中内容

47、共二百九十一页间接(jin ji)寻址 （续）共二百九十一页间接(jin ji)寻址 （续）共二百九十一页堆栈(duzhn)后进先出 c_int00: STM _STACK，SP ；设置起始地址 ADDM #（_STACK_SIZE 1)，*（SP) ；栈长度 ANDM #0FFFEh，*（SP） ；确定(qudng)偶数地址共二百九十一页指令(zhlng)执行实例共二百九十一页fix浮点到定点(dn din)的转换共二百九十一页float定点(dn din)到浮点的转换共二百九十一页Boot选择(xunz)流程共二百九十一页正弦(zhngxin)的计算共二百九十一页余弦(yxin)的计算共二

48、百九十一页平方根的计算(j sun)共二百九十一页七、DSP系统(xtng)软硬件设计与开发1、典型(dinxng)系统的设计（1）典型硬件设计 复位电路、时钟电路、存储器接口、模数 接口、通讯接口（2）主从式系统设计 MPU接口设计、双机通讯（3）引导方式及硬件设计 基本概念、硬件设计（4）软件设计2、软硬件综合设计 设计实例共二百九十一页（1）典型硬件设计(shj) 复位电路 时钟电路 存储器接口 模数接口 通讯接口 1、典型系统(xtng)设计共二百九十一页需求：Reset引脚上10个机器周期以上的低电 平来实现设计(shj)：上电复位一般在Reset引脚上置100 200ms的低电平脉

49、冲实现：简单的RC电路 专用复位电路 带有看门狗电路 电压门槛检测器VCCKRESETTMS320复位(f wi)电路共二百九十一页初始斜率1/023412RC复位(f wi)电路的计算共二百九十一页外部时钟直接(zhji)输入 内部的振荡电路 内部锁相环（PLL）电路功能是把外部提供的时钟经倍频或分频后做为DSP工作的频率X1X2/CLKIN时钟(shzhng)电路时钟输出共二百九十一页TMS320C54xD(15-0)A(15-0)PSDSISR/WMSTRBIOSTRBREADYIAQMSCRSX1X2CLKINCLKOUTCLKMD(1-3)MP/MCCNTHOLDHOLDANM1IN

50、T(0-3)IACKXFBIOTOUTCLKX0DX0FSX0CLKR0DR0FSR0CLKX1DX1FSX1CLKR1DR1FSR1数据/地址总线和控制(kngzh)信号系统(xtng)控制时钟复位信号外部DMA接口外部中断接口外部标志定时器输出串口0串口1共二百九十一页等待状态DSP内部内部读写操作都是单周期，可分为3段：地址建立时间、数据有效时间和存储时间，一般(ybn)要求外部存储器的存储时间小于60%的机器周期需求100 ns普通ROM速度范围器件类型共二百九十一页所有器件都不需要插入等待状态，将READY引脚接高电平等待状态数目的确定(qudng)TMS32020: 200(N-1

51、)+85 T 200N+85 nsTMS32C25-40: 100(N-1)+40 T 100N+40 nsTMS32C25-50: 80(N-1)+29 T 80N+29 ns软件等待状态等待周期寄存器SWWSR （C54x），最大等待状态数为7Low Prog, Low Data : 0000-7FFFhHi Prog, Hi data : 8000-FFFFhI/O : 0000-FFFFh执行到最后一个等待状态时，MSC信号变为低电平 Low ProgHi ProgLow DataHi DataI/OR2-05-38-611-914-1215共二百九十一页硬件等待状态要求插入7个以上的

52、等待状态在一个存储区中有两种以上的存取速度READY引脚的功能(gngnng)，若=0，表示没有准备好，处理器自动插入一个等待状态，然后再检查READY信号如果不需要插入硬件等待状态，将READY和MSC引脚直接相连硬件等待状态电路是由MSC和READY信号线及外部电路构成的共二百九十一页READYTMS320MSCREADYTMS320MSCPS+ PS, DS, IS的组合(zh) 中间可接D触发器和JK触发器组成的电路等待电路的设计步骤READY信号产生机制片选CS给各个外设合适的等待时间对所有分开的就绪定时(dn sh)作逻辑或，并连接实际的就绪输入，产生外部就绪信号共二百九十一页RO

53、M的类型(lixng)ROM掩膜只读存储器（PROM）一次性编程的OTPROM紫外线可擦除EPROM电可擦除EEPROM可快速(kui s)擦写闪存flash memory, 256M,100万次擦写，60ns以下的访问速度，工作电压逐渐下降DDR266标准的DDR SDRAM能提供2.1GB/s的内存带宽，而传统的PC133 SDRAM却只能提供1.06GB/s的内存带宽 共二百九十一页ROM与DSP芯片(xn pin)的接口一般存储器的数据线为8位，需要采用两片存储器才能构成(guchng)16位数据和程序的存取相当一部分ROM需要 5 V供电快速PROM/EPROM接口TMS320的地址

54、线和数据线与存储器的地址线和数据线相连，辅以必要的译码电路慢速EPROM等待状态EEPROM工作方式的选择：读操作，写操作，输出禁止，写禁止Flash Memory工作方式的选择：读，编程，SV擦除，写禁止，编程禁止CE OE WE共二百九十一页TMS320与ROM接口(ji ku)逻辑图A0-A15TMS320MSCREADYD0-D7逻辑(lu j)控制CEROMRWPSMSTRB共二百九十一页RAM的类型(lixng)RAM静态RAM （SRAM）Async SRAM, (Asynchromous Static RAM), 异步静态随机存储器Sbsram, (synchronous bu

55、rst sram), 同步突发静态随机存储器PB SRAM, (Pipelined Burst SRAM)，管道(gundo)突发随机存储器动态RAM （DRAM）EDO RAM，(extended data out), 扩展数据输出存储器CDRAM, (Cached DRAM)，高速缓存随机存储器 SDRAM, (Synchronous DRAM), 同步动态随机存储器 DDR SDRAM, (Double Data Rate SDRAM), 同步动态随机储存器RAMBUS RAM , rdram 共二百九十一页RAM与DSP芯片(xn pin)的接口可用作数据存储器，也可用到程序存储器TM

56、S320提供(tgng)了PS和DS选择不同的地址空间PSDSA15地址空间：8000h-FFFFh正确地划分程序和数据空间片选信号共二百九十一页TMS320与RAM接口(ji ku)逻辑图A0-A15TMS320MSCREADYD0-D7逻辑(lu j)控制CERAMRWDSD0-D7CERAMD0-D7D8-D15MSTRB共二百九十一页无等待(dngdi)读写共二百九十一页1个等待(dngdi)读写共二百九十一页供电(n din)电压不同时TMS320与ROM接口逻辑图A0-A15TMS320MSCREADYD0-D7逻辑(lu j)控制CEROMRWPSMSTRB3.3V5VD0D7D

57、0D7共二百九十一页DSP芯片(xn pin)的DMA接口控制信号HLOD和HLODADSP接收(jishu)外设提出的DMA请求信号HLODDSP交出总线和地址总线的控制权将HLODA拉低，通知外设可以接管数据和地址总线，进行DMA操作共二百九十一页DMA的操作从任何一个物理地址读取，写入任何一个物理地址DMA总体控制寄存器DMA源地址DMA目的地址DMA传输寄存器 DMA与CPU的联系DMA本身的操作，主要是DMA通道(tngdo)的同步DMA的处理(chl)共二百九十一页共二百九十一页TMS320与I/O接口(ji ku)与外部存储器的接口方式相同，地址总线、数据总线、片选信号控制(kn

58、gzh)信号IOSTRB替代MSTRB共二百九十一页总线(zn xin)驱动和锁存总线驱动负载比较大时单向总线驱动和双向总线驱动，8位和16位总线锁存冯.诺依曼结构的MCU中，数据、地址有一部分总线是复用的，需加入74LS373，74LS273在DSP中锁存器可作为输出口等其他(qt)功能使用共二百九十一页中断(zhngdun)电路的设计一般3种外部中断定时器中断DMA中断串口接收、发送中断边沿触发中断方式和电平(din pn)触发中断方式在电平触发中断方式中，低电平脉冲的宽度必须满足一定的宽度： 1T Pwidth 2T共二百九十一页共二百九十一页中断(zhngdun)的编程开中断和关中断的

59、处理，ST寄存器软件(run jin)中断的应用，ST寄存器的软件(run jin)设置中断处理程序的现场保护中断冲突的处理共二百九十一页电源(dinyun)电路通过(tnggu)专用芯片实现双电压供电I/O电源DVDD 1.8V2.5V内核电源CVDD 3.3V3.3V和5V混合逻辑电路如果电平标准不同或电压承受要求等问题需要加入电平转换电路4.445.0V CMOS0.8V TTLVilVihVolVoh共二百九十一页TMS320C54x的BOOT设计(shj)将程序从外部装载到程序存储器目的：将慢速存储器中的程序和数据在运行之前装载到快速存储器从一个

60、(y )外部8位或16位EPROM加载从用户定义的地址热自举8位或16位并行I/O口串口HPI总线共二百九十一页C54x：Memory MapMicroprocessor系统(xtng)复位后，从位于片外的程序存储区(EPROM)开始执行Microcomputer系统复位后，从位于片内的程序存储区(ROM)开始执行共二百九十一页共二百九十一页选择自举方式MP/MC引脚为高电平，工作在微处理器方式，从外部程序存储器0FF80h起执行用户程序MP/MC引脚为低电平，工作在微计算机方式，从片内ROM的0FF80h起执行程序，并选择自举方式片内ROM上0FF80h的程序进行初始化，中断与RAM映象到程