DSP完整课件第1课

DSP技术1、2DSP综述、TMS320LF240x系列DSP概述3TMS320LF240x的CPU功能模块和时钟模块4系统配置和中断模块5存储器和I/O空间6数字输入输出I/O7事件管理器8模数转换(ADC)模块9串行通信接口SCI13、15DSP开发及C语言编程DSP技术1、2DSP综述、TMS320LF240x系列D第1章数字信号处理器(DSP)综述1.1什么是DSP1.2DSP技术的发展及现状1.3DSP的应用1.4DSP与单片机、嵌入式微处理器的区别1.5DSP的基本结构及主要特征1.6DSP的分类及主要技术指标1.7如何选择DSP第1章数字信号处理器(DSP)综述1.1什么是DSP作业1）什么是DSP2）DSP的基本特点3）什么是改进型的哈佛结构4）DSP与单片机的主要区别5）DSP分类：定点浮点6）2407内部结构作业1）什么是DSP1.1什么是DSPDSPDigitalSignalProcessingDigitalSignalProcessor?

DSP（数字信号处理）是一门涉及多门学科并广泛应用于很多科学和工程领域的新兴学科。

数字信号处理包括两个方面的内容:

1．算法的研究

2．数字信号处理的实现

1.1什么是DSPDSPDigitalSignalPr1.2DSP技术的发展及现状

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，主要用于实时快速实现各种数字信号处理的算法。

20世纪80年代以前，由于受实现方法的限制,数字信号处理的理论还不能得到广泛的应用。直到世界上第一块DSP芯片的诞生，才使理论研究成果广泛应用到实际的系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。DSP芯片的诞生及发展对近20年来通信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。

DSP芯片诞生于20世纪70年代末，经历了以下三个阶段。第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后）。

1978年AMI公司生产出第一片DSP芯片S2811。

1979年美国Intel公司发布了商用可编程DSP器件Intel2920,由于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据处理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指令周期200~250ns，应用领域仅局限于军事或航空航天部门。1）DSP技术的发展1.2DSP技术的发展及现状DSP芯片是一种特别适第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。－－硬件结构上更适合数字信号处理的要求，能进行硬件乘法、硬件FFT变换和单指令滤波处理，其单指令周期为80~100ns。

如TI公司的TMS320C20，它是该公司的第二代DSP器件,采用了CMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为语音处理、图像硬件处理技术的发展奠定了基础。

20世纪80年代后期，以TI公司的TMS320C30为代表的第三代DSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。

这个时期的器件主要有:TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，Motorola公司的DSP5600、9600系列，AT&T公司的DSP32等。

1.2DSP技术的发展及现状第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。－－硬件结构第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。

这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善,而且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上,大大地提高了数字信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单指令周期10ns左右，可在Windows环境下直接用C语言编程,使用方便灵活，使DSP芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。

目前,DSP芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处理器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、外围电路内装化、低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的完善，使DSP的应用开发更加灵活方便。1.2DSP技术的发展及现状第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。这一1.2DSP技术的发展及现状1.2DSP技术的发展及现状2）DSP技术的现状1.2DSP技术的发展及现状（1）制造工艺

早期DSP采用4m的NMOS工艺。现在的DSP芯片普遍采用0.25m或0.18m亚微米的CMOS工艺。芯片引脚从原来的40个增加到200个以上，需要设计的外围电路越来越少，成本、体积和功耗不断下降。（2）存储器容量早期的DSP芯片，其片内程序存储器和数据存储器只有几百个单元。目前，片内程序和数据存储器可达到几十K字，而片外程序存储器和数据存储器可达到16M48位和4G40位以上。（3）内部结构

目前，DSP内部均采用多总线、多处理单元和多级流水线结构，加上完善的接口功能，使DSP的系统功能、数据处理能力和与外部设备的通信功能都有了很大的提高。

2）DSP技术的现状1.2DSP技术的发展及现状（1）制造2）DSP技术的现状1.2DSP技术的发展及现状（4）运算速度近20年的发展，使DSP的指令周期从400ns缩短到10ns以下，其相应的速度从2.5MIPS提高到2000MIPS以上。（5）高度集成化

集滤波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP内核于一体的模拟混合式DSP芯片已有较大的发展和应用。

（6）运算精度和动态范围

DSP的字长从8位已增加到32位，累加器的长度也增加到40位，从而提高了运算精度。同时，采用超长字指令字（VLIW）结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理的动态范围。（7）开发工具

具有较完善的软件和硬件开发工具，如：软件仿真器Simulator、在线仿真器Emulator、C编译器和集成开发环境等，给开发应用带来很大方便。

2）DSP技术的现状1.2DSP技术的发展及现状（4）运算*3）DSP技术的发展趋势1.2DSP技术的发展及现状（1）DSP的内核结构将进一步改善

多通道结构和单指令多重数据（SIMD）、特大指令字组（VLIM）将在新的高性能处理器中占主导地位，如AD公司的ADSP-2116x。

（2）DSP和微处理器的融合

微处理器MPU：是一种执行智能定向控制任务的通用处理器，它能很好地执行智能控制任务，但是对数字信号的处理功能很差。

DSP处理器：具有高速的数字信号处理能力。

在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能。

将DSP和微处理器结合起来，可简化设计，加速产品的开发，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。

*3）DSP技术的发展趋势1.2DSP技术的发展及现状（1*3）DSP技术的发展趋势1.2DSP技术的发展及现状（7）DSP的并行处理结构为了提高DSP芯片的运算速度，各DSP厂商纷纷在DSP芯片中引入并行处理机制。这样，可以在同一时刻将不同的DSP与不同的任一存储器连通，大大提高数据传输的速率。（8）功耗越来越低

随着超大规模集成电路技术和先进的电源管理设计技术的发展，DSP芯片内核的电源电压将会越来越低。

总之，对于高速、高密度数据处理应用，DSP将向多核转变，目前已经有一款6核方案，在未来25年可能一个DSP芯片将集成百个处理器。而对于那些不属于高密度的应用，DSP将来的发展方向是SoC。这些新的SoC集成系统将在系统处理器(如ARM)的控制下，同时使用可编程DSP和可配置DSP加速器，它们将成为许多创新性产品的开发平台。可编程SoC是未来DSP的生存之道。*3）DSP技术的发展趋势1.2DSP技术的发展及现状（71.3DSP的应用随着DSP芯片价格的下降，性能价格比的提高，DSP芯片具有巨大的应用潜力。

主要应用：

1.信号处理

2.通信

3.语音

4.图像处理

5.军事

6.仪器仪表

7.自动控制

8.医疗工程

9.家用电器

10.计算机如：数字滤波、自适应滤波、快速傅氏变换、Hilbert变换、相关运算、频谱分析、卷积、模式匹配、窗函数、波形产生等；

如：调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、移动通信、纠错编译码、可视电话、路由器等；如：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音存储、文本—语音转换等；如：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像鉴别、图像增强、图像转换、模式识别、动画、电子地图、机器人视觉等；

如：保密通信雷达处理声纳处理导航导弹制导电子对抗全球定位GPS

搜索与跟踪情报收集与处理等如：频谱分析、函数发生、数据采集、锁相环、模态分析、暂态分析、石油/地质勘探、地震预测与处理等；如：引擎控制声控发动机控制自动驾驶机器人控制磁盘/光盘伺服控制神经网络控制等如：助听器

X-射线扫描心电图/脑电图超声设备核磁共振诊断工具病人监护等如：高保真音响音乐合成音调控制玩具与游戏数字电话/电视高清晰度电视HDTV

变频空调机顶盒等如：震裂处理器图形加速器工作站多媒体计算机等1.3DSP的应用随着DSP芯片价格的下降1.3DSP与单片机、嵌入式微处理器的区别②单片机(微控制器):用于不太复杂的数字信号处理。结构较简单，没有乘法器，I/O接口多，位控制能力强，成本低，使用方便。如51系列，AVR系列，PIC系列等③嵌入式微处理器：基于通用计算机CPU，具有较高的抗干扰能力，可靠性高，地址线较多，存储空间大，可配备实时操作系统，如，ARM7/ARM9等，多用于控制系统。

①DSP：结构复杂，片内设计有硬件乘法器及累加器，多处理单元，多总线结构，流水线技术，专门的指令系统，能够高速、实时地实现具有乘积累加特点的、复杂的数字信号处理算法。如TI的TMS320系列等。1.3DSP与单片机、嵌入式微处理器的区别②单片机(微控1.5DSP的基本结构及主要特征数字信号处理不同于普通的科学计算与分析，它强调运算的实时性。除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外,针对实时数字信号处理的特点,在处理器的结构、指令系统、指令流程上作了很大的改进,其主要特点如下：冯·诺伊曼(Von-Neumann)结构——程序存储器与数据存储器合为一体，单地址、数据总线，不能同时取指令和取操作数，易造成传输通道上的瓶颈现象。1）哈佛结构图冯·诺伊曼结构CPU程序与数据存储器地址总线AB数据总线DB1.5DSP的基本结构及主要特征数字信号处1.5DSP的基本结构及主要特征哈佛(Havard)结构——程序空间和数据空间分开，各自有自己的地址总线和数据总线，能够同时取指令(来自程序存储器)和取操作数(来自数据存储器)。图

哈佛结构CPU程序存储器程序地址总线PAB程序数据总线PDB数据存储器数据地址总线DAB数据数据总线DDB改进的哈佛结构——采用双存储空间和多条总线，即一条程序总线和多条数据总线。特点为：

①允许在程序空间和数据空间之间相互存储、传送数据,使这些数据可以由算术运算指令直接调用,增强芯片的灵活性；②提供了存储指令的高速缓冲器（cache）和相应的指令,当重复执行这些指令时,只需读入一次就可连续使用，不需要再次从程序存储器中读出,从而减少了指令执行作需要的时间。1.5DSP的基本结构及主要特征哈佛(Havard)结构—1.5DSP的基本结构及主要特征——多条地址、数据总线，可保证同时进行取指令和多个数据存取操作，并由辅助寄存器自动增减地址进行寻址，使CPU在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问。总线越多，在同一时间内实现的操作越多，所完成的功能就越复杂。DSP芯片都采用多总线结构，大大地提高了DSP的运行速度。

例如,TMS320C240x内部有数据读总线、数据写总线、程序读总线，还有相对应的地址总线，可以实现：一个机器周期内从程序存储器取1条指令从数据存储器读1个操作数向数据存储器写1个操作数内部总线是个十分重要的资源。2)多总线结构1.5DSP的基本结构及主要特征——多条地址、数据总线，可1.5DSP的基本结构及主要特征

DSP执行一条指令，可分成取指、译码、取操作和执行等几个阶段。在程序运行过程中这几个阶段是重叠的，这样，在执行本条指令的同时，还依次完成了后面3条指令的取操作数、译码和取指，将指令周期降低到最小值。利用这种流水线结构，加上执行重复操作，就能保证数字信号处理中用得最多的乘法累加运算可以在单个指令周期内完成。时钟取指令指令译码取操作数执行指令T1T2T3T4NN-1N-2N-3N+1NN-1N-2N+2N+1NN-1N+3N+2N+1N四级流水线操作3)流水线操作(pipeline)1.5DSP的基本结构及主要特征DSP执行1.5DSP的基本结构及主要特征4)多处理单元

DSP内部一般都包括有多个处理单元，如：算术逻辑运算单元(ALU)辅助寄存器运算单元(ARAU)累加器(ACC)硬件乘法器(MUL)

它们可以在一个指令周期内同时进行运算。例如，当执行一次乘法和累加的同时，辅助寄存器单元已经完成了下一个地址的寻址工作，为下一次乘法和累加运算做好了充分的准备。为了适应数字信号处理的需要，当前的DSP芯片都配有专用的硬件乘法-累加单元(MAC)，可在一个周期内完成一次乘法和累加操作。如矩阵运算、FIR和IIR滤波、FFT变换等专用信号的处理。1.5DSP的基本结构及主要特征4)多处理单元1.5DSP的基本结构及主要特征5)硬件配置强除CPU的多处理单元外，DSP的接口功能也愈来愈强，更易于完成系统设计。如240x集成了AD转换器、片内闪存、多路复用I/O引脚、事件管理器、串行通信接口模块、串行外设模块、具有独立总线的直接存储访问单元DMA、CAN总线模块、用于仿真的JTAG接口等。6）特殊的DSP指令为了更好地满足数字信号处理应用的需要，在DSP的指令系统中，设计了一些特殊的DSP指令。例如，重复、位反转、乘积累加、循环指令，又如240x中的DMOV和LDT指令，使得寻址、排序的速度大大提高。1.5DSP的基本结构及主要特征5)硬件配置强1.5DSP的基本结构及主要特征8）指令周期短

基于以上特点，以及DSP广泛采用亚微米CMOS制造工艺，其运行速度越来越快。如C2000运行速度可达600MFLOPS，C5000运行速度可达600MIPS。；C6000的运行速度达到8000MIPS，多核的更高。7)运算精度高一般DSP的字长为16位、24位、32位。为防止运算过程中溢出，有的累加器达到40位。此外，一批浮点DSP，例如C3x、C4x、ADSP21020等，则提供了更大的动态范围。1.5DSP的基本结构及主要特征8）指令周期短1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.1DSP的分类

1）按用途分类

2）

按数据格式分类1）

按用途分类按照用途，可将DSP芯片分为通用型和专用型两大类。

通用型DSP芯片：一般是指可以用指令编程的DSP芯片，适合于普通的DSP应用，具有可编程性和强大的处理能力，可完成复杂的数字信号处理的算法。

专用型DSP芯片：是为特定的DSP运算而设计，通常只针对某一种应用，相应的算法由内部硬件电路实现，适合于数字滤波、FFT、卷积和相关算法等特殊的运算。主要用于要求信号处理速度极快的特殊场合。1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.1DSP的分类1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.1DSP的分类

1）按用途分类

2）

按数据格式分类2）按数据格式分类根据芯片工作的数据格式，按其精度或动态范围，可将通用DSP划分为定点DSP和浮点DSP两类。若数据以定点格式工作的——定点DSP芯片。若数据以浮点格式工作的——浮点DSP芯片。

不同的浮点DSP芯片所采用的浮点格式有所不同，有的DSP芯片采用自定义的浮点格式，有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式。1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.1DSP的分类1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.2DSP的主要技术指标1)时钟频率①外部时钟频率，一般指晶振频率；②内部工作主频，反映DSP的数据处理速度。主频=晶振频率X锁相环的倍频系数。

通常，DSP采用较低的晶振(减少干扰)经倍频得到较高的主频以提高数据处理速度。

2）机器周期

DSP执行一条指令所需要的时间。DSP的大部分指令都是单周期的，也能反映DSP的数据处理速度。3）MIPSMillionsofInstructionPerSecond,每秒执行百万条指令。综合了时钟频率、并行度、机器周期等来反映处理速度的指标，与机器周期互为倒数。1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.2DSP的主要技1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.2DSP的主要技术指标3)MOPSMillionsofOperationPerSecond,每秒执行百万次操作。操作次数≠指令条数，不同的DSP对操作的定义不同，不同的指令所需要完成的操作次数也不同。4）MFLOPSMillionsofFloatOperationPerSecond，每秒执行百万次浮点运算。是衡量浮点DSP运算能力的指标之一。5）MACS1s之内DSP完成乘积累加的次数。以上指标只是反映DSP片内全速运行的速度，不代表整个系统的处理速度。1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.2DSP的主要技1.7如何选择DSP主要取决于应用场合，以够用、低成本为前提。1)数据格式的选择定点还是浮点？浮点：动态范围大，编程容易些，但是结构复杂，功耗较大。定点：动态范围较小，编程需要考虑数据的动态范围和精度，但是功耗低、成本低。2）数据宽度浮点DSP为32位，大部分定点DSP为16位，也有20位、24位、32位的。数据字的长短是影响成本的重要因素，它关系到芯片的引脚数、大小、片外存储器的大小3）速度系统运行速度不单单取决于DSP芯片，要全局考虑。时钟频率越高，系统干扰越大。1.7如何选择DSP主要取决于应用场合，以够1.7如何选择DSP主要取决于应用场合，以够用、低成本为前提。4)存储器应该关注双访问存储器的大小、高速缓存、存储空间的大小。5）开发的难易程度编程语言有汇编、C/C++，开发调试环境是决定开发难易程度的关键。6）是否支持多处理器7）功耗和电源管理

8）器件封装

1.7如何选择DSP主要取决于应用场合，以够第2章TMS320LF240x系列DSP概述2.1TI公司TMS320系列DSP简介2.2TMS320LF240x系列DSP简介TI公司的DSP产品时目前世界上的主流产品，市场占有份额60%左右。第2章TMS320LF240x系列DSP概述2.1TI公2.1TI公司TMS320系列DSP简介TI公司自1982年推出第一款定点DSP芯片以来，相继推出定点、浮点和多处理器三类运算特性不同的DSP芯片，共计已发展了七代产品。其中，定点运算单处理器的DSP有七个系列，浮点运算单处理器的DSP有三个系列，多处理器的DSP有一个系列。主要按照DSP的处理速度、运算精度和并行处理能力分类，每一类产品的结构相同，只是片内存储器和片内外设配置不同。

定点DSP：

①TMS320C1x系列

16bit第一代

1982年前后；②TMS320C2x系列

16bit第二代

1987年前后；③TMS320C5x系列

16bit第五代

1993年；④TMS320C54x系列

16bit第七代

1996年；⑤TMS320C24x系列

16bit第七代

1996年；⑥TMS320C6x系列

32bit第七代

1997年；⑦TMS320C55x系列16bit第七代2000年。2.1TI公司TMS320系列DSP简介2.1TI公司TMS320系列DSP简介浮点DSP：①

TMS320C3x系列

32bit第三代

1990年；②

TMS320C4x系列

32bit第四代

1990年；③TMS320C67x系列64bit第七代1998年。

多处理器DSP：

TMS320C8x系列32bit第六代1994年。

C2x、C24x、C28x称为C2000系列，用于数字控制系统；

C54x、C55x称为C5000系列，主要用于功耗低、便于携带的通信终端；

C62x、C64x和C67x称为C6000系列，主要用于高性能复杂的通信系统，如移动通信基站。

符号含义：√

C——CMOS

LC——3.3V,低功耗,CMOS

√

F——片内带Flash

LF——3.3V,低功耗,片内带Flash√

A——芯片带加密位2.1TI公司TMS320系列DSP简介浮点DSP：多处理C64xC55x,C547xC28x30/31/32C55+ARM2.1TI公司TMS320系列DSP简介四个工作平台·TMS320C2000:用于优化和控制系统·TMS320C5000:省电型处理器、用于通信·TMS320C6000:业内最快的处理器提高单片的多通道的处理能力·TMS320C3X浮点处理器用于图像处理和工业控制·定点式：动态范围小，易溢出，需利用定标防止溢出；功耗低。·浮点式：动态范围大，没有溢出风险；功耗较大。C64xC55x,C547xC28x30/31/32C55+2.1.1TMS320C2000系列1）TMS320C2000系列

C2XX是TI公司的一代高性能、低价位定点DSP，是专门针对控制应用的，集成了闪存、A/D、CAN总线控制器等片内外设。主要有三大类：

√

TMS320C20x:C203,F206，主要用于电话、数码相机、嵌入式家电设备。

√TMS320C24x:LF2407，16位定点，10位A/D，主要用于电机控制、智能仪表、工业自动化、机电一体化等。

√TMS320C28x:F2810,F2812，32位定点，12位A/D，主要用于无感测速度控制、随机的PWM、功率因子改善等等。C28同时亦是世界上程序代码最有效率的DSPs，且C28x的程序代码与目前所有的C2000DSPs的程序代码是兼容的。2.1.1TMS320C2000系列1）TMS320C22.1.1TMS320C2000系列

√TMS320C28X:2.1.1TMS320C2000系列√TMS32.1.2TMS320C5000系列1）TMS320C5000系列

低功耗与高性能相结合可提供业界最低的待机功耗，同时还支持高级自动化电源管理，执行速度高达900MIPS，满足实时嵌入设备的要求，能够充分满足诸如数字音乐播放器、VoIP(VoiceoverInternetProtocol)、免提终端附件、GPS接收机以及便携式医疗设备等个人及便携式产品的需求。分成C54xx系列和55xx系列。C54xx系列规范：•16位定点DSP•功耗低至40mW•单内核与多内核产品，性能范围为30–532MIPS•具有1.2、1.8、2.5、3.3以及与5V版本。2.1.2TMS320C5000系列1）TMS320C52.1.2TMS320C5000系列C54xx系列规范：•集成RAM与ROM配置•自动缓冲型串行端口•多通道缓冲型串行端口•主机端口接口•超薄封装(100、128、144、176引脚的LQFP封装；143、144、176与169引脚的MicroStarBGAs™封装）•每个内核均具有一个6通道DMA控制器应用范围：数字蜂窝通信、个人通信系统、寻呼机、个人数字助理、数字无绳通信设备、无线数据通信、免提车载套件、计算机语音电话系统、语音分组、便携式因特网音频设备、调制解调器特性。2.1.2TMS320C5000系列C54xx系列规范：2.1.2TMS320C5000系列C55xx系列规范：•业界产品范围最全面、电源效率最高的DSP系列，待机功耗低至0.12mW，性能高达600MIPs•业界最低的待机功耗能够显著延长电池使用寿命•与所有C5000™DSP实现了软件兼容•简单易用的软件与开发工具大幅加速产品上市进程。应用范围：特性丰富的微小型便携式数字音频产品(MP3/AAC)、(IP)PBX、免提车载套件、便携式医疗设备、低成本VoIP/DECT电话、便携式仪表、指纹／图案识别以及GPS接收机等。特性：•高级自动电源管理•可配置的闲置域可延长电池使用寿命•更短的调试时间可加速产品上市进程•大容量片上RAM，达32KB～320KB2.1.2TMS320C5000系列C55xx系列规范：2.1.2TMS320C5000系列C55xx系列规范：•业界产品范围最全面、电源效率最高的DSP系列，待机功耗低至0.12mW，性能高达600MIPs•业界最低的待机功耗能够显著延长电池使用寿命•与所有C5000™DSP实现了软件兼容•简单易用的软件与开发工具大幅加速产品上市进程。应用范围：特性丰富的微小型便携式数字音频产品(MP3/AAC)、(IP)PBX、免提车载套件、便携式医疗设备、低成本VoIP/DECT电话、便携式仪表、指纹／图案识别以及GPS接收机等。特性：•高级自动电源管理•可配置的闲置域可延长电池使用寿命•更短的调试时间可加速产品上市进程•大容量片上RAM，达32KB～320KB2.1.2TMS320C5000系列C55xx系列规范：2.1.2TMS320C5000系列2.1.2TMS320C5000系列2.1.3TMS320C6000系列最高性能C6000™DSP平台可提供业界最高性能的定点与浮点DSP，C代码开发效率高。包含62xx、64xx、67xx系列，适用于视频、影像、宽带基础局端以及高性能音频等应用领域。外设：•增强型直接存储存取控制器•外设组件互连•用于ATM的通用测试与操作PHY接口(UTOPIA)•Viterbi协处理器•Turbo协处理器•外部存储器接口•多通道缓冲的串行端口•主机端口接口•直接存储存取控制器•32位扩展总线•SerialRapidIO®2.1.3TMS320C6000系列最高性能外设：2.1.3TMS320C6000系列

C642xDSP拥有C6421以及C6424DSP两种版本。这些DSP具有引脚兼容性，而且可全面扩展速度和/或特性，每万片批量的单价最低为8.95美元。这两款最新的DSP拥有400、500以及600MHz等速度版本，并且具有相同的原始处理能力，但是在片上存储器与外设方面有所差异。TMS320C64x™DSP系列----最佳性价比的定点DSPTMS320DM64xx----达芬奇(DaVinci)/数字媒体处理器

TMS320DM64x数字媒体处理器专为视频而精心优化，包含各种高性能、低成本选项。TMS320DM64x系列数字媒体处理器不仅具有全面可编程性，而且还可提供业界领先的高性能，能够充分满足要求最严格的流式多媒体应用的需求。此外，TI还可提供丰富的配套模拟部件、简单易用的开发工具以及广泛的视频与影像第三方算法等。2.1.3TMS320C6000系列C642x2.1.3TMS320C6000系列通过SerialRapidIO及其他高带宽外设支持高性能多处理功能，频率高达1.2GHz。TMS320C645x™DSP系列----业界速度最快的单内核DSP外设：•SerialRapidIO:10-Gb/s全双工。•电信串行接口端口(TSIP)。•其他高带宽外设：千兆以太网，MAC(MediaAccessControl)、UTOPIA（UniversalTest&OperationsPHYInterfaceforATM）、PCI-66(ProcessInputOutput)与HPI。•多达两个EMIFs:32位DDR2(DoubleDataRate2),64位EMIF(ExternalMemoryInterface)2.1.3TMS320C6000系列通过Ser2.2TMS320LF240x系列DSP简介专为数字电机控制及其他控制系统设计的，将数字信号处理的高速运算功能与面向电机的强大控制功能相结合，成为传统微控制器的理想替代品。可用于控制功率开关转换器、多电机等。

主要包括：（1）片内带闪存：TMS320LF2402、TMS320LF2406、TMS320LF2407、TMS320LF2407A；（2）片内带ROM:TMS320LC2402、TMS320LC2404、TMS320LC2406。其中，TMS320LF2407/TMS320LF2407A是集成度最高、性能最强的运动控制DSP芯片。TMS320LF2407的处理速度为30MIPS,TMS320LF2407A的为40MIPS。2.2.1TMS320LF240x系列的型号及特点2.2TMS320LF240x系列DSP简介专为特点：改进的哈佛结构4级流水线双8路或单16路的10位A/D转换器，转换时间约几百ns32K字闪存，2.5K字RAM，其中含544字的双访问RAM,2K字的单访问RAM41个可独立编程的多路复用I/O引脚2个用于控制各类电机的事件管理器EVA、EVB：2个16位通用定时器8个16位PWM通道定时捕捉外部事件的3个捕捉单元，其中2个能直接与光电编码器连接防止击穿故障的可编程PWM死区控制2.2.1TMS320LF240x系列的型号及特点特点：2.2.1TMS320LF240x系列的型号及特点特点：串行通信接口(SCI)模块串行外设接口(SPI)模块带锁相环(PLL)的时钟模块

含有控制器局域网络(CAN)2.0B模块。5个外部中断源（1个复位、2个驱动保护、2个可屏蔽）看门狗(WD)定时器模块可扩展的192K字的空间（64K字的程序存储器空间，64K字的数据存储器空间，64K字的I/O空间）3种低功耗模式的电源管理。3.3V内核工作电源5VFlash编程电源用于仿真的JTAG接口2.2.1TMS320LF240x系列的型号及特点特点：2.2.1TMS320LF240x系列的型号及特点共144个引脚2.2.2TMS320LF2407/2407A的引脚

在TMS320LF240x系列的DSP中，不同型号芯片的引脚数是不同的。TMS320LF2407A的引脚涵盖了其他芯片的所有引脚。共144个引脚2.2.2TMS320LF22.2.2TMS320LF2407/2407A的引脚功能结构图2.2.2TMS320LF2407/2407A的引脚功能结2.2.2TMS320LF2407/2407A的引脚TMS320LF2407A共有144个引脚，可分为以下几类：事件管理器A(EVA)引脚；

事件管理器B(EVB)引脚；模数转换器(ADC)引脚；

通信模块(CAN/SPI/SCI)引脚；

外部中断与时钟引脚；

振荡器/PLL/FLASH/引导程序及其他引脚；

JTAG仿真测试引脚；

地址/数据和存储器控制信号引脚；

电源引脚。2.2.2TMS320LF2407/2407A的引脚TMS作业1）什么是DSP2）DSP的基本特点3）什么是改进型的哈佛结构4）DSP与单片机的主要区别5）DSP分类：定点浮点6）2407内部结构作业1）什么是DSPDSP完整课件第1课DSP技术1、2DSP综述、TMS320LF240x系列DSP概述3TMS320LF240x的CPU功能模块和时钟模块4系统配置和中断模块5存储器和I/O空间6数字输入输出I/O7事件管理器8模数转换(ADC)模块9串行通信接口SCI13、15DSP开发及C语言编程DSP技术1、2DSP综述、TMS320LF240x系列D第1章数字信号处理器(DSP)综述1.1什么是DSP1.2DSP技术的发展及现状1.3DSP的应用1.4DSP与单片机、嵌入式微处理器的区别1.5DSP的基本结构及主要特征1.6DSP的分类及主要技术指标1.7如何选择DSP第1章数字信号处理器(DSP)综述1.1什么是DSP作业1）什么是DSP2）DSP的基本特点3）什么是改进型的哈佛结构4）DSP与单片机的主要区别5）DSP分类：定点浮点6）2407内部结构作业1）什么是DSP1.1什么是DSPDSPDigitalSignalProcessingDigitalSignalProcessor?

DSP（数字信号处理）是一门涉及多门学科并广泛应用于很多科学和工程领域的新兴学科。

数字信号处理包括两个方面的内容:

1．算法的研究

2．数字信号处理的实现

1.1什么是DSPDSPDigitalSignalPr1.2DSP技术的发展及现状

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，主要用于实时快速实现各种数字信号处理的算法。

20世纪80年代以前，由于受实现方法的限制,数字信号处理的理论还不能得到广泛的应用。直到世界上第一块DSP芯片的诞生，才使理论研究成果广泛应用到实际的系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。DSP芯片的诞生及发展对近20年来通信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。

DSP芯片诞生于20世纪70年代末，经历了以下三个阶段。第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后）。

1978年AMI公司生产出第一片DSP芯片S2811。

1979年美国Intel公司发布了商用可编程DSP器件Intel2920,由于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据处理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指令周期200~250ns，应用领域仅局限于军事或航空航天部门。1）DSP技术的发展1.2DSP技术的发展及现状DSP芯片是一种特别适第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。－－硬件结构上更适合数字信号处理的要求，能进行硬件乘法、硬件FFT变换和单指令滤波处理，其单指令周期为80~100ns。

如TI公司的TMS320C20，它是该公司的第二代DSP器件,采用了CMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为语音处理、图像硬件处理技术的发展奠定了基础。

20世纪80年代后期，以TI公司的TMS320C30为代表的第三代DSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。

这个时期的器件主要有:TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，Motorola公司的DSP5600、9600系列，AT&T公司的DSP32等。

1.2DSP技术的发展及现状第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。－－硬件结构第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。

这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善,而且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上,大大地提高了数字信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单指令周期10ns左右，可在Windows环境下直接用C语言编程,使用方便灵活，使DSP芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。

目前,DSP芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处理器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、外围电路内装化、低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的完善，使DSP的应用开发更加灵活方便。1.2DSP技术的发展及现状第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。这一1.2DSP技术的发展及现状1.2DSP技术的发展及现状2）DSP技术的现状1.2DSP技术的发展及现状（1）制造工艺

早期DSP采用4m的NMOS工艺。现在的DSP芯片普遍采用0.25m或0.18m亚微米的CMOS工艺。芯片引脚从原来的40个增加到200个以上，需要设计的外围电路越来越少，成本、体积和功耗不断下降。（2）存储器容量早期的DSP芯片，其片内程序存储器和数据存储器只有几百个单元。目前，片内程序和数据存储器可达到几十K字，而片外程序存储器和数据存储器可达到16M48位和4G40位以上。（3）内部结构

目前，DSP内部均采用多总线、多处理单元和多级流水线结构，加上完善的接口功能，使DSP的系统功能、数据处理能力和与外部设备的通信功能都有了很大的提高。

2）DSP技术的现状1.2DSP技术的发展及现状（1）制造2）DSP技术的现状1.2DSP技术的发展及现状（4）运算速度近20年的发展，使DSP的指令周期从400ns缩短到10ns以下，其相应的速度从2.5MIPS提高到2000MIPS以上。（5）高度集成化

集滤波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP内核于一体的模拟混合式DSP芯片已有较大的发展和应用。

（6）运算精度和动态范围

DSP的字长从8位已增加到32位，累加器的长度也增加到40位，从而提高了运算精度。同时，采用超长字指令字（VLIW）结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理的动态范围。（7）开发工具

具有较完善的软件和硬件开发工具，如：软件仿真器Simulator、在线仿真器Emulator、C编译器和集成开发环境等，给开发应用带来很大方便。

2）DSP技术的现状1.2DSP技术的发展及现状（4）运算*3）DSP技术的发展趋势1.2DSP技术的发展及现状（1）DSP的内核结构将进一步改善

多通道结构和单指令多重数据（SIMD）、特大指令字组（VLIM）将在新的高性能处理器中占主导地位，如AD公司的ADSP-2116x。

（2）DSP和微处理器的融合

微处理器MPU：是一种执行智能定向控制任务的通用处理器，它能很好地执行智能控制任务，但是对数字信号的处理功能很差。

DSP处理器：具有高速的数字信号处理能力。

在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能。

将DSP和微处理器结合起来，可简化设计，加速产品的开发，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。

*3）DSP技术的发展趋势1.2DSP技术的发展及现状（1*3）DSP技术的发展趋势1.2DSP技术的发展及现状（7）DSP的并行处理结构为了提高DSP芯片的运算速度，各DSP厂商纷纷在DSP芯片中引入并行处理机制。这样，可以在同一时刻将不同的DSP与不同的任一存储器连通，大大提高数据传输的速率。（8）功耗越来越低

随着超大规模集成电路技术和先进的电源管理设计技术的发展，DSP芯片内核的电源电压将会越来越低。

总之，对于高速、高密度数据处理应用，DSP将向多核转变，目前已经有一款6核方案，在未来25年可能一个DSP芯片将集成百个处理器。而对于那些不属于高密度的应用，DSP将来的发展方向是SoC。这些新的SoC集成系统将在系统处理器(如ARM)的控制下，同时使用可编程DSP和可配置DSP加速器，它们将成为许多创新性产品的开发平台。可编程SoC是未来DSP的生存之道。*3）DSP技术的发展趋势1.2DSP技术的发展及现状（71.3DSP的应用随着DSP芯片价格的下降，性能价格比的提高，DSP芯片具有巨大的应用潜力。

主要应用：

1.信号处理

2.通信

3.语音

4.图像处理

5.军事

6.仪器仪表

7.自动控制

8.医疗工程

9.家用电器

10.计算机如：数字滤波、自适应滤波、快速傅氏变换、Hilbert变换、相关运算、频谱分析、卷积、模式匹配、窗函数、波形产生等；

如：调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、移动通信、纠错编译码、可视电话、路由器等；如：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音存储、文本—语音转换等；如：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像鉴别、图像增强、图像转换、模式识别、动画、电子地图、机器人视觉等；

如：保密通信雷达处理声纳处理导航导弹制导电子对抗全球定位GPS

搜索与跟踪情报收集与处理等如：频谱分析、函数发生、数据采集、锁相环、模态分析、暂态分析、石油/地质勘探、地震预测与处理等；如：引擎控制声控发动机控制自动驾驶机器人控制磁盘/光盘伺服控制神经网络控制等如：助听器

X-射线扫描心电图/脑电图超声设备核磁共振诊断工具病人监护等如：高保真音响音乐合成音调控制玩具与游戏数字电话/电视高清晰度电视HDTV

变频空调机顶盒等如：震裂处理器图形加速器工作站多媒体计算机等1.3DSP的应用随着DSP芯片价格的下降1.3DSP与单片机、嵌入式微处理器的区别②单片机(微控制器):用于不太复杂的数字信号处理。结构较简单，没有乘法器，I/O接口多，位控制能力强，成本低，使用方便。如51系列，AVR系列，PIC系列等③嵌入式微处理器：基于通用计算机CPU，具有较高的抗干扰能力，可靠性高，地址线较多，存储空间大，可配备实时操作系统，如，ARM7/ARM9等，多用于控制系统。

①DSP：结构复杂，片内设计有硬件乘法器及累加器，多处理单元，多总线结构，流水线技术，专门的指令系统，能够高速、实时地实现具有乘积累加特点的、复杂的数字信号处理算法。如TI的TMS320系列等。1.3DSP与单片机、嵌入式微处理器的区别②单片机(微控1.5DSP的基本结构及主要特征数字信号处理不同于普通的科学计算与分析，它强调运算的实时性。除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外,针对实时数字信号处理的特点,在处理器的结构、指令系统、指令流程上作了很大的改进,其主要特点如下：冯·诺伊曼(Von-Neumann)结构——程序存储器与数据存储器合为一体，单地址、数据总线，不能同时取指令和取操作数，易造成传输通道上的瓶颈现象。1）哈佛结构图冯·诺伊曼结构CPU程序与数据存储器地址总线AB数据总线DB1.5DSP的基本结构及主要特征数字信号处1.5DSP的基本结构及主要特征哈佛(Havard)结构——程序空间和数据空间分开，各自有自己的地址总线和数据总线，能够同时取指令(来自程序存储器)和取操作数(来自数据存储器)。图

哈佛结构CPU程序存储器程序地址总线PAB程序数据总线PDB数据存储器数据地址总线DAB数据数据总线DDB改进的哈佛结构——采用双存储空间和多条总线，即一条程序总线和多条数据总线。特点为：

①允许在程序空间和数据空间之间相互存储、传送数据,使这些数据可以由算术运算指令直接调用,增强芯片的灵活性；②提供了存储指令的高速缓冲器（cache）和相应的指令,当重复执行这些指令时,只需读入一次就可连续使用，不需要再次从程序存储器中读出,从而减少了指令执行作需要的时间。1.5DSP的基本结构及主要特征哈佛(Havard)结构—1.5DSP的基本结构及主要特征——多条地址、数据总线，可保证同时进行取指令和多个数据存取操作，并由辅助寄存器自动增减地址进行寻址，使CPU在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问。总线越多，在同一时间内实现的操作越多，所完成的功能就越复杂。DSP芯片都采用多总线结构，大大地提高了DSP的运行速度。

例如,TMS320C240x内部有数据读总线、数据写总线、程序读总线，还有相对应的地址总线，可以实现：一个机器周期内从程序存储器取1条指令从数据存储器读1个操作数向数据存储器写1个操作数内部总线是个十分重要的资源。2)多总线结构1.5DSP的基本结构及主要特征——多条地址、数据总线，可1.5DSP的基本结构及主要特征

DSP执行一条指令，可分成取指、译码、取操作和执行等几个阶段。在程序运行过程中这几个阶段是重叠的，这样，在执行本条指令的同时，还依次完成了后面3条指令的取操作数、译码和取指，将指令周期降低到最小值。利用这种流水线结构，加上执行重复操作，就能保证数字信号处理中用得最多的乘法累加运算可以在单个指令周期内完成。时钟取指令指令译码取操作数执行指令T1T2T3T4NN-1N-2N-3N+1NN-1N-2N+2N+1NN-1N+3N+2N+1N四级流水线操作3)流水线操作(pipeline)1.5DSP的基本结构及主要特征DSP执行1.5DSP的基本结构及主要特征4)多处理单元

DSP内部一般都包括有多个处理单元，如：算术逻辑运算单元(ALU)辅助寄存器运算单元(ARAU)累加器(ACC)硬件乘法器(MUL)

它们可以在一个指令周期内同时进行运算。例如，当执行一次乘法和累加的同时，辅助寄存器单元已经完成了下一个地址的寻址工作，为下一次乘法和累加运算做好了充分的准备。为了适应数字信号处理的需要，当前的DSP芯片都配有专用的硬件乘法-累加单元(MAC)，可在一个周期内完成一次乘法和累加操作。如矩阵运算、FIR和IIR滤波、FFT变换等专用信号的处理。1.5DSP的基本结构及主要特征4)多处理单元1.5DSP的基本结构及主要特征5)硬件配置强除CPU的多处理单元外，DSP的接口功能也愈来愈强，更易于完成系统设计。如240x集成了AD转换器、片内闪存、多路复用I/O引脚、事件管理器、串行通信接口模块、串行外设模块、具有独立总线的直接存储访问单元DMA、CAN总线模块、用于仿真的JTAG接口等。6）特殊的DSP指令为了更好地满足数字信号处理应用的需要，在DSP的指令系统中，设计了一些特殊的DSP指令。例如，重复、位反转、乘积累加、循环指令，又如240x中的DMOV和LDT指令，使得寻址、排序的速度大大提高。1.5DSP的基本结构及主要特征5)硬件配置强1.5DSP的基本结构及主要特征8）指令周期短

基于以上特点，以及DSP广泛采用亚微米CMOS制造工艺，其运行速度越来越快。如C2000运行速度可达600MFLOPS，C5000运行速度可达600MIPS。；C6000的运行速度达到8000MIPS，多核的更高。7)运算精度高一般DSP的字长为16位、24位、32位。为防止运算过程中溢出，有的累加器达到40位。此外，一批浮点DSP，例如C3x、C4x、ADSP21020等，则提供了更大的动态范围。1.5DSP的基本结构及主要特征8）指令周期短1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.1DSP的分类

1）按用途分类

2）

按数据格式分类1）

按用途分类按照用途，可将DSP芯片分为通用型和专用型两大类。

通用型DSP芯片：一般是指可以用指令编程的DSP芯片，适合于普通的DSP应用，具有可编程性和强大的处理能力，可完成复杂的数字信号处理的算法。

专用型DSP芯片：是为特定的DSP运算而设计，通常只针对某一种应用，相应的算法由内部硬件电路实现，适合于数字滤波、FFT、卷积和相关算法等特殊的运算。主要用于要求信号处理速度极快的特殊场合。1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.1DSP的分类1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.1DSP的分类

1）按用途分类

2）

按数据格式分类2）按数据格式分类根据芯片工作的数据格式，按其精度或动态范围，可将通用DSP划分为定点DSP和浮点DSP两类。若数据以定点格式工作的——定点DSP芯片。若数据以浮点格式工作的——浮点DSP芯片。

不同的浮点DSP芯片所采用的浮点格式有所不同，有的DSP芯片采用自定义的浮点格式，有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式。1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.1DSP的分类1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.2DSP的主要技术指标1)时钟频率①外部时钟频率，一般指晶振频率；②内部工作主频，反映DSP的数据处理速度。主频=晶振频率X锁相环的倍频系数。

通常，DSP采用较低的晶振(减少干扰)经倍频得到较高的主频以提高数据处理速度。

2）机器周期

DSP执行一条指令所需要的时间。DSP的大部分指令都是单周期的，也能反映DSP的数据处理速度。3）MIPSMillionsofInstructionPerSecond,每秒执行百万条指令。综合了时钟频率、并行度、机器周期等来反映处理速度的指标，与机器周期互为倒数。1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.2DSP的主要技1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.2DSP的主要技术指标3)MOPSMillionsofOperationPerSecond,每秒执行百万次操作。操作次数≠指令条数，不同的DSP对操作的定义不同，不同的指令所需要完成的操作次数也不同。4）MFLOPSMillionsofFloatOperationPerSecond，每秒执行百万次浮点运算。是衡量浮点DSP运算能力的指标之一。5）MACS1s之内DSP完成乘积累加的次数。以上指标只是反映DSP片内全速运行的速度，不代表整个系统的处理速度。1.6DSP的分类及主要技术指标1.6.2DSP的主要技1.7如何选择DSP主要取决于应用场合，以够用、低成本为前提。1)数据格式的选择定点还是浮点？浮点：动态范围大，编程容易些，但是结构复杂，功耗较大。定点：动态范围较小，编程需要考虑数据的动态范围和精度，但是功耗低、成本低。2）数据宽度浮点DSP为32位，大部分定点DSP为16位，也有20位、24位、32位的。数据字的长短是影响成本的重要因素，它关系到芯片的引脚数、大小、片外存储器的大小3）速度系统运行速度不单单取决于DSP芯片，要全局考虑。时钟频率越高，系统干扰越大。1.7如何选择DSP主要取决于应用场合，以够1.7如何选择DSP主要取决于应用场合，以够用、低成本为前提。4)存储器应该关注双访问存储器的大小、高速缓存、存储空间的大小。5）开发的难易程度编程语言有汇编、C/C++，开发调试环境是决定开发难易程度的关键。6）是否支持多处理器7）功耗和电源管理

8）器件封装

1.7如何选择DSP主要取决于应用场合，以够第2章TMS320LF240x系列DSP概述2.1TI公司TMS320系列DSP简介2.2TMS320LF240x系列DSP简介TI公司的DSP产品时目前世界上的主流产品，市场占有份额60%左右。第2章TMS320LF240x系列DSP概述2.1TI公2.1TI公司TMS320系列DSP简介TI公司自1982年推出第一款定点DSP芯片以来，相继推出定点、浮点和多处理器三类运算特性不同的DSP芯片，共计已发展了七代产品。其中，定点运算单处理器的DSP有七个系列，浮点运算单处理器的DSP有三个系列，多处理器的DSP有一个系列。主要按照DSP的处理速度、运算精度和并行处理能力分类，每一类产品的结构相同，只是片内存储器和片内外设配置不同。

定点DSP：